OPTIMIZACION DEL USO DEL ANCHO DE BANDA EN LINEAS DE COBRE Carlos Alberto Garcia Osorio

Introducción La red telefonica convencional ha sido diseñada para la transmisión de la voz humana por esto siempre se ha necesitado sacar mayor rendimiento de ella, a continuación veremos un recuento historico, un analisis actual y veremos las proyecciones en el uso del ancho de banda sobre las lineas de cobre.

Cruz del sur

Ancho de banda del canal telefonico

Medios de Transmisión Las señales periodicas pueden ser descompuestas como sumatorias infinitas de señales senoidales y cosenoidales de amplitud y frecuencia variable (series de fourier). La linea telefonica se comporta como un filtro que permite pasar los “Armonicos” que están comprendidos entre 300 y 3000Hz. Por lo tanto una señal digital al ser transmitida por un medio de TX real cambia su forma de onda.

Esto es entendido como un error en el lado de recepción, por lo tanto se debe desarrollar un metodo seguro de transmisión.

Modulación La modulación es un proceso de llevar información de una onda (moduladora) en otra onda (portadora). Puede ser de tres tipos fundamentales: Amplitud,Frecuencia y fase. Las señales digitales deben ser moduladas para poder enviarlas por un medio de Tx que no permite transmisión digital.

Se pueden emplear un tipo de modulación o combinaciones de ellas, con el fin de aumentar las posibilidades de Transmisión. Un patrón de constelación es un grafico en coordenadas polares que representa las combinaciones entre modulación en amplitud y modulación de fase para transmitir mayor cantidad de información. A más puntos mas posibilidades de TX

Ejm: 2 amplitudes, 4 fases, 3 bits por baudio

Modem V puntos:4 amplitudes, 8 fases.

Modem v.32: 16 puntos, 2 amplitudes,12 fases.

En el modem v.32 tenemos 4 bits por baudio y transmite a 2400 Baudios por una linea de 9600 bps. Es llamado QAM, es mejor que v29 pues tiene menos niveles en amplitud y es menos ruidoso. El siguiente escalon sobre v.32 es v32 bis, se logra transmitiendo bps a razon de 6 bits por muestra a 2400 baudios. Cuantos puntos tiene la constelación para este estándar de modem ?

R/=64 puntos. Ejm: Los modems de fax usan v32 bis para transmitir datos que han digitalizado como mapas de bits. Hasta ahora todos los esfuerzos por optimizar el uso del ancho de banda disponible se ha reducido a: incrementar el numero de puntos del patrón de constelación. Osea: más bit por muestra o por baudio.

Compresión La compresión es el metodo por el cual hacemos que la información ocupe menos tamaño. Se puede mejorar la velocidad de datos efectiva si a la transmisión se le agrega compresión y correción de errores. Ejm : MNP5 (el cual es un esquema de compresión matricial)

Otro esquema de compresión es el utilizado por el estandar v42 bis el cual emplea un algoritmo de compresión Ziv-Lempel. Hay que tener cuidado al transmitir archivos comprimidos por software pues de acuerdo al algoritmo de compresión por hardware en el modemse pueden perder datos. Estos algoritmos de compresión envian datos relevantes (determinantes) con los cuales el receptor puede reconfigurar la información.

TCM Modulación de Codigo de Trellis. Se llama así combinación de QAM y de codificación convolucional empleado desde los modems v.34 hasta el v.90 permite eliminar errores al utilizar metodos estadisticos para agrupar en torno a un punto de la constelación, los puntos reconstituidos más cercanos luego de la transmisión.

BRI-ISDN Basic Rate Interface Integrated Service Digital Network (Red digital de Servicios integrados RDSI). Para eliminar la limitante del ancho de banda permitido por el par de cobre, se eliminan las inductancias (bobinas) de los lados de la linea, pues son filtros para la voz humana y a mayor frecuencia aumenta la reactancia la cual atenúa nuestros datos y aumenta con la frecuencia.

BRI-ISDN

BRI es una implementación de ISDN que es Half Duplex. Se necesita un NT (network termination) a cada lado de la linea ISDN. Como el acceso es conmutado se requiere enviar la señalización necesaria para establecer, mantener y terminar la comunicación de punta a punta pero el incremento en el uso del ancho de banda del cobre es notorio pero aún es corto para ciertas aplicaciones.

Analogo a la ley de Moore con un periodo de doblaje de capacidad cada 1.9 años

ADSL Asymmetric Digital Suscriber Line: Los limites teoricos (Ley de Shannon) han sido casi alcanzados conlos modems v.34. Aún así existen aplicaciones que requieren una alto ancho de banda que los modems “normales” ni BRI-ISDN son capaces de soportar. Además las TELCO solo pueden cambiar de un 3 a un 5% de los medios de TX.

Para aplicaciones interactivas (Vg Acceso a Internet) La relación entre lo que se “baja” y se “sube” es de 10:1 así se entiende lo asimetrico en la línea digital de suscriptor. Más del 75 por ciento del cableado está aprox entre 0 y 5.5 Km de la central de intercambio local.

Existen 2 principales soluciones ofrecidas: DMT:Discrete multitone (stándar T1.413 ANSI). CAP: Carrierless Amplitude Phase modulation. (stándar propietario de AT&T) Y una variante: DWMT:Discrete Wavelet Multitone. Soluciones ADSL

Soluciones ADSL: CAP Carrierless Amplitude Phase: Muy similar a QAM en concepto pero la modulación es digital y se hace por medio de comparadores digitales. Para hallar los puntos de la constelación

Soluciones ADSL: DMT Discrete Multitone: Usa FDM usando 4KHz por cada canal usando TCM en c/u de ellos y algunos canales para temporización. 249 canales de flujo entrante (bajar datos) y 25 canales de flujo saliente. Y existe una tercera solución DWMT:Discrete Wavelet Multitone se hace modulación multicanal pero utilizando FFT (Fast Fourier Transform).

xDSL ADSL hace parte de lo que se conoce como la familia xDSL además de: High-data-rate DSL (HDSL). VDSL. ISDN DSL: El cual es practicamente un BRI ISDN sin señalización. Nota: xDSL no es un servicio conmutado.

HDSL Es un servicio FDX (Full Duplex) Simetrico hasta de Mb/s (T1 Jerarquia Norteamericana) o de 2048 Mb/s (E1 jerarquie Europea) puede emplear modulación CAP –64 o modulación CAP-128. SDSL:Es una versión simple de HDSL para servicios T1/E1 sobre un simple par a 3.7 km tipicamente 768 kb/s para esa distancia.

VDSL Puede proveer flujos entrantes tipicos de 52Mb/s sobre 300 mt cayendo hasta 25 Mb/s sobre 1 Km con 1.25 Mb/s de flujo entrante. Una Transmisión de TV bajo demanda necesita aprox 20Mb/s. Puede operar al final de FFTC y FFTH, (Fiber to the curve, Fiber to the home.)

COMPARACION A Continuación veremos un cuadro comparativo en cuanto al tipo de modem, son su modulación, rata de transmisión de datos y aplicaciones. A pesar de sus diferencias, estas metodologías coexisten en las redes de computo y de telecomunicaciones por lo tanto debemos conocerlas. Debemos conocer desde el punto tecnico cualquier producto de un proveedor y hacer comparaciones.

Tx de Datos16-QAM9.6 Kb/sv.29 ADSL+HDTVCAP/DMT52 Mb/s DwVDSL Distribución Multimedia. CAP/DMT1.54 Mb/sDw 16 Kb/s Up ADSL HDSL sobre par2B1Q768 kb/sSDSL Acceso E1/T12B1Q2048 kb/sHDSL 2B+D2B1Q144 Kb/sBRI ISDN Aceso InternetTCM56 Kb/sv.90 Tx de DatosTCM33.6 Kb/sv.34 Tx de DatosTCM9.6 Kb/sv.32 Tx de DatosQPSK2.4 kb/sv.22 bis Tx de DatosFSK300 b/sV.21 AplicaciónModulaciónRata de TXModem

Conclusiones Con un ancho de banda de 3.1 KHz disponibles sobre un canal de voz se puede otimizar su uso por medio dee constelaciones cada vez mas complejas usando QAM y luego TCM. El modem V.34 Ha alcanzado el limite teorico (Ecuaciones de Shannon y Nyquist)para enlaces simetricos usando lineas de voz.

BRI-ISDN permite alcanzar altas tasas de transmisión sobre el mismo par de cobre, pero con nuevo equipo terminal y eliminando los filtros analogos. ADSL aparece como la mejor tecnologia de optimización, porque los proveedores ya tienen soluciones, los estandares están desarrollados, y la idea de un modem es aún muy familiar. La tecnología más usada en ADSL es CAP pero DMT probablemente lo superara por sus ventajas tecnicas y el stándar.

La televisión digital de alta definición demanda aprox 20 Mb por canal por lo tanto las compañas de telecomunicaciones deben desarrollar tecnologias con tasas de transmisión sobre la de ADSL (VDSL 52 Mb/s). En el futuro todas estas tecnologías coexistirán como lo hacen hoy el radio, el cine y el televisor, y del conocimiento que tengamos de ellas dependera nuestro criterio y decisiones como integradores de tecnologías de Información.