A.D.S.L – Banda Ancha 770 00905 0370-VHBE_Ed_07 1 © 2001 Alcatel Bell N.V., All rights reserved

Tabla de Contenidos Introducción Standards Restricciones Modulación Detección y corrección de Errores 770 00905 0370-VHBE_Ed_07 2 © 2001 Alcatel Bell N.V., All rights reserved

Introducción - Conexión de datos via modem POTS WWW PSTN network modem Access server + modem pool Comunicación modem-modem en banda POTS a traves de la red PSTN! Las frecuencias dentro de la banda vocal se transmiten a través de una conexión conmutada de la red PSTN La banda vocal se utiliza tanto para comunicaciones vocal como para comunicaciones de datos via modem (fax, V.32, V.90, …) 770 00905 0370-VHBE_Ed_07 3 © 2001 Alcatel Bell N.V., All rights reserved

Introducción - Comunicación via POTS vs no-POTS Espectro de línea telefónica local Banda Vocal usada por modems POTS (V.32, V.90, …) Otras frecuencias usadas por tecnologías DSL: ISDN > hasta 80kHz ADSL > hasta 1,1MHz 300Hz 3400Hz Frequency (fHz) Las tecnologías DSL usan frecuencias fuera de la banda vocal para modular información sobre la misma línea telefónica ISDN provee una conexión de 160 kbps sobre su línea local ADSL provee una conexión de alta velocidad sobre su línea local 770 00905 0370-VHBE_Ed_07 4 © 2001 Alcatel Bell N.V., All rights reserved

Introducción - Soluciones ofrecidas por ADSL PROBLEMA SOLUCIÓN Bitrate de modems analógicos limitado a 56 kb/s ADSL - modem Redirección del tráfico de datos hacia red específica network (B-ISDN) PSTN no apropiada para tráfico de datos a alta velocidad 770 00905 0370-VHBE_Ed_07 5 © 2001 Alcatel Bell N.V., All rights reserved

ADSL : Digital Subscriber Line Introducción - ADSL ADSL : Digital Subscriber Line Asymmetric Customer Premises Central Local hasta 8,1 Mb/s Downstream Unshielded Twisted Pair (UTP) El canal ADSL en downstream permite velocidades de datos de 8,1 Mbps. La máxima velocidad upstream está limitada a aproximadamente 1/10 de la máxima velocidad downstream. La distancia está limitada a unos 5,4 km. ADSL permite brindar múltiples servicios al mismo tiempo: voz, navegar en la web, VOD,.... hasta 800 kb/s Upstream 0 - 5,4 km 770 00905 0370-VHBE_Ed_07 6 © 2001 Alcatel Bell N.V., All rights reserved

Introducción - Espectro de ADSL Upstream Downstream POTS ADSL POTS Par de Cobre ±8Mbps ±800kbps La implementación del ADSL hecha por Alcatel utiliza FDM (Frequency Division Multiplexing). Aparte de las frecuencias utilizadas sobre el UTP para los servicios tradicionales (300 - 3400 Hz), ADSL utiliza las altas frecuencias para acomodar dos canales de datos, un canal upstream y un canal downstream. Como ADSL es un servicio asimétrico, con mayor capacidad en el canal downstream, necesitamos mayor ancho de banda en esta dirección. Las más altas frecuencias poseen mayores restricciones en cuanto a capacidad de transporte de datos. Las velocidades de ADSL pueden incrementarse cuando se utilizan filtros (splitters) ACTIVOS. Debido a que se desea mantener el concepto de “Life Line” para la línea de POTS sólo estan admitidos los filtros PASIVOS (los filtros activos requieren alimentación de energía, sin alimentación estos filtros no dejarían pasar las señales de POTS) 300Hz 30kHz 125 kHz 164 kHz 1,1 MHz 3400Hz 138 kHz ADSL usa frecuencias de hasta 1,1 MHz sobre la línea telefónica Estas frecuencias NO se solapan con la banda POTS.Por lo tanto permiten hacer comunicaciones vocales simultáneas 770 00905 0370-VHBE_Ed_07 7 © 2001 Alcatel Bell N.V., All rights reserved

Introducción - POTS splitter (PS) FILTRO & UTP hacia LEX Las bajas frecuencias usadas por ADSL pueden “molestar” en el espectro audible y necesitan ser filtradas antes de alcanzar el teléfono Con los cuelgues y descuelgues del teléfono la impedancia de la línea cambia lo cual impacta sobre la comunicación del modem ADSL La voz y los datos se transportan en forma simultánea en ambos sentidos sobre el mismo par de cobre (full duplex). Las señales ADSL viajan entre el ASAM o Central Office (CO) y el ANT (ADSL Network Termination). 770 00905 0370-VHBE_Ed_07 8 © 2001 Alcatel Bell N.V., All rights reserved

Introducción - Voz/Datos sobre DSL? Standard ADSL ADSL with “derived” voice Datos POTS Línea Telefónica ADSL ADSL CPE PS VoDSL CPE ADSL   PS Datos Línea POTS “lifeline” Línea Telefónica ADSL es apropiado para todo tipo de comunicaciones (voz y datos) La evolución marcha hacia un bucle totalmente digital (Full Digital Loop - FDL): Eliminación de la línea POTS “lifeline” (y splitter) In ADSL the voice is send in a separate part of the spectrum (FDM). The signal remains analog. The disadvantage is the need of a Pots Splitter and the fact that you have only one line. In the case of VoDSL the telephones (up to 16 ) are connected to the VoDSL modem and the voice is multiplexed on an ATM connection over ADSL. All 16 phones can be used at the same time for different calls. VoDSL modems these days implement 4 or 8 telephone ports. The limitation of 16 is due to the limitation of the upstream ADSL bitrate. In the case of ShDSL the number of phones could be increased up to 32. In the way the voice and the data traffic are combined. This is voice / data convergence in the access network only. In most countries local regulations imply that the lifeline service must be available at all times. As our ADSL modem is locally powered a power outage will result in loss of our ADSL connection. This means that we will still need our POTS service even with VoDSL. At the moment R&D centres are looking at remote powering the ADSL modem so that ADSL would keep functioning and VoDSL is still possible. This will then make our POTS band dispensable meaning we would also be able to use those frequencies for xDSL communication. 770 00905 0370-VHBE_Ed_07 9 © 2001 Alcatel Bell N.V., All rights reserved

Introducción - Visión general de ADSL Proveedores de Servicio Proveedores de Acceso Usuarios finales PSTN POTS voz ISP POTS Corporaciones LT Comunicación ADSL modem-a-modem AS (BRAS) PS ADSL modem pool datos ATM NT Conexión ATM PVC LT Conexión de datos Extremo-a-Extremo El problema de ineficiencia y bajo ancho de banda en la red de acceso no es el único problema. Debido a que el tráfico de datos también es transportado por la red telefónica, ésta red se sobrecargó demasiado, la duración promedio de una conexión dial-up es mucho mayor (mínimo 20’) que la duración promedio de una llamada telefónica 83 a 4 minutos). Para liberar de esta tarea a la red telefónica redireccionamos en el ASAM todo el tráfico de datos hacia una red ATM. En la comunicación modem-to-modem a nivel ADSL utilizamos los conceptos: ATU-C & ATU-R: ADSL Terminal Unit Central y ADSL Terminal Unit Remote ADLT & ADNT: ADSL Line Termination & ADSL Network Termination Ambos conceptos se refieren a los modems ADSL. ADSL modem Local exchange Remote user Línea UTP ATU-C o ADLT ATU-R o ADNT 770 00905 0370-VHBE_Ed_07 10 © 2001 Alcatel Bell N.V., All rights reserved

Standards 770 00905 0370-VHBE_Ed_07 11 © 2001 Alcatel Bell N.V., All rights reserved

Standards - ANSI ANSI T1.413 Edición 1 1995 ANSI T1.413 Edición 2 1998 Primer especificación de ADSL aparecida en 1995. No era demasiado clara ANSI T1.413 Edición 2 1998 Segunda especificación ADSL y basada en ATM tal cual se usa actualmente 770 00905 0370-VHBE_Ed_07 12 © 2001 Alcatel Bell N.V., All rights reserved

Standards - ITU-T ITU-T G.dmt o G992.1 ITU-T G.lite o G992.2 Especificación de la ITU-T la cual está basada en el standard ANSI T1.413 Edición 2 más un protocolo de handshaking extra Anexo A: especifica la operación sobre la banda POTS Anexo B: especifica la operación sobre ISDN Anexo C: especifica la operación para la banda ISDN Japonesa ITU-T G.lite o G992.2 Especificación de la ITU-T que es una especie de ANSI T1.413 Edición 2 reducida, más un protocolo de handshaking extra Está basada en recomendaciones realizadas por el UAWC workgroup (Microsoft, Compaq & Intel) ITU-T G.hs o G994.1 Especifica el procedimiento de handshaking para transreceptores DSL 770 00905 0370-VHBE_Ed_07 13 © 2001 Alcatel Bell N.V., All rights reserved

Standards - Espectro POTS G.dmt Anexo A UP DOWN POTS G.lite UP DOWN 30kHz 138kHz 1,1MHz G.lite POTS UP DOWN 30kHz 548kHz La separación entre las frecencias utilizadas para el canal upstream y downstream se encuentra a 138kHz. ISDN UP DOWN G.dmt Anexo B 138kHz 1,1MHz 770 00905 0370-VHBE_Ed_07 14 © 2001 Alcatel Bell N.V., All rights reserved

Restricciones 770 00905 0370-VHBE_Ed_07 15 © 2001 Alcatel Bell N.V., All rights reserved

Restricciones - Atenuación vs. frecuencia Atenuación (dB)  x d R = Seff 1 km 20 2km 3km 40 4km Diámetro del Cable = 0,5mm² 60 La potencia de la señal no sólo depende de la distancia. También es dependiente de la frecuencia debidoal efecto pelicular. R = resistencia ()  = resistividad (m) d = distancia, longitud del conductor (m) Seff = sección efectiva del conductor (m2) 80  x d R = Seff Frecuencia (Hz) 10 KHz 100 KHz 1 MHz Banda POTS 770 00905 0370-VHBE_Ed_07 16 © 2001 Alcatel Bell N.V., All rights reserved

Restricciones - Atenuación debido a la distancia Central Local  x d R = Seff Cable UTP, ø = 0,5 mm2 4 km : Pérdida de 32dB a 150 kHz Qué significa una pérdida de 32 dB a 150 kHz? Atenuación (dB) = 10 x log10 (P1/P2) P1/P2 = Inv log10 (Atenuación / 10) P1/P2 = Inv log10 (32 / 10) = 1585  esto significa que el pulso recibido es 1585 veces más pequeño en amplitud!! Qué significa una pérdida de 55 dB a 150 kHz? P1/P2 = Inv log10 (55 / 10) = 316228  esto significa que el pulso recibido es 316228 veces más pequeño en amplitud!! 5 km : Pérdida de 55dB a 150 kHz Pulso transmitido Pulso recibido 770 00905 0370-VHBE_Ed_07 17 © 2001 Alcatel Bell N.V., All rights reserved

Restricciones - Característica de Velocidad vs. Distancia 10 ADSL Downstream 8 6 Mbit/s 4 2 km 1 2 3 4 5 6 1000 ADSL Upstream 800 Las altas frecuencias sufren más la atenuación que las frecuencias más bajas, dado que el efecto pelicular tiene más impacto en las altas frecuencias. Por este motivo las señales del canal upstream son menos atenuadas que las del canal downstream. 600 Kbit/s 400 200 km 1 2 3 4 5 6 770 00905 0370-VHBE_Ed_07 18 © 2001 Alcatel Bell N.V., All rights reserved

Restricciones - Bridged taps 1 2 3 Eco Señal Principal Frecuencia (Hz) Atenuación (dB) Atenuación incrementada debido a Bridged Tap 770 00905 0370-VHBE_Ed_07 19 © 2001 Alcatel Bell N.V., All rights reserved

Restricciones - Crosstalk Tx Rx Tx Rx Near End Crosstalk Tx Far End Crosstalk Tx Rx Rx Rx Tx Rx Tx Rx Un multipar telefónico contiene hasta miles de pares agrupados. Las señales eléctricas de un par generan un pequeño campo electromagnético, el cual envuelve el par de cobre e induce una señal eléctrica en los pares adyacentes. El trenzado de los pares busca reducir este acople inductivo (conocido como crosstalk o diafonía), pero no lo elimina por completo. NEXT (near end crosstalk) es la mayor fuente de deterioro de la señal en sistemas que comparten las mismas frecuencias para el canal upstream y downstream. El ruido NEXT es visto por el receptor ubicado en el mismo extremo del cable que el transmisor (de otro par). En otras palabras, NEXT significa que el receptor de un par trenzado toma una parte de la señal (ruido) transmitida por el transmisor de otro puerto. El ruido NEXT se puede eliminar usando distintas bandas de frecuencia para upstream y downstream. El ruido FEXT es el ruido detectado por el receptor ubicado en el extremo lejano de un puerto. FEXT es menos severo que el ruido NEXT debido a que es atenuado por las pérdidas de la línea. Conclusión: NEXT es peor que FEXT para sistemas que comparten la misma banda de frecuencias en dirección up y down. El A7300 ASAM usa FDM, lo que elimina el ruido NEXT. En este caso el ruido FEXT se convierte en la pero fuente de ruido. Cuando abonados con servicio ADSL son mezclados en el mimso multipar con otros sistemas de transmisión (HDSL, ISDN, etc) entonces puede tenerse ruido NEXT debido al solapamiento de frecuencias! (ver slide siguiente) Para ADSL no existe Near End Crosstalk, sólo Far End Crosstalk! 770 00905 0370-VHBE_Ed_07 20 © 2001 Alcatel Bell N.V., All rights reserved

Restricciones - Crosstalk AoP & AoI UP DOWN POTS 1,1MHz 30kHz G.dmt Anexo A 138kHz NEXT UP DOWN ISDN 1,1MHz 138kHz G.dmt Anexo B ADSL sobre ISDN usa un espectro diferente que ADSL sobre POTS. Cuando ambos sistemas se utilizan en el mismo multipar sufriremos la aparición de ruido NEXT. Cuando AoP (ADSL over POTS) y AoI (ADSL over ISDN) residen en el mismo multipar habrá NEXT. Algunas frecuencias del transmisor downstream de una línea AoP se solapan con las frecuencias de recepción de una línea AoI 770 00905 0370-VHBE_Ed_07 21 © 2001 Alcatel Bell N.V., All rights reserved

Restricciones - Velocidad de Datos Pregunta: Cómo poder aumentar la velocidad de datos y respetar a su vez la restricción sobre la velocidad de símbolos ? (Nyquist) Bits symbols bits sec sec symbol Respuesta: Incrementando el número de bits por símbolo vía diferentes técnicas de modulación, por ejemplo QAM. Bitrate => velocidad expresada en bits por segundo (bps) Symbolrate => velocidad expresada en baudios Cómo entender la diferencia entre velocidad de símbolo y velocidad de bit? Asumamos una modulación en amplitud => cuando se desea enviar información digital sobre una línea podemos transmitir un bit representado por un cierto nivel de tensión, por ejemplo +3v para representar un 1 y -3V para representar un 0. Symbol rate = símbolos por segundo (1/Ts), medido en baudios Bit rate = bits por segundo, medido en bps Cuando representamos un bit por un cierto nivel de tensión tenemos que Symbol Rate= Bit Rate Añadiendo más niveles de tensión podemos definir más bits por símbolo, por ejemplo +3V representa la secuencia de bits 11, +1V representa la secuencia 10, -1V representa la secuencia 01 y -3V representa la secuencia 00 De esta forma se colocan dos bits por símbolo y de esta manera duplicamos la velocidad de bit, mientras que la velocidad de símbolo permanece constante. Amplitude (V) Time (s) Symbol period Ts Info Transmitida: 1011... Amplitude (V) Time (s) Symbol period Ts Info Transmitida: 10110001... 770 00905 0370-VHBE_Ed_07 22 © 2001 Alcatel Bell N.V., All rights reserved

Restricciones - Restricción del ancho de banda (Nyquist) Tiempo(segundos) Ts Período de Símbolo Para un dado ancho de banda W (en Hz), la máxima cantidad de símbolos/segundo (Rs en baudios) esta limitada de modo de evitar interferencias entre símbolos (ISI) Cada símbolo corresponde a un número determinado de bits. Para hacer esto es necesario que la tecnología actual sea capaz de distinguir entre un símbolo y otro Por otro lado el período de símbolo es el período de la más baja frecuencia a utilizar 770 00905 0370-VHBE_Ed_07 23 © 2001 Alcatel Bell N.V., All rights reserved

Restricciones - Shannon-Hartley: Capacidad vs. Distancia km 1 2 3 4 5 6 Long. De Cable UTP Capacidad Mb/s 25 20 15 10 Shannon Hartley capacidad ADSL 8,1 Mb/s La figura muestra la dependencia con la distancia del teorema de la capacidad de Shannon/Hartley. Dado que la atenuación (pérdida de señal) se incrementa con la distancia la máxima velocidad de datos decrece con la distancia. Teoricamente ADSL puede alcanzar una capacidad en downstream de aprox. 15Mbps para 0km. En la práctica esto está limitado a 8,1Mbps 6 Mb/s 2 Mb/s 770 00905 0370-VHBE_Ed_07 24 © 2001 Alcatel Bell N.V., All rights reserved

Modulación 770 00905 0370-VHBE_Ed_07 25 © 2001 Alcatel Bell N.V., All rights reserved

Modulación - QAM Constelación Un Símbolo esta representado por una variación de amplitud & fase para una frecuencia particular y = A . sen (2 f.t + ) Constelación Datos Transmitidos = 1111 1001 0000 0011 0111 0101 0001 0110 1110 1101 1011 1100 1000 1010 0100 0010 A 3  2 A 1 t -1 -2 -3 0,5 1 1,5 2 2,5 3 4 bits/símbolo >> QAM-16 Longitud de Símbolo (Ts) 770 00905 0370-VHBE_Ed_07 26 © 2001 Alcatel Bell N.V., All rights reserved

Modulación - QAM Constelación Un Símbolo esta representado por una variación de amplitud & fase para una frecuencia particular y = A . sen (2 f.t + ) Constelación Datos Transmitidos = 1001 1111 1001 0000 0011 0111 0101 0001 0110 1110 1101 1011 1100 1000 1010 0100 0010 A 3  2 A 1 t -1 -2 -3 0,5 1 1,5 2 2,5 3 4 bits/símbolo >> QAM-16 Longitud de Símbolo (Ts) 770 00905 0370-VHBE_Ed_07 27 © 2001 Alcatel Bell N.V., All rights reserved

Modulación - QAM Constelación Un Símbolo esta representado por una variación de amplitud & fase para una frecuencia particular y = A . sen (2 f.t + ) Constelación Datos Transmitidos = 1001 0000 1111 1111 1001 0000 0011 0111 0101 0001 0110 1110 1101 1011 1100 1000 1010 0100 0010 A 3  2 A 1 t -1 -2 -3 0,5 1 1,5 2 2,5 3 4 bits/símbolo >> QAM-16 Longitud de Símbolo (Ts) 770 00905 0370-VHBE_Ed_07 28 © 2001 Alcatel Bell N.V., All rights reserved

Modulación - El ruido y QAM Constelación Riudo Parásito Misma frecuencia  Amplitud  Fase 1111 1001 0000 0011 0111 0101 0001 0110 1110 1101 1011 1100 1000 1010 0100 0010 1111 1001 0000 0011 0111 0101 0001 0110 1110 1101 1011 1100 1000 1010 0100 0010 2 3 1 -1 -2 -3 2 3 1 -1 -2 -3 1001 1011 0,5 1 0,5 1 Transmisión Recepción 770 00905 0370-VHBE_Ed_07 29 © 2001 Alcatel Bell N.V., All rights reserved

Modulación - QAM vs. SNR La tabla se puede usar de dos formas : (a) Cuál es el SNR mínimo requerido para modular N bits sobre una portadora (b) Cuántos bits pueden modularse con un dado SNR de Y dB 770 00905 0370-VHBE_Ed_07 30 © 2001 Alcatel Bell N.V., All rights reserved

Modulación DMT- Discrete Multi Tone En ADSL se modulan multiples frecuencias portadoras usando Quadrature Amplitude Modulation Estas frecuencias están espaciadas en forma constante y para cada portadora se mide el SNR para determinar el máximo QAM posible de obtener La composición de todas las frecuencias es puesta sobre la línea Este principio se denomina Discrete Multi Tone (DMT) 770 00905 0370-VHBE_Ed_07 31 © 2001 Alcatel Bell N.V., All rights reserved

Modulación - Discrete Multi Tone example QAM-4 f1 QAM-16 f2 QAM-4 f3  = DMT 1 Símbolo DMT Ts (Symbol Time) 770 00905 0370-VHBE_Ed_07 32 © 2001 Alcatel Bell N.V., All rights reserved

Modulación - DMT y ADSL El espectro usado para ADSL se divide en 255 portadoras Estas portadoras están separadas cada 4,3125 kHz Para la dirección upstream se usan las portadoras 7 a 29 Para la dirección downstream se usan las portadoras 38 a 255 Sobre cada portadora se mide el SNR y con este valor se determina el QAM Mínimo  QAM-4  2bits/símbolo Máximo  QAM- 16384  14 bits/símbolo Período de Símbolo para cada portadora : 250 s 770 00905 0370-VHBE_Ed_07 33 © 2001 Alcatel Bell N.V., All rights reserved

Modulación - DMT y ADSL 7 29 38 255 770 00905 0370-VHBE_Ed_07 34 © 2001 Alcatel Bell N.V., All rights reserved

Modulación - DMT vs. Características de Línea atenuación Interferencia a cierta frecuencia Caracteristicas de Línea Característica del filtro ADSL frecuencia    7 29 38 255 portadora 4 30 125 165 1100 frecuencia (kHz) 770 00905 0370-VHBE_Ed_07 35 © 2001 Alcatel Bell N.V., All rights reserved

Modulación - # bits / portadora Máximo valor por portadora debido a medición de SNR en la inicialización Bits/portadora Posible valor de trabajo inicial 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 Normalmente se asigna a cada portadora una cantidad de bits menor de la admitida por el SNR medido. Típicamnete se asignan un romedio de dos bits menos. Este margen es llamado Target Noise Margin, el cual es configurable vía interfaz de gestión. El operador puede especificar cuál es el margen promedio a utilizar para la inicialización del modem. El modem mide el SNR disponible, luego le resta en Target Noise Margin, y luego chequea cuál constelación QAM puede utilizar. Por default el TNM es 6 dB. Por qué? En caso de un ruido (por ejemplo radiofrecuencia), no deseamos que nuestra capacidad en bps decaiga. Cuando una portadora se vuelve indisponible para transportar datos, los bits de reserva de las otras portadoras adyacents serán utilizados. (ver slides siguientes) 4 3 2 1 Portadoras 770 00905 0370-VHBE_Ed_07 36 © 2001 Alcatel Bell N.V., All rights reserved

Modulación - Bitswapping Luego de la inicialización se usará un QAM menor que el posible en la mayoría de las portadoras. El SNR medido en la inicialización determina el máximo QAM posible, por ejemplo: QAM-4096 corresponde a 12bits/símbolo >>> QAM usado en dicha portadora: QAM-1024 (10bits/símbolo) Esto resulta en bits extra que pueden ser ubicados en dicha portadora. Durante showtime (operación del modem) el SNR se mide en todas las portadoras a intérvalos regulares (default 10 seg). Si el SNR sobre una cierta portadora se degrada, resultando en un menor QAM, los bits de esa portadora serán reubicados en otras portadoras donde el QAM es mayor que el actualmente usado. Los modems intentarán desparramar sobre la mayor cantidad de portadoras posible los bits a realocar. No es totalmente correcto hablar en este punto de constelaciones QAM y bits. Deberíamos hablar de márgenes de ruido. La regla es: el ATU intenta equalizar el margen de ruido sobre todas ls portadoras, lo que podría llevar a bits desplazados de una portadora a otra, o incluso portadoras que aarecen o desaparecen. Los márgenes son analógicos mientras que los bits son digitales. 770 00905 0370-VHBE_Ed_07 37 © 2001 Alcatel Bell N.V., All rights reserved

Modulación - Bitswapping explicado Bits/portadora Interferencias reducen el SNR sobre un determinado grupo de portadoras 14 13 12 11 Max. bits/portadora 10 9 8 bits/portadora usados actualmente 7 6 5 4 3 2 1 portadoras 770 00905 0370-VHBE_Ed_07 38 © 2001 Alcatel Bell N.V., All rights reserved

Modulación - Bitswapping explicado Bits/portadora Un menor SNR reduce nuestro max QAM soportado (es decir la cant. de bits sobre estas portadoras) 14 13 12 11 Max. bits/portadora 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 portadoras Affected frequencies 770 00905 0370-VHBE_Ed_07 39 © 2001 Alcatel Bell N.V., All rights reserved

Modulación - Bitswapping explicado Bits/portadora Un menor SNR reduce nuestro max QAM soportado (es decir la cant. de bits sobre estas portadoras) 14 13 12 11 Max. bits/portadora 10 9 8 bits/portadora usados actualmente 7 6 5 4 3 2 1 portadoras Affected frequencies 770 00905 0370-VHBE_Ed_07 40 © 2001 Alcatel Bell N.V., All rights reserved

Modulación - Bitswapping explicado Bits/portadora 14 13 12 11 Max. bits/portadora 10 9 8 bits/portadora usados actualmente 7 6 5 4 3 2 1 portadoras 770 00905 0370-VHBE_Ed_07 41 © 2001 Alcatel Bell N.V., All rights reserved

Modulación - Bitswapping explicado Bits/portadora El margen de ruido es repartido sobre todo el espectro 14 13 12 11 Max. bits/portadora 10 9 8 bits/portadora usados actualmente 7 6 5 4 3 2 1 portadoras 770 00905 0370-VHBE_Ed_07 42 © 2001 Alcatel Bell N.V., All rights reserved

Modulación - Modems en Comunicación ADLT DMT FRAME (ATU-C) ADNT DMT FRAME (ATU-R) DOWN modulación DOWN demodulación Unshielded Twisted Pair UP demodulación UP modulación Los modems que utilizan el standard de ANSI se enganchan a una portadora tanto en el sentido up y downstream, por ejemplo el ATU-R se engancha a la portadora piloto 63 en el sentido downstream y el ATU-C se engancha el el sentido upstream según la portadora piloto 16. ANSI tiene 2 portadoras piloto, 1 para downstream y 1 para upstream. Los modems que utilizan el standard de ITU-T ADSL sólo requieren que el ATU-R se enganche con el ATU-C, este enganche de frecuencia es utilizado para el canal up y downstream. 2 señales análogicas (UP,DOWN) viajando en direcciones opuestas sobre el UTP El ATU-R se engancha con la portadora piloto en el sentido downstream (PLL) Cuanto mejor es el enganche mejor será el SNR global! 770 00905 0370-VHBE_Ed_07 43 © 2001 Alcatel Bell N.V., All rights reserved

Modulación - ADSL Superframe DMT Símbolo DS 1 DS 2 DS 3 DS 4 . . . . . DS 67 DS 68 SS 69 SUPERFRAME 17 ms Símbolo DMT: un símbolo DMT es la sumatoria de todos los símbolos individuales de cada portadora. Data Symbol (DS): Un data symbol se usa para transmitir información (datos). Símbolo de Sincronización (SS): Un SS se transmite luego de 68 DS para asegurar sincronización y para detectar una posible pérdida de trama. Período de símbolo ADSL (Ts): Ts=17ms/69 = 246,377 s Ts=17ms/68 = 250 s (período de símbolo para el plano de datos!) 770 00905 0370-VHBE_Ed_07 44 © 2001 Alcatel Bell N.V., All rights reserved

Detección y corrección de Errores 770 00905 0370-VHBE_Ed_07 45 © 2001 Alcatel Bell N.V., All rights reserved

Detección y Corrección de Errores La elección de usar un modo de corrección o detección requiere un análisis de sus pros y contras ! Se elige la habilidad de detectar Y corregir errores introduciendo la posibilidad de generar más errores, O se elige la habilidad de detectar un mayor número de errores sin la posibilidad de corregirlos pero con la certeza de que no se introducen errores adicionales. Algunos mecanismos switchearán de modo corrección a modo detección tan pronto como se detecten errores ! (por ejemplo ATM) Esto se debe a que los errores tienen por naturaleza la característica de presentarse en ráfagas y nunca vienen solos !!! 770 00905 0370-VHBE_Ed_07 46 © 2001 Alcatel Bell N.V., All rights reserved

Reed Solomon (modo corrección) Código RS(255,239) Byte 1 Distancia : n-k+1 d= 255-239+1 d=17 2 3 4 Vector de mensaje de k bytes Corrección: (d-1)/2 c=(17-1)/2 c = 8 Vector de código de n bytes 239 Con 16 bytesde redundancia, el código RS puede corregir hasta 8 bytes erroneos por vector de código 254 255 240 n - k bytes de redundancia Debido a la presencia de ruido impulsivo (señales de ruido de gran amplitud poco frecuentes pricipalmente causadas por transitorios en la conmutación, pulsos de discado, corriente de llamada de POTS, trenes cercanos, ascensores, etc) en el par de cobre se deben proveer medios para asegurar que el transceptor ADSL es lo suficientemente robusto contra estos tipos de ruido y que es capaz de mantener una tasa de error aceptable. . Overhead por Corrección de Errores = 16/255 = 6.3 % 770 00905 0370-VHBE_Ed_07 47 © 2001 Alcatel Bell N.V., All rights reserved

Reed Solomon Distancia = 15-11+1= 5 Corrección = (5-1)/2= 2 Vector de Mensaje Ctrl Datos a ser transmitidos Ráfaga de Errores Datos Transmitidos Más de 2 Bytes Perdidos Dado que los errores se presentan en ráfagas es probable que la corrección de errores sea insufuciente. Datos Perdidos Datos Recibidos 770 00905 0370-VHBE_Ed_07 48 © 2001 Alcatel Bell N.V., All rights reserved

Modo Entrelazado (Interleaved) Vector de Mensaje Ctrl Datos a ser transmitidos Block 0 Block 1 Block 2 Block 3 Block 4 Ráfaga de Errores Datos Transmitidos 6 bytes perdidos Datos Recibidos Block 0 Block 1 Block 2 Block 3 1 Byte erróneo por block! Ctrl Corrección Ctrl Corrección Ctrl Corrección Ctrl Corrección Ctrl Corrección 770 00905 0370-VHBE_Ed_07 49 © 2001 Alcatel Bell N.V., All rights reserved

Código Trellis La codificación de Trellis es otro mecanismo de detección y corrección de errores que es opcional para ADSL. Principio de funcionamiento del Trellis => mirando los datos en forma completa uno puede detectar y corregir errores, es análogo a la detección y corrección de errores en el lenguaje hablado: Ejemplo: datos transmitidos: the water is wet and cold datos recibidos: the water is let and cold Mirando sólo la palabra let no podemos decir que está equivocada! Mirando la información antes y después de la palabra podemos decir con seguridad que debería ser wet en lugar de let. Trellis añade información redundante (overhead) a los datos transmitidos de forma de realizar la detección y corrección. Este overhead es 1/2 bit por cada portadora utilizada + 4 bits. Un codificador/decodificador de Viterbi chequeará los datos recibidos y calculará cuál es el valor recibido más lógico en función de los datos recibidos anteriormente. 770 00905 0370-VHBE_Ed_07 50 © 2001 Alcatel Bell N.V., All rights reserved

ADSL & Reed Solomon Símbolo DMT DS 1 DS 2 DS 3 DS 4 . . . . . DS 67 DS 68 SS 69 SUPERFRAME 17 ms Se asume que el código Trellis no está siendo usado!! 1 Data symbol corresponde a una palabra Reed Solomon de 255 Bytes. Algunos bytes en la palabra RS son overhead para framing usados para comunicación entre modems (EOC, AOC, IB, CRC). Si RS no se utiliza los datos aún pasan por el codificador RS ! La máxima velocidad downstream ADSL para datos: con Reed Solomon: (255-16-1) x 8bits/byte x 4000 symb/seg = 7,616 Mbits/seg sin Reed Solomon: (255-1) x 8bits/byte x 4000 symb/seg = 8,128 Mbits/seg 770 00905 0370-VHBE_Ed_07 51 © 2001 Alcatel Bell N.V., All rights reserved

Ganancia de Código Habíamos visto que para obtener un BER menor a 10-7 para una constelación QAM específica se necesita un determinado SNR. Si el SNR es menor que el requerido el BER se torna muy alto Introduciendo detección y corrección de errores se reduce el BER debido a que se corrige una cantidad de los errores producidos en la línea. Este mecanismo genera una ganancia de código que resulta en un menor SNR requerido para alcanzar una cierta constelación. Trellis introduce una ganancia de código de aprox. 5,5dB. Reed Solomon introduce una ganancia de código de aprox. 4dB. Trellis & RS juntos introducen una ganancia de aprox. 9dB. 770 00905 0370-VHBE_Ed_07 52 © 2001 Alcatel Bell N.V., All rights reserved

Ganancia de Código (Cont.) Mecanismos de Detección y corrección aplicados: 770 00905 0370-VHBE_Ed_07 53 © 2001 Alcatel Bell N.V., All rights reserved

1/2bit por portadora + 4 bits Velocidades ADSL Reed Solomon overhead ATM data Framing overhead 1 hasta 6 Bytes 1B Max. 255 Bytes Trellis overhead 1/2bit por portadora + 4 bits Attainable line rate ATM attainable rate Máxima velocidad ATM posible ATM used rate Velocidad ATM actualmente usada Used line rate Velocidad de línea ADSL actualmente usada Attainable line rate Máxima velocidad alcanzable de línea ADSL basada en el SNR medido 770 00905 0370-VHBE_Ed_07 54 © 2001 Alcatel Bell N.V., All rights reserved

Glosario ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line): Línea de abonado digital asimétrica ANSI (American National Standard Institute): Instituto nacional americano de estándares AoI (ADSL over ISDN): Servicio ADSL sobre línea ISDN AoP (ADSL over POTS): Servicio ADSL sobre línea POTS AS (Access Server): Servidor de acceso ATM (Asynchronous Transfer Mode): Modo de transferencia asincrónico bps (bits per second): Velocidad expresada en bits por segundo BRAS (Broadband Remote Access Server): Servidor de acceso remoto de banda ancha CPE (Customer Premises Equipment): Equipos propiedad del usuario, normalmente modem ADSL, PC, Splitter DMT (Discrete Multi Tone): Modulación por múltiples tonos discretos ISDN (Integrated Services Digital Network): Red digital de servicios integrados 770 00905 0370-VHBE_Ed_07 55 © 2001 Alcatel Bell N.V., All rights reserved

Glosario ISI (Inter Symbol Interference): Interferenca entre símbolos ISP (Internet Service Provider): Proveedor de servicio de Internet ITU (International Telecommunications Union): Unión Internacion de Telecomunicaciones LEX (Local Exchange): Central telefónica local NEXT (Near End Cross Talk): Cross Talk en extremo cercano o lado central POTS (Plained Old Telephone Service): Servicio telefónico clásico PSTN (Public Switched Telephone Network): Red pública de telefonía conmutada QAM (Quadrature Amplitude Modulation): Modulación por amplitud en cuadratura SNR (Signal to Noise Ratio): Relación señal/ruido, normalmente expresada en dB UTP (Unshielded Twisted Pair): Par trenzado sin blindaje 770 00905 0370-VHBE_Ed_07 56 © 2001 Alcatel Bell N.V., All rights reserved