10.1 Red de acceso DSL

RED DE ACCESO DSL

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Objetivo

1.- Escenario de la convergencia

Edison Coimbra G.TECNOLOGÍAS DE ACCESO

Tema 1 de:

Describir el desarrollo de tecnologías de banda ancha sobre líneas de cobre y la forma de complementarse con las redes ópticas.

Contenido

Última modificación:16 de marzo de 2011

2.- Orígenes del acceso a Internet3.- Modulación por multitono discreto DMT4.- Fundamentos de DSL5.- Modem ADSL

6.- Tecnología VDSL2

La industria de las telecomunicaciones está en un periodo de migración del tráfico de voz de redes TDM de conmutación de circuitos a redes basadas en paquetes, llamadas redes NGN (Next Generation Network).

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1.- Escenario de la convergencia Elementos clave de la convergencia

Redes de acceso y de transporte

Convergencia de redes y servicios

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¿Qué es la red de acceso?

DSL utiliza el par telefónico tradicional

Redes de acceso

Es el segmento de la red de telecomunicaciones que interconecta los equipos de abonados con los de borde de la red del proveedor de servicios.

El medio físico de transmisión de una red de acceso puede ser:

Par de cobre trenzado. Cable coaxial Fibra óptica Espacio libre (RF e IR)

Redes de acceso fijas: Red de telefonía tradicional (POTS) Red de banda ancha (DSL) Red de CATV (HFC) Red eléctrica (BPL) Red de fibra óptica (P2P y GPON)

Redes de acceso móviles: WiFi (IEEE 802.11) WiMax (IEEE 802.16) GSM UMTS HSPA LTE

Tipos de red de acceso

Cobre versus y fibra óptica Ayer

Un solución reciente es GPON + VDSL2

¿En qué consisten las soluciones?

×En la industria de telecomunicaciones, esta realidad ha motivado la consigna de reemplazar, en el más breve tiempo posible, el cobre por la fibra óptica. Pero……..

……Existe una inmensa cantidad de cables de cobre en todo el planeta que simplemente no puede ser desechada, por lo que la industria de telecomunicaciones ha optado por soluciones que contemplen la explotación de todas estas redes de cobre existentes.

Las soluciones apuntan a la coexistencia de redes de acceso con tecnología de banda ancha sobre líneas de cobre y sobre fibra óptica. Coexistencia que podrá durar por un largo periodo en el futuro.

No existe un mejor medio físico conocido que la fibra óptica, y ninguna señal fuente mejor que la luz para resolver los nuevos y emergentes requerimientos de transmisión" … “la fibra óptica es un medio de propagación a prueba de futuro” (Editorial Revista IEEE, marzo 2000).

Hoy

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Desarrollo de las tecnologías ópticasGarantizan accesos a altas velocidades

No, porque…¿Significa el fin de las redes de cobre?

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Las redes de cobre se están revalorizandoGarantizando accesos a altas velocidades

Tecnologías DSL

Son tecnologías de banda ancha sobre líneas de cobre

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El Dial up

Modulación digital

2.- Orígenes del acceso a Internet

La red telefónica fue diseñada para el transporte de voz.

La modulación digital de una portadora.

La portadora (que es analógica) debe estar dentro del ancho de banda (BW) para datos.

Características del espectro

¿Qué técnica se utiliza?

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QAM combina ASK y PSK

Modulaciones digitalesEsquemas en el dominio del tiempo

Caso QAM de 3 bits/baud

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Modulaciones digitalesEsquema en el dominio de la frecuencia Espectro de ASK, PSK y QAM

La modulación digital crea un BW proporcional a la tasa de señal en baud, centrado alrededor de la frecuencia portadora.

Significa que si hay disponible un canal paso banda, se puede elegir la portadora de manera que la señal modulada ocupe el BW.

Espectro de enlace full dúplex

En transmisión de datos se usan enlaces full-dúplex con comunicación en ambos sentidos.

En este caso, se divide el BW disponible en 2 canales, cada uno con su frecuencia portadora.

El BW de una transmisión QAM es el mismo que para ASK y PSK.

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Modulación digital - Ejercicios

En ASK, tasa de bit = tasa de baud.En ASK, BW mínimo = tasa de baud

Ejercicio 1

Respuesta.-

BW de ASK. Calcule el BW mínimo para una señal ASK que se transmite a 2 kbps. El modo de transmisión es half-duplex.

En ASK, la tasa de baud (Nbaud ) y de bit son iguales, por tanto Nbaud = 2 kBd y BW = 2 kHz.

Ejercicio 2

Tasa de bit ASK. Dado un BW de 5 kHz para una señal ASK, ¿Cuál es la tasa de baud y la tasa de bits?

En ASK la tasa de baud = BW, por tanto, Nbaud = 5 kBd y la tasa de bit = 5 kbps. Respuesta.-

Ejercicio 3

ASK full dúplex. Dado un BW de 10 kHz (1 a 11 kHz), dibuje el diagrama para una señal ASK full-dúplex . Calcule las portadoras y los BW en cada dirección. Asuma que no hay intervalos entre bandas de ambas direcciones.

Respuesta.- Para ASK full-dúplex, el BW en cada dirección es BW = 10 kHz/2 = 5 kHz. Las portadoras se eligen en la mitad de cada banda.



En N-PSK (2n = N), la tasa de bit = n × tasa de baud.En PSK, BW mínimo = tasa de baud

Ejercicio 4

Respuesta.-

BW de 4-PSK. Calcule el BW mínimo para una señal 4-PSK que se transmite a 2 kbps. El modo de transmisión es half-duplex.

En 4-PSK, se transmiten 2 bits/baud, por tanto Nbaud = 1 kBd y el BW mínimo = 1 kHz.

Tasa de bit de 8-PSK. Dado un BW de 5 kHz para una señal 8-PSK, calcule la tasa de baud y la tasa de bit.

Ejercicio 5

Respuesta.- En 8-PSK, se transmiten 3 bits/baud, por tanto la tasa de bit = 15 kbps, ya que Nbaud = 5 kBd.

Tasa de baud 8-PSK. Un diagrama de constelación está formado por 8 puntos igualmente espaciados sobre un círculo. Si la tasa de bit es 4,8 kbps, ¿cuál es la tasa de baudio?

La constelación indica 8-PSK con los puntos separados 45º. Puesto que 23 = 8, se transmiten 3 bits con cada símbolo (baud). Por tanto, Nbaud = 1,6 kBd.

Ejercicio 6

Respuesta.-



En QAM, BW mínimo = tasa de baud

Ejercicio 7

Respuesta.-

Tasa de bit 16-QAM. Calcule la tasa de bit para una señal 16-QAM de 1 kBd.

En 16-QAM, se transmiten 4 bits/baud, puesto que 24 = 16. Por tanto, la tasa de bit = 4 kbps.

En N-QAM (2n = N), la tasa de bit = n × tasa de baud.

Ejercicio 8

Tasa de baud 64-PSK. Calcule la tasa de baud para una señal 64-QAM de 72 kbps.

Respuesta.- En 64-QAM, se transmiten 6 bits/baud, puesto que 26 = 64. Por tanto, la tasa de baud = 12 kBd.

Ejercicio 9

Tasa de bit QAM. Calcule la tasa de bit para una señal QAM que tiene un BW efectivo de 4 kHz y transmite 15 bit/Bd.

Respuesta.- En QAM, el BW = tasa de baud. Como se transmite 15 bit/baud, la tasa de bit = 15 × 4k = 60 kbps.


Multiplexor FDM

3.- Modulación por multitono discreto DMTLa Modulación por Multitono Discreto (DMT) se ha convertido en estándar para los sistemas DSL . Consiste en enviar la información sobre un múltiplex de muchas portadoras “adecuadamente espaciadas” en frecuencia, repartiendo la información entre todas ellas.

Aunque la velocidad de modulación de cada portadora es pequeña (60 kbps) la del conjunto puede ser muy elevada.

Cada sistema define la división de BW. En sistemas DSL, cada canal dispone de 4,312 kHz y usa 4 KHz efectivos.

El filtro anula una banda

lateral.

El medio debe tener suficiente BW para soportar todos los canales. Tasa de bit de cada

modulador QAM = 60 kbps (15×4k).¿Dónde encontramos un medio así?

DMT combina QAM y FDM.


Modulación DMT para mayor velocidad - Ejercicios

En DMT la información se envía por múltiples portadoras.

Ejercicio 10

DMT combina QAM y FDM.

Se necesitan combinar 3 canales de datos consistentes en señales QAM de 15 bit/Bd y 4 kHz de BW, en un enlace que tiene un BW = 12 kHz, entre 20 y 32 kHz.

a) Muestre la configuración usando el dominio de la frecuencia, sin bandas de guarda.b) Calcule la tasa de bit del enlace.

Respuesta.- b) Las señales QAM tienen una velocidad de 60 kbps, por tanto, la señal FDM tendrá 180 kbps.

Ejercicio 11

Suponga que utiliza la modulación DMT para alcanzar una velocidad de acceso a Internet de 13,4 Mbps de bajada y 1,44 Mbps de subida.

a) ¿En teoría, cuántos multitonos son necesarios?b) ¿Cuál es el BW mínimo que debe tener el medio de transmisión a través del cual se quiere

accesar a Internet?

Respuesta.- a) (13,4M+1,44)/ 60k = 248. b) 248×4,312k = 1,069 MHz.

Mayor velocidad con el uso de DMT, pero ¿dónde encontramos un medio de mayor BW?, ¿en los bucles locales?

a) Es una configuración FDM, donde f1=20, f2=24 y f3=28 kHz.


Un par telefónico llega a la casa de cada abonado.

4.- Fundamentos de DSL

La idea es “quitar el filtro” y aprovechar el potencial de los pares de cobre en el tramo casa MDF.

El par trenzado de los bucles locales existentes es capaz de manejar BW superiores a 2 MHz, pero el filtro instalado en la central telefónica lo limita a 4 kHz (suficiente para comunicación de voz).

Ingeniería de planta externa


Tecnologías xDSLAnálisis del BW del par telefónico

ADSL

La asimetría de ADSL es idónea para el acceso a Internet que es asimétrico.

El par telefónico “sin filtro”, si reúne ciertos requisitos mínimos de calidad y longitud, es capaz de manejar BW superiores a 2 MHz (más de 500 veces de lo que hasta ahora ha estado manejando).

Para aprovechar este potencial sólo hacían falta los equipos capaces de sacarle partido a ello. Es así que aparecen las tecnologías DSL (línea de abonado digital).

La tecnología DSL es un conjunto de tecnologías, que se diferencian por su primera letra (ADSL, VDSL, HDSL y SDSL). El conjunto se denomina a menudo xDSL.

La primera tecnología del conjunto es la DSL asimétrica (ADSL). El ADSL proporciona mayor velocidad en la dirección de descarga (desde Internet al PC de usuario) que en la dirección de carga (desde el PC a Internet).


El ADSL utiliza la modulación DMT. Divide un BW disponible de 1.1 MHz en 256 canales. Cada canal dispone de 4,312 kHz y un ancho de banda efectivo de 4 kHz.

Voz. El canal 0 se reserva para comunicación de voz. Vacío. Los canales 1 a 5 no se usan.

Carga de datos. Canales 6 al 30 (24 de datos y 1 de control). Con 24 canales, BW de 4 kHz y QAM, se tiene 1,44 Mbps (24×15×4k). Sin embargo, la velocidad normal es menor que 1 Mbps, debido a que algunas portadoras se borran en las frecuencias donde el nivel de ruido es grande.

Descarga de datos. Canales 31 al 225 (224 de datos y 1 de control). Con 224 canales, BW de 4 kHz y QAM, se tiene 13,4 Mbps (224×15×4k). Sin embargo, la velocidad normal es menor que 8 Mbps, debido a que algunas portadoras se borran en las frecuencias donde el nivel de ruido es grande.

Características

Distribución del espectro

El ADSL utiliza un espectro de 1,1 MHz

5.- Modem ADSL


Problemas que afectan a la tasa de bitADSL es una tecnología adaptativa

AM se transmite por encima de los 530 kHz

Desafortunadamente, 1,1 MHz es sólo el BW teórico del bucle local. Factores tales como la distancia entre la residencia y la central local, el calibre del cable, la derivación de los conductores, la diafonía, las interferencias (AM), la señalización usada, etc., afectan al BW.

Los diseñadores de ADSL eran conscientes de estos problemas y usaron una tecnología adaptativa que prueba las condiciones y el BW disponible en la línea antes de establecer la tasa de bit. La tasa de bit del ADSL no es fija, cambia según las condiciones y el tipo del bucle local.

Rel

ació

n bi

ts/c

anal

a f

recu

enci

a


Esquema de conexión del modem ADSLEn la central telefónica

En casa del abonado, el bucle local se conecta a un filtro que separa voz y datos. El modem ADSL modula y demodula los datos usando DMT y crea canales de carga y descarga.

En la central telefónica, en lugar de un modem ADSL, se instala un dispositivo denominado multiplexor de acceso de línea de abonado (DSLAM). Además de las funciones de modulación, empaqueta los datos para ser enviados al servidor del ISP.

En casa del abonado

El filtro (splitter) es un conjunto de 2 filtros: pasoaltas y pasobajas.


Ejemplo básico de tecnología DSLServicio de Internet de banda ancha

El DSLAM se instala cerca del MDF de la central.

Voz`+ DSL por par de Cu.


Ejemplo de un servicio de datosServicio de transmisión de datos

Permite crear un PVC.

Entre el ADSL y el DSLAM se utiliza ATM como protocolo de capa 2.

Entre el DSLAM y el router de borde se utiliza Ethernet como protocolo de capa 2.

Protocolos y conectividad


Esquema de conexión del DSLAM en el MDFEjemplo de despliegue

El DSLAM se conecta luego con el ISP

Ejemplo del despliegue en el MDF de equipos DSLAM de Alcatel serie 7300.

Conexiones en el MDF


ADSL2

ADSL2+ requiere cambios en la red

Provee mayor velocidad y alcance. Incorpora:

Mecanismos que combaten la atenuación y diafonía de los pares de Cu.

Algoritmos mejorados de DSP y codificación Trellis que incrementan ganancia en codificación.

Evolución DSL: ADSL ADSL2 ADSL2+

Principal novedad: duplica el espectro hasta 2.2 MHz, destinado a aumentar la velocidad de descarga .

La migración hacia ADSL2+ requiere pequeños cambios en la estructura de la red.

ADSL2+

Puede utilizar más de una línea telefónica.

Resumen de velocidades


¿Qué velocidades y cobertura se pueden alcanzar?

Los ADSL utilizan un par telefónico.

Comparación entre tecnologías DSL

El siguiente cuadro muestra un resumen práctico de las velocidades y cobertura que se pueden alcanzar en función de los distintos tipos de módems ADSL y el calibre de los conductores.

Estándares de la industria

El ADSL Lite (ADSL sin filtro) es una versión que permite conectar un modem ADSL ligero en línea telefónica y conectarlo a la PC. El filtrado se hace en la central telefónica. El ADSL ligero usa 256 portadoras DMT con modulación de 8 bits (en lugar de 15).


VDSL

VDSL se instala en forma simétrica o asimétrica.

6.- Tecnología VDSL2

VDSL (DSL de muy alta velocidad), es similar a ADSL. Su modulación es la DMT y usa cable coaxial, fibra óptica o cable de par trenzado para distancias cortas.

Espectro para VDSL

VDSL proporciona velocidades de 25 a 55 Mbps (5 a 10 veces superiores al ADSL) para carga a distancias entre 1 y 3,2 km. La descarga normalmente es 3,2 Mbps. También se instala en forma simétrica, en función de la oferta de servicios.

Para conseguir altas velocidades, se extiende hasta 12 MHz. Crea canales virtuales que los monitorea para establecer canales alternativos cuando las señales se degradan, y así desplazar los datos por la mejor ruta.

Espectro para VDSL2

Se extiende hasta 30 MHz.


VDSL2

VDSL2 diseñado especialmente para Triple Play

Características de la tecnología VDSL2

VDSL2 (VDSL Line 2) es el estándar DSL más reciente y avanzado. Proporciona un rango de velocidades de 50 a 100 Mbps para carga y descarga de datos (modo simétrico) a distancias de hasta 250 m. Diseñado para soportar los servicios Triple Play, que incluyen voz, video, datos, HDTV y juegos interactivos.

Ejemplo de servicio Triple Play con VDSL2

27www.coimbraweb.com Accesos híbridos fibra y par de cobre.

Servicios GPON: FTTB + VDSL2Ayer

Ahora

En breve

La consigna de la industria de telecomunicaciones era reemplazar el par telefónico de cobre por fibra óptica.

Tomará tiempo llevar fibra óptica hacia el hogar (FTTH) por los siguientes motivos:

La especificaciones técnicas no están del todo estandarizadas. Los costos aún son altos. La demanda de servicios aún no es alta.

El escenario es propicio para que VDSL2 se complemente con GPON.

GPON es la tecnología de red óptica pasiva (PON) más reciente. Diseñada para servicios de voz, datos, video, leased lines y distribución de servicios, a diferentes velocidades de transmisión, entre ellas: 1,25 Gbps de carga y, 2,5 Gbps de descarga.

VDSL2 y GPON se juntarán para satisfacer requerimientos de servicios que demandan grandes anchos de banda.


Acceso híbrido que combina fibra y cobre

Para requerimientos de Pymes y SOHO: 50 a 100 Mbps de descarga.

Servicios GPON: FTTB + VDSL2

VDSL2 transmite a alta velocidad sobre distancias cortas, por ello se puede utilizar como última milla de las redes ópticas que llegan con fibra hasta un armario en la acera (FTTC) o a un armario de distribución en un edifico (FTTB). La conexión final se realiza a través de la red telefónica de cobre, con VDSL2.

Acceso híbrido

FIN

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