Visión general del desarrollo de tecnologías de banda ancha sobre líneas de cobre y la forma de complementarse con las redes ópticas.

1. RED DE ACCESO DSL Contenido 1.- Escenario de la convergencia 2.- Orígenes del acceso a Internet 3.- Modulación por multitono discreto DMT 4.- Fundamentos de DSL 5.- Modem ADSL 6.- Tecnología VDSL2 Objetivo Describir el desarrollo de tecnologías de banda ancha sobre líneas de cobre y la forma de complementarse con las redes ópticas. Tema 1 de: TECNOLOGÍAS DE ACCESO Última modificación: 16 de marzo de 2011 Edison Coimbra G. 1 www.coimbraweb.com

2. 1.- Escenario de la convergencia Elementos clave de la convergencia 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(NextGeneration Network). Convergencia de redes y servicios Redes de acceso y de transporte 2 www.coimbraweb.com

3. Redes de acceso ¿Qué es la red 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) Tipos de red de acceso 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 DSL utiliza el par telefónico tradicional 3 www.coimbraweb.com

4. × Cobre versus y fibra óptica Ayer 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). 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…….. Hoy ……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. ¿En qué consisten las soluciones? 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. Un solución reciente es GPON + VDSL2 4 www.coimbraweb.com

5. Desarrollo de las tecnologías ópticas Garantizan accesos a altas velocidades ¿Significa el fin de las redes de cobre? No, porque… 5 www.coimbraweb.com

6. Las redes de cobre se están revalorizando Garantizando accesos a altas velocidades Son tecnologías de banda ancha sobre líneas de cobre Tecnologías DSL 6 www.coimbraweb.com

7. 2.- Orígenes del acceso a Internet El Dial up Características del espectro La red telefónica fue diseñada para el transporte de voz. ¿Qué técnica se utiliza? La modulación digital de una portadora. La portadora (que es analógica) debe estar dentro del ancho de banda (BW) para datos. Modulación digital 7 www.coimbraweb.com

8. Modulaciones digitales Esquemas en el dominio del tiempo Caso QAM de 3 bits/baud QAM combina ASK y PSK 8 www.coimbraweb.com

9. Modulaciones digitales Esquema 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. 9 www.coimbraweb.com

10. Modulación digital - Ejercicios Ejercicio 1 BW de ASK. Calcule el BW mínimo para una señal ASK que se transmite a 2 kbps. El modo de transmisión es half-duplex. Respuesta.- 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? Respuesta.- En ASK la tasa de baud = BW, por tanto, Nbaud = 5 kBd y la tasa de bit = 5 kbps. 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 ASK, tasa de bit = tasa de baud. En ASK, BW mínimo = tasa de baud 10 www.coimbraweb.com

11. Modulación digital - Ejercicios Ejercicio 4 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. Respuesta.- En 4-PSK, se transmiten 2 bits/baud, por tanto Nbaud = 1 kBd y el BW mínimo = 1 kHz. Ejercicio 5 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. Respuesta.- En 8-PSK, se transmiten 3 bits/baud, por tanto la tasa de bit = 15 kbps, ya que Nbaud = 5 kBd. Ejercicio 6 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? Respuesta.- 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. En N-PSK (2n = N), la tasa de bit = n × tasa de baud. En PSK, BW mínimo = tasa de baud 11 www.coimbraweb.com

12. Modulación digital - Ejercicios Ejercicio 7 Tasa de bit 16-QAM. Calcule la tasa de bit para una señal 16-QAM de 1 kBd. Respuesta.- En 16-QAM, se transmiten 4 bits/baud, puesto que 24 = 16. Por tanto, la tasa de bit = 4 kbps. 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. En N-QAM (2n = N), la tasa de bit = n × tasa de baud. En QAM, BW mínimo = tasa de baud 12 www.coimbraweb.com

13. 3.- Modulación por multitono discreto DMT La 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. Multiplexor FDM Aunque la velocidad de modulación de cada portadora es pequeña (60 kbps) la del conjunto puede ser muy elevada. DMT combina QAM y FDM. El filtro anula una banda lateral. Cada sistema define la división de BW. En sistemas DSL, cada canal dispone de 4,312 kHz y usa 4 KHz efectivos.    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? 13 www.coimbraweb.com

14. Modulación DMT para mayor velocidad - Ejercicios Ejercicio 10 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. Muestre la configuración usando el dominio de la frecuencia, sin bandas de guarda. Calcule la tasa de bit del enlace. Respuesta.- a) Es una configuración FDM, donde f1=20, f2=24 y f3=28 kHz. 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. ¿En teoría, cuántos multitonos son necesarios? ¿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? DMT combina QAM y FDM. En DMT la información se envía por múltiples portadoras. 14 www.coimbraweb.com

15. 4.- Fundamentos de DSL Ingeniería de planta externa 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). La idea es “quitar el filtro” y aprovechar el potencial de los pares de cobre en el tramo casa  MDF. Un par telefónico llega a la casa de cada abonado. 15 www.coimbraweb.com

16. Tecnologías xDSL Análisis del BW del par telefónico 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. ADSL 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). La asimetría de ADSL es idónea para el acceso a Internet que es asimétrico. 16 www.coimbraweb.com

17. 5.- Modem ADSL Características El ADSL utiliza la modulación DMT. Divide un BW disponible de 1.1 MHz en 256 canales. Cada canal dispone de 4,312 kHzy un ancho de banda efectivo de 4 kHz. Distribución del espectro 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. El ADSL utiliza un espectro de 1,1 MHz 17 www.coimbraweb.com

18. Problemas que afectan a la tasa de bit ADSL es una tecnología adaptativa 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. Relación bits/canal a frecuencia 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. AM se transmite por encima de los 530 kHz 18 www.coimbraweb.com

19. Esquema de conexión del modem ADSL En la central telefónica 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 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. El filtro (splitter) es un conjunto de 2 filtros: pasoaltas y pasobajas. 19 www.coimbraweb.com

20. Ejemplo básico de tecnología DSL Servicio de Internet de banda ancha Voz`+ DSL por par de Cu. El DSLAM se instala cerca del MDF de la central. 20 www.coimbraweb.com

21. Ejemplo de un servicio de datos Servicio de transmisión de datos Protocolos y conectividad 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. Permite crear un PVC. 21 www.coimbraweb.com

22. Esquema de conexión del DSLAM en el MDF Ejemplo de despliegue Ejemplo del despliegue en el MDF de equipos DSLAM de Alcatel serie 7300. Conexiones en el MDF El DSLAM se conecta luego con el ISP 22 www.coimbraweb.com

23. Evolución DSL: ADSL  ADSL2  ADSL2+ ADSL2 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. Puede utilizar más de una línea telefónica. 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. Resumen de velocidades ADSL2+ requiere cambios en la red 23 www.coimbraweb.com

24. Comparación entre tecnologías DSL ¿Qué velocidades y cobertura se pueden alcanzar? 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. 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). Estándares de la industria Los ADSL utilizan un par telefónico. 24 www.coimbraweb.com

25. 6.- Tecnología VDSL2 VDSL 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 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. 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. VDSL se instala en forma simétrica o asimétrica. 25 www.coimbraweb.com

26. Características de la tecnología VDSL2 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 VDSL2 diseñado especialmente para Triple Play 26 www.coimbraweb.com

27. Servicios GPON: FTTB + VDSL2 Ayer La consigna de la industria de telecomunicaciones era reemplazar el par telefónico de cobre por fibra óptica. Ahora 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, leasedlines y distribución de servicios, a diferentes velocidades de transmisión, entre ellas: 1,25 Gbps de carga y, 2,5 Gbps de descarga. En breve VDSL2 y GPON se juntarán para satisfacer requerimientos de servicios que demandan grandes anchos de banda. Accesos híbridos fibra y par de cobre. 27 www.coimbraweb.com

28. Servicios GPON: FTTB + VDSL2 Acceso híbrido que combina fibra y cobre 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 Para requerimientos de Pymes y SOHO: 50 a 100 Mbps de descarga. 28 www.coimbraweb.com