ASDL

La comunicación ha sido una de las necesidades fundamentales de los seres humanos, desde el simple hecho de poder enviar una carta, pasando por el actual sistema telefónico que conecta al mundo entero, hasta llegar a niveles tan avanzados como la Internet, a través de la cual se puede transmitir texto, voz, audio y video.

Sin duda alguna, entre los medios de comunicación presentados, fue el teléfono el primero en lograr un alto nivel de difusión a nivel mundial. Básicamente la red telefónica está constituida por tendidos de cable “par trenzado” de cobre, que inicialmente fueron concebidos para transportar la señal de voz generada por las llamadas telefónicas. El único tipo de comunicación que había que manejar era la voz humana, que no requería gran velocidad de transmisión o ancho de banda..

Debido a las características de la voz, el ancho de banda necesario para representarla con poca pérdida de entendibilidad oscila entre 300 y 3400 Hz., es por ello que en las primeras tecnologías de transmisión de datos se utilizó este ancho de banda para modular la señal digital proveniente de los computadores en señal analógicas que pudiera ser transmitida a través de la red telefónica. El inconveniente de usar el ancho de banda de la voz para transmitir datos es que no se pueden lograr grandes velocidades de transmisión. En la actualidad se ha logrado que la tasa de transferencia sea de sólo 56 Kbps, utilizando varios niveles de codificación.

Con el paso del tiempo, el aumento en la velocidad de transmisión se hacía cada vez más necesario para poder responder a las exigencias de la tecnología. En un principio se pensó que debían utilizarse otros medios de transmisión distintos al del cable de cobre para lograr transmisiones más rápidas, fue así como surgen la fibra óptica, microondas, entre otras, que ofrecen mejores anchos de banda para la transmisión de datos.

No fue sino hasta finales de los 80s que Joseph W. Lechleider, ingeniero de Telcordia, propuso la utilización de la línea telefónica ordinaria de un modo más optimo, argumentando que para distancias cortas, desde los teléfonos hasta su respectiva central telefónica, se podía aprovechar el ancho de banda del cable que no es usado al transmitir señales de voz. La técnica de transmisión introducida por Lechleider fue denominada Digital Subscriber Line (DSL), en español, línea de suscripción digital.

A principio de los 90s, algunas compañías habían desarrollado ciertas versiones de DSL denominadas HDSL, que podían transmitir casi a 800 Kbps en una distancia de cuatro kilómetros. Al mismo tiempo que se desarrollaba la tecnología HDSL, John Cioffi, de la universidad de Stanford, comenzó a utilizar una técnica de codificación de señal denominada Discrete Multitone (DMT) que permite transmitir a 8 Mbps a través de una línea telefónica de 1,6 Km de longitud. La técnica DMT divide el ancho de banda de 1 Mhz. en 256 subcanales de 4 KHz cada uno, lo que esencialmente crea 256 módems que operan en la misma línea simultáneamente. El propósito original de DMT era enviar video a través de la línea telefónica. Dado que la mayor parte de la transmisión iría en sentido del cliente, la mayoría de los subcanales se dedicó a dicha transmisión, a una tasa de 6 Mbps con aproximadamente 0.6 Mbps disponible para transmitir en el sentido opuesto. Esta forma asimétrica de DSL se convirtió rápidamente en un estándar internacional llamado Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL).

Características

1) Ancho de banda asimétrico, tal y como se indicó en la introducción, el ADSL brinda un mayor ancho de banda en sentido red ® usuario, que usuario ® red. Así, se pueden alcanzar velocidades de hasta 8 Mbps (1000 Kbytes/s) para la conexión entrante al equipo, lo que supone multiplicar por algo más de 256 la velocidad de los módems actuales. Para la conexión saliente se puede alcanzar algo cercano a 1 Mbps. Esta velocidad depende de la distancia del bucle de abonado, que no es más la lejanía entre el terminal RJ-11 conectado al módem ADSL y la central a la que está asignado el número telefónico correspondiente. A mayor distancia, menos velocidad.

2) Debido a que en ADSL el ancho de banda total del cable se divide en subcanales de 4 KHz cada uno agrupados en tres clases: Voz, datos salientes (uplink, upstream), datos entrantes (downlink, downstream), es posible utilizar dichas “clases” independientemente, por esta razón se puede hablar por teléfono mientras se descarga un archivo o se realiza cualquier otra operación que requiera la transferencia de datos.

En este gráfico se ilustra lo expuesto en la característica número dos, POTS o Plain Old Tlephone System, en español, antiguo sistema telefónico plano, representa el ancho de banda utilizado para la transferencia de voz. Upstream y Downstream se corresponde con el ancho de banda para subir y bajar datos respectivamente.

3) Con ADSL se dispone de una conexión permanente a Internet, por esta razón no es necesario que el usuario establezca explícitamente una conexión como sucede en el caso de los dial-up, simplemente cuando se desee usar una aplicación de red, basta con invocarla ya que siempre se tiene acceso a la red, lo que se suele llamar always on.

4) A diferencia de otras tecnologías como conexión por cable, ADSL ofrece una conexión dedicada, lo que implica que el ancho de banda se comparte sólo a nivel de la central telefónica y no en el cable.

5) La tecnología ADSL permite a los operadores que la ofrecen, aplicar tarifas planas para este servicio debido a la naturaleza de la comunicación que se establece. En la red telefónica normal, una conexión mantiene ocupados una serie de recursos desde el inicio hasta la finalización de la misma. Y nadie más puede usar esos recursos durante ese intervalo. A esto se le denomina red de acceso dedicado. Sin embargo, con ADSL una conexión ocupa algunos recursos de la red durante cortos espacios de tiempo. Y otras conexiones pueden usar esos recursos en otros cortos espacios de tiempo. Es lo que se denomina red de acceso conmutado. Ésta última hace un mejor uso de los recursos de la red, y por lo tanto los operadores ofrecen tarifas planas para los servicios prestados a través de este tipo de redes con mayor frecuencia que con los prestados en las redes de acceso dedicado.

Componentes de ADSL

Para que una línea analógica se convierta en una línea ADSL, y pueda conectarse a Internet o a otro tipo de redes se han de realizar una serie de cambios en la central a la que pertenece la línea.

Para transmitir información a través de una línea ADSL se utiliza una modulación bastante distinta a la que utilizan los módems habituales. Por tanto lo primero es instalar un módem ADSL en el equipo que queramos conectar a la línea ADSL (ATU-R), y otro en la central (ATU-C). En realidad en la central lo que se instala es un DSLAM, o conjunto de tarjetas que reúne un gran número de módems ADSL, y que es capaz de enrutar el tráfico de todas esas tarjetas hacia una red de área extensa o WAN.

- Splitter

Como se mencionó anteriormente, el Splitter sirve para separar la señal de voz de la de datos tanto en casa de los usuarios, como en la central telefónica. Puesto que ambas ocupan distintas partes del ancho de banda de la línea ADSL, lo lógico es utilizar un par de filtros para separarlas. Y eso es el Splitter. un filtro paso bajo para la voz, y un paso alto para los datos.

Existe una modalidad de ADSL que no requiere de la instalación del Splitter. Por supuesto no permite la simultaneidad de voz y datos, pero es algo más barata y sencilla de instalar, aunque alcanza menores velocidades de transmisión. Esta modalidad se conoce como G.Lite ADSL y no se suele utilizar. La que requiere el Splitter y permite comunicaciones vocales y de datos simultáneamente, se denomina Full-rate ADSL y es la que se comercializa normalmente.

- ATU-R

El ATU-R o ADSL Terminal Unit - Remote, no es más que el módem que permite establecer la conexión ADSL a través de la línea telefónica, y que se encuentra en casa del usuario. Se suele denominar igualmente módem ADSL. Al igual que en los analógicos, existen dos tipos: externos e internos.

- ATU-C

ATU-C o ADSL Termination Unit - Central (Office) es el módem que se encuentra en el extremo de la línea ADSL ubicado en la central telefónica. Generalmente, los ATU-C se encuentran acoplados a dispositivos llamados DSLAM.

- DSLAM

Como se mencionó anteriormente por cada línea ADSL, es necesario instalar un ATU-R en casa del usuario y un ATU-C en la central telefónica local asociada a dicha línea. Esto podría complicar el despliegue de ADSL, pues no es práctico tener cientos de ATU-C en cada central. La solución es el DSLAM o Digital Subscriber Line Access Multiplexer, que agrupa un gran número de tarjetas, cada una de las cuáles tiene varios ATU-C.

El DSLAM además es capaz de enrutar el tráfico de todas las tarjetas hacia una red de área extensa o WAN. Como se verá más adelante, ATM sobre ADSL es la solución que se ha impuesto. De este modo tenemos una red de acceso ADSL, a una red de transporte ATM.

Así el DSLAM se compone de las tarjetas donde están conectados uno o mas módems ATU-C, de un conmutador ATM, y de diversas interfaces o tipos de conexiones: varias ADSL-DMT para las líneas ADSL, y una STM-1, STM-4 ó E3 para la conexión a la red de transporte.

Codificación

El ADSL utiliza como técnica de codificación QAM o Quadrature Amplitude Modulation, que consiste en una combinación de modulación de amplitud y cambios de fase. Para ilustrar el funcionamiento de QAM consideremos el caso en que se codifican 3 bits por baudio (en el ADSL se codifica un número mucho mayor de bits por baudio), en este caso se pueden representar 8 combinaciones binarias, todas las que se pueden hacer con el mencionado número de bits.

Se usarán 4 posibles cambios de fase y dos medidas de amplitud 1 y 2, que se representan en la siguiente tabla:

Ternas de Bits	Amplitud	Cambio de Fase
000	1	Ninguno
001	2	Ninguno
010	1	1/4
011	2	1/4
100	1	1/2
101	2	1/2
110	1	3/4
111	2	3/4

Ahora, lo que se debe hacer es imaginar cómo lucirá la señal resultante, recordando que el cambio de cada onda es relativo a la onda anterior. Para hacer el gráfico se deben usar los valores de la tabla.

Modulación

Entre la técnica de modulación de ADSL y las usadas por los módems en banda vocal (V.32 a V.90) existen algunas diferencias, por ejemplo, los módems convencionales sólo transmiten en la banda de frecuencias usada en telefonía (300 Hz a 3.400 Hz), mientras que los módems ADSL operan en un margen de frecuencias mucho más amplio que va desde los 24 KHz hasta los 1.104 KHz, aproximadamente.

En una primera etapa coexistieron dos técnicas de modulación para el ADSL: CAP ("Carrierless Amplitude/Phase") y DMT ("Discrete MultiTone"). Finalmente los organismos de estandarización (ANSI, ETSI e ITU) se han decantado por la solución DMT.

DMT consiste básicamente en el empleo de múltiples portadoras en lugar de sólo una, que es lo que se hace en los módems de banda vocal. Cada una de estas portadoras (denominadas subportadoras) es modulada en cuadratura (modulación QAM) por una parte del flujo total de datos que se van a transmitir. Estas subportadoras están separadas entre sí 4,3125 KHz, y el ancho de banda que ocupa cada subportadora modulada es de 4 KHz. El reparto del flujo de datos entre subportadoras se hace en función de la estimación de la relación Señal/Ruido en la banda asignada a cada una de ellas. Cuanto mayor es esta relación, mayor es el caudal que puede transmitir por una subportadora. Esta estimación de la relación Señal/Ruido se hace al comienzo, cuando se establece el enlace entre el ATU-R y el ATU-C, por medio de una secuencia de entrenamiento predefinida.

La técnica de modulación usada es la misma tanto en el ATU-R como en el ATU-C. La única diferencia estriba en que el ATU-C dispone de hasta 256 subportadoras, mientras que el ATU-R sólo puede disponer como máximo de 32.

La modulación de ADSL es realmente complicada; el algoritmo de modulación se traduce en una IFFT (transformada rápida de Fourier inversa) en el modulador, y en una FFT (transformada rápida de Fourier) en el demodulador situado al otro lado del bucle. Estas operaciones se pueden efectuar fácilmente si el núcleo del módem se desarrolla sobre un DSP (Digital Signal Processor).

· El modulador del ATU-C, hace una IFFT de 512 muestras sobre el flujo de datos que se ha de enviar en sentido "downstream".

· El modulador del ATU-R, hace una IFFT de 64 muestras sobre el flujo de datos que se ha de enviar en sentido "upstream".

· El demodulador del ATU-C, hace una FFT de 64 muestras tomadas de la señal "upstream" que recibe.

· El demodulador del ATU-R, hace una FFT, sobre 512 muestras de la señal "downstream" recibida

En la Figura : Modulación ADSL DMT con FDM se muestran los espectros de las señales transmitidas por los módems ADSL tanto en sentido ascendente como descendente. Como se puede apreciar, los espectros nunca se solapan con la banda reservada para el servicio telefónico básico (POTS), y en cambio sí que se solapan con los correspondientes al acceso básico RDSI. Por ello el ADSL y el acceso básico RDSI son incompatibles.

En un par de cobre, la atenuación crece a medida que aumenta la frecuencia de las señales transmitidas. Y cuanto mayor es la longitud del bucle, tanto mayor es la atenuación total que sufren las señales transmitidas. Ambos aspectos explican que el caudal máximo que se puede conseguir mediante los módems ADSL varíe en función de la longitud del bucle de abonado.

La tecnología ATM (Asynchronous Transfer Mode) es actualmente sobre la que se están construyendo las nuevas redes de banda ancha. Proporciona a las empresas de comunicaciones la tecnología para construir redes que satisfacen los requerimientos de los usuarios, combinando características de escalabilidad, y la capacidad de transportar otros tipos de tráficos, como Frame Relay además de protocolos como el protocolo IP.

ADSL y ATM juntos proporcionan una solución ideal para la entrega de múltiples servicios como video, sonido o datos. Desde un primer momento, dado que el ADSL se concibió como una solución de acceso de banda ancha, se pensó en el envío de la información en forma de células ATM sobre los enlaces ADSL. En tal sentido, el conjunto de células ATM así obtenido constituye el flujo de datos que se modulan con DMT. La razón de esto, es el valor añadido que se proporcionó a ADSL mediante la utilización de circuitos virtuales y la garantía de la calidad de servicio de ATM.

Si en un enlace ADSL se usa ATM como protocolo de enlace, se pueden definir varios circuitos virtuales permanentes (CVPs) ATM sobre el enlace ADSL entre el ATU-R y el ATU-C. De este modo, sobre un enlace físico se pueden definir múltiples conexiones lógicas, cada una de ellas dedicadas a un servicio diferente. Por ello, ATM sobre un enlace ADSL aumenta la potencialidad de este tipo de acceso al añadir flexibilidad para múltiples servicios a un gran ancho de banda.

Otra ventaja añadida al uso de ATM sobre ADSL es el hecho de que en el ATM se contemplan diferentes capacidades de transferencia, (comunicaciones a velocidad constante (CBR), a velocidad variable (VBR) o a velocidad adaptativa (ABR)), con distintos parámetros de calidad de servicio (throughtput, tamaño de ráfagas de células y retardo entre células consecutivas) para cada circuito. De este modo, además de definir múltiples circuitos sobre un enlace ADSL, se puede dar a un circuito determinado, los parámetros de calidad más adecuados para un determinado servicio (voz, vídeo o datos).

En los módem ADSL se tiene un canal rápido (fast), el cual agrupa los CVPs ATM correspondientes a aplicaciones sensibles al retardo, como lo es la transmisión de voz y video. Además de este, existe otro canal el cual agrupa los CVPs ATM correspondientes a aplicaciones que no son sensibles a retardos, como puede ser la transmisión de datos. Este canal recibe el nombre de canal entrelazado (interleaved).

Finalmente se presenta una serie de ventajas que resultan de usar ATM como protocolo de capa de enlace sobre el acceso de red ADSL:

· Transparencia de Protocolos: La red es independiente del protocolo usado en la capa 3 (IP, IPX, etc).

· Evolución y migración a diferentes miembros xDSL: Usando ATM con ADSL es una gran oportunidad para desarrollar soluciones independientemente de la tecnología de acceso, facilitando la migración a otras tecnologías xDSL, como VDSL (ADSL de alta velocidad).

En cuanto a los requerimientos mínimos de un computador para formar parte de una red ADSL

· El ISP o corporación con el que el usuario contrate el acceso ADSL puede ofrecer la configuración del PC.

Si el suscriptor de servicios quiere conectar una red local (LAN) necesitará un modem ADSL con capacidades de Router/Bridge. Por ejemplo, el 3Com Viper DSL tiene las siguientes características.

· Transmisión de datos en banda vocal mediante módem (V.32, V.32Bis, V34, V34Plus y V.90)

· Líneas de backup de circuitos alquilados, y líneas de backup de otros servicios de datos (Frame Relay, Uno IP Básico, etc.)

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