ULTIMA VERSION DE LA SERIE xDSL:
VERY HIGH SPEED DIGITAL SUBSCRIBER LINES (VDSL)
JANSE G. JUDITH T.
Universidad Central de Venezuela, Facultad de Ingeniería, Escuela de Ingeniería Eléctrica.
RESUMEN
Las comunicaciones través de banda ancha para transmitir datos tanto a los hogares como a las empresas podrá lograrse en el futuro mediante la fibra óptica, pero las dificultades técnicas existentes en la actualidad para la construcción de una red de fibra óptica residencial, no pueden ser resueltas a corto plazo. Sin embargo, el incremento de la demanda de banda ancha producto del surgimiento de Internet como un servicio más, es un problema que requiere una solución inmediata. El comercio electrónico ha impulsado la búsqueda de nuevas tecnologías para lograr mayor velocidad en la transmisión de información sin tener que esperar que una red de fibra óptica sea instalada y a un costo razonable. Tecnologías como ISDN y la serie xDSL han surgido con el fin de encontrar solución inmediata a estos problemas. El objetivo del presente trabajo es dar una visión de la evolución e estas tecnologías y más específicamente profundizar en la última versión de xDSL: Very High Speed Digital Subscriber Lines: VDSL. La tecnología VDSL basada en equipos de arquitectura de banda ancha satisfacerá la demanda de mayor ancho de banda para el transporte de servicios, lo cual puede simultáneamente proporcionar un acceso a Internet más rápido, video interactivo y mayor velocidad para los servicios de comunicación de datos.
ABSTRACT
Broadband data communications to both the homes and to the corporations will be achievable in the near future by means of the optic fiber, but the existent technical difficulties in building a residential fiber network cannot be solved in a short time. However, the increment of the demand of broadband product due to the emergence of Internet like a common service, it is a problem that requires an immediate solution. The electronic commerce has impelled the search of new technologies to achieve higher speeds in the transmission of information without having to wait for a fiber optic network to be installed and at a reasonable cost. Technologies like ISDN and the series xDSL have arisen with the purpose of finding immediate solution to these problems. The objective of the present work is to give a vision of the evolution of these technologies and more specifically to deepen in the last xDSL version: Very High Digital Speed Subscriber Lines: VDSL. The VDSL technology based broadband equipment architectures will satisfy the demand for high-bandwidth to transport services, which can simultaneously deliver faster Internet access, interactive video and higher-speed data communications services.
La tecnología ISDN (Integrated Services Digital Network) fue introducida para resolver el problema del aumento de la demanda de ancho de banda, pero ésta requiere de la instalación de una línea adicional lo cual representa un inconveniente que se suma al hecho de que ISDN transmite a una rata baja de bits. Las tecnologías denominadas xDSL (Digital Subscriber Lines) han surgido con el fin de utilizar la red local telefónica existente para transmitir información, audio y video en forma digital y proporcionar una rata de bits mayor que ISDN y los módem tradicionales.
La idea básica detrás de las tecnologías xDSL es un módem especial unido a cada extremo terminal de la red de cobre telefónica, es decir, un módem en el extremo del cliente y otro en la central telefónica. El grupo de tecnologías xDSL incluye: DSL, HDSL, SDSL, ADSL y VDSL. A pesar de que el presente trabajo pretende dar una visión amplia de la tecnología VDSL, es importante conocer como ha sido la evolución de las tecnologías xDSL para lograr comprender las causas que han generado el surgimiento de cada una de las mismas.
DSL - Digital Subscriber Line
Los modems DSL crean en total tres canales, dos canales B y un canal D. La rata de información del canal D es de 16 kbps y se usa principalmente para señalización. Los canales B pueden transportar hasta 64 kbps duplex (igual velocidad de transmisión de la red al cliente y del cliente a la red). La distancia de operación de la tecnología DSL es de 5.486,4 metros.
El módem DSL se utiliza para ISDN banda estrecha. ISDN puede ser utilizado para transmitir voz y datos y su velocidad es suficiente para soportar también videoconferencia. A pesar de esto, ISDN es mas bien vista como un medio de acceso a Internet en los hogares y por otra parte, el incremento del uso de vídeo y audio en tiempo real sobre Internet necesita de velocidades superiores a las proporcionadas por ISDN.
HDSL - High Data Rate Digital Subscriber Line
HDSL es la más difundida de las tecnologías xDSL y ha sido estandarizada por ANSI (American National Standards Institute) y ETSI (European Technical Standards Institute). Esta tecnología requiere dos pares de líneas trenzadas para transportar datos a 1,544 Mbps desde de la red al cliente y del cliente a la red. HDSL se utiliza también con tres pares trenzados de lineas de cobre para transportar 2,048 Mbps. La distancia de operación de la tecnología HDSL es de 3.657,6 metros.
La aplicación de HDSL es principalmente permitir el acceso a los siguientes sistemas: red PBX, estaciones de antenas para celulares, servicios de internet y redes privadas de datos.
SDSL – Single Line Digital Subscriber Line
SDSL tiene la habilidad de transferir datos a la misma velocidad que HDSL, con la diferencia de que requiere solamente un par trenzado de cable de cobre. Adicionalmente, la red local telefónica existente y la transferencia digital de datos pueden ser soportadas simultáneamente por SDSL. La distancia de operación de la tecnología SDSL es de 3.048 metros.
La aplicación típica de SDSL es la misma de HDSL, con la diferencia de que SDSL tiene una importante ventaja sobre HDSL: es apropiada para usuarios residenciales aunque estos usualmente tienen solamente un par trenzado de cobre.
ADSL – Asymmetric Digital Subscriber Line
ADSL fue diseñado con el fin de satisfacer la demanda de una mayor rata de datos de la red al cliente en comparación con la rata de datos del cliente a la red.
Los siguientes tres canales pueden ser creados en el par trenzado para interconectar los modems ADSL a cada extremo terminal de la red local:
Estos tres canales son creados dividiendo la línea telefónica con la ayuda de los siguientes métodos: Multiplexaje por División de Frecuencia (FDM) y Cancelación de Eco.
Las velocidades de la red al cliente dependen principalmente de la distancia y de la capacidad del cable de cobre. Una rata de datos por encima de 9 Mbps puede ser alcanzada con un cable con una longitud menor a los 2.743,2 metros y de calibre 24 AWG. Si se duplica la distancia la velocidad puede caer a 1,544 Mbps.
ADSL es más conveniente para aplicaciones en las cuales se requiere extraer información de la red, que para aquellas en los cuales se envía información a través de la red. En el futuro los requerimientos de video y servicios bajo demanda, podrán ser satisfechos con ADSL.
VDSL – Very High Speed Digital Subscriber Line
Una alternativa para alcanzar altas velocidades de transmisión de datos, es la combinación de cables de cables de fibra óptica alimentando a las unidades ópticas de la red (ONU: Optical Network Units) en los sectores residenciales y la conexión final a través de la red telefónica de cobre. Esta topología es denominada Fiber to the Neighborhood (FTTN).
Una de las tecnologías FTTN disponibles es VDSL, la cual transmite datos a alta velocidad sobre distancias cortas de pares trenzados de líneas de cobre con un rango de velocidad que depende de la longitud de la línea. La máxima rata de transmisión de la red al cliente está entre 51 y 55 Mbps sobre líneas de 300 metros de longitud. Las velocidades del cliente a la red son similares a las obtenidas con ADSL, desde 1,6 a 2,3 Mbps. En la Figura # 1 se presenta un gráfico que permite visualizar la idea básica de la tecnología VDSL.
Figura # 1
Aunque el estándar VDSL aún no ha sido concluido, se estima que esta tecnología proporcionará "la última milla" en las conexiones desde la red de fibra óptica y los clientes. Las velocidades (desde la red al cliente ) proyectadas alcanzarán 1/12, 1/6 y 1/3 de la velocidad de SONET (15552 Mbps). En la Tabla 1 se pueden observar las velocidades (de la red al cliente) que alcanza VDSL de acuerdo con la distancia de las líneas.
Tabla # 1
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LONGITUD (mts) |
VELOCIDAD (mbps) |
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1500 |
12,96 – 13,8 |
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1000 |
25,92 – 27,6 |
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300 |
51,84 – 55,2 |
Al igual que ADSL, VDSL puede transmitir video comprimido, una señal en tiempo real nada común en los esquemas de re-transmisón de error usados en las comunicaciones de los datos. Para lograr una tasa de error compatible con video comprimido, VDSL tendrá que incorporar la Corrección de Errores hacia delante (FEC: Forward Error Correction) lo suficientemente intercalado para corregir todos los errores creados debido al ruido con alguna duración especifica.
Los datos en la dirección de la red al cliente serán emitidos a cada equipo local del cliente (CPE: Customer Premises Equipment) y transmitidos a puertos lógicamente separados que distribuyen la data a la dirección CPE que se desea acceder utilizando Multiplexaje por División de Tiempo (TDM).
El multiplexaje en la dirección del cliente a la red es más difícil. Los sistemas que utilizan terminaciones de red pasivas (NT: Network Termination) deben insertar datos al medio compartido mediante TDMA o por FDM. Los sistemas que utilizan terminaciones de red activas transfieren los datos (del cliente a la red) a una puerto lógicamente separado que usaría protocolos Ethernet o ATM para realizar el multiplexaje.
La migración y las consideraciones del inventario dictadas por las unidades de VDSL establece que pueden operar a varias velocidades con el reconocimiento automático de un dispositivo recientemente conectado a una línea o un cambio en velocidad. Las interfaces de la red pasivas necesitan tener inserción caliente, donde un nuevo VDSL establece como premisas que la unidad puede ponerse en la línea sin interferir con el funcionamiento de otros módems.
La tecnología VDSL tiene un grado alto de parecido con ADSL, aunque esta última debe enfrentar rangos dinámicos mucho más grandes y es considerablemente más compleja como resultado. VDSL es más bajo en costo y en poder, y las unidades de VDSL locales pueden llegar a implementar un control de acceso al medio en un nivel físico, mediante el multiplexaje de los datos en la dirección del cliente a la red.
Es importante considerar los siguientes aspectos para relacionados con la tecnología VDSL: los posibles códigos de línea, el control del error FEC, la separación de canal y el multiplexaje en la dirección del cliente a la red.
Posibles Códigos de Línea
El sistema sin portadora AM/PM, es una versión del sistema de portadora suprimida QAM (Quadrature Amplitud Modulation). Para las configuraciones de NT pasivas, CAP utilizaría la velocidad (del cliente a la red) de QPSK y un tipo de TDMA para el multiplexaje (aunque CAP no impide un esquema de FDM para el multiplexaje en la dirección del cliente a la red)
El sistema Multitono Discreto utilizaría la Tansformada de Fourier Discreta para crear y demodular a las portadoras individuales. Para las configuraciones de NT pasivas, DMT usaría FDM para el multiplexaje en la dirección del cliente a la red (también permite TDMA).
Es un sistema Multitono Discreto que utiliza la transformada Wavelet para crear y demodular a las portadoras individuales. DWMT también usa FDM para el multiplexaje en la dirección del cliente a la red, pero también permite TDMA.
El sistema de Código de Línea Simple, es una versión de señalización de la banda base de cuatro niveles, la cual filtra la banda base y la restaura en el receptor. Para las configuraciones de NT pasivas, SLC usaría probablemente TDMA para el multiplexaje en la dirección del cliente a la red, aunque también podría usarse FDM.
Separación de Canal
Las primeras versiones de VDSL podrían emplear el Multiplexaje por División de Frecuencia para separar el canal que va de la red al cliente, del que del cliente a la red, y estos dos de los POTS (Plain Old Telephone System)e ISDN.
La cancelación del eco puede ser requerida para versiones posteriores de VDSL, caracterizando a una rata asimétrica de datos.
Corrección de Errores hacia Adelante (FEC: Forward Error Correction )
FEC sin duda, utilizará una especie de código Reed Soloman para corregir la ráfaga de errores causados por la introducción de ruido. El tratamiento del ruido será muy similar al implementado para ADSL.
Multiplexaje en la Dirección del Cliente a la Red.
Si las unidades locales de VDSL comprenden terminaciones de red activas, el multiplexaje de más de un CPE a uno simple es responsabilidad de la red local. Las unidades VDSL presentan un flujo de datos en ambas direcciones. Un tipo de red local involucra una estrella que conecta cada CPE a un interruptor o borne de multiplexaje.
En una configuración de NT pasiva, cada CPE tiene una unidad de VDSL asociada. El canal (en la dirección del cliente a la red) para cada CPE debe compartir un cable común. Si se utiliza un sistema de detección de colisión se pudiera dividir el canal en bandas de frecuencia y asignar una banda a cada CPE, esto con el fin de garantizar el ancho de banda requerido. En la Figura # 2 se puede observar las configuraciones para NT activo y pasivo.
Figura # 2
Aspectos Pendientes en el Desarrollo de VDSL
Como ya se ha mencionado, La tecnología VDSL aun no está completa ya que existen ciertos aspectos que aún requieren de una definición clara. Estos aspectos se mencionan a continuación.
El tipo de división duplex que se usará en VDSL está discutiéndose en los actuales momentos. FDD parece ser una mejor opción ya que los servicios existentes son típicamente canceladores de eco o FDD. La sincronización de los canales (en la dirección de la red al cliente y viceversa) es más fácil con FDD, porque todos los sistemas necesitan tener las mismas frecuencias del "bandsplit". Por el contrario, con TDD la sincronización puede ser más compleja.
La característica del ruido en la línea no sólo variará con el tipo de línea, sino también con la base instalada de la red local. No hay ningún acuerdo hasta la fecha, aunque es necesario que se propongan varios modelos antes de que la tecnología sea masivamente comercializada. El Comité Europeo (TM6) está a favor de esperar por los resultados de los estudios de los operadores de la red y separar el modelo del ruido de los códigos de línea.
En el caso de antena de área local, la señal VDSL sobre el cable generará un campo eléctrico capaz de interferir con bandas de la radio de onda corta. Por otra parte, las bandas de frecuencia de radio de onda corta que coinciden con la frecuencia de VDSL dañarán la señal VDSL.
Utilizando TDD, un transmisor de VDSL produce una emisión de radiación no deseada que interfiere con los receptores de radio-aficionados. Se determinó que el máximo PSD de 60 dBm/Hz, permitido para la teconología VDSL puede generar interferencia potencial en algunas bandas de alta frecuencia del espectro de radio.
Es posible que VDSL soporte tanto sistemas simétricos como asimétricos. VDSL simétrico es adecuado para distancias cortas ya que puede simplificar la interfaz con la red conjuntamente con las redes LAN. Para distancias largas VDSL asimétrico es apropiado, ya que simplifica los equipos electrónicos requeridos por los usuarios residenciales.
CONCLUSION
La tecnología VDSL permitirá en un futuro la transmisión de datos a altas velocidades utilizando una combinación de cables de fibra óptica y la red telefónica de cobre existente. Esta tecnología proporcionará un acceso a Internet más rápido, así como la transmisión de video interactivo y mayor velocidad para los servicios de comunicación de datos. Sin embargo, aún es necesario definir ciertos aspectos como lo son, el modelo adecuado del ruido, la interferencia con señales de radio y cables aéreos y los códigos de línea que serán utilizados.
REFERENCIAS
EE535 – PROJECT 3. VDSL – Very High Speed Digital Subscriber Lines
http://bugs.wpi.edu:8080/EE535/hwk97/hwk3cd97/sorrodp/sorrodp.html
VDSL Tutorial
http://www.adsl.com/vdsl_tutorial.html
XDSL Local Loop Access Technology
http://www.3com.com/technology/tech_net/white_papers/500624.html
XDSL Technology
http://www.hkkk.fi/mmedia/itp97/reports/repor1.html
BIOGRAFIA
Judith T. Janse G.
Ingeniero Electricista
Universidad Simón Bolivar
Sartenejas- Caracas
C.A. La Electricidad de Caracas
Depto. Información Geográfica.
Proyecto: Sistema AM/FM de la C.A. Electricidad de Caracas.