ADSL : acceso indirecto al bucle de abonado

ADSL: ACCESO INDIRECTO AL BUCLE DE ABONADO Xavier Lago Santín ESTudianTe de 5° curso de Telecomunicacion en la ETSET B, ProyecTista de Ingeniería Elec Troni ca en del Dpto. MaTemá Ti ca Aplicada i Telemática. [email protected] En estos últimos años hemos podido oir que el mundo se encuentra en un a era donde la info rm ación es un o de los bienes más preciados por el ser humano. El acceso a este re curso tan valioso se ha convertido en algo primordial, tanto que se ha bautizado a esta época como la "era de la información". Para que esto sea posible han de desarrollarse una serie de tecnologías que permitan que tan preciado bien llegue a todos sus posibles consumidore s, que cada vez exigen una mayor cantidad de servicios y una mayor calidad. Hemos pasado de la telefonía, la radio y la televisión analógica, como necesidades básicas, al acceso a las redes de datos (INTERNET es el mayor exponente de este hecho), la televisión digital y el video bajo demanda, la videoconferencia, el comercio electrónico y otros servicios, que serán considerados tan básicos como eran lo s anteriores, en un futuro no demasiado lejano. Pero para que todo esto sea posible, sobre todo el acceso a INTERNET y los servicios multimedi a, necesitamos de una tecnología que permita transmitir información a altas velocidades, mucho má s de lo que hasta ahora estamos babituado s. Con la tecnología ADSL se aprovecharía la infraestructura existente y se llegaría prácticamente a toda la población con menor coste de implantación El principal problema qu e nos encontramos a la hora de llevar un a red de Banda Ancha hasta el usuario es que esto suele tener un coste mu y elevado. Una alterna ti va que se impone con mu cha fu erza son l as redes de cable, en un principio pensadas únicamente para permitira pli cacionesde televisión di gital y video bajo d ema nd a, yq ue ahora se ven también como un a forma de permitir el acceso a todos los otros servicios que hemos nombrado. El gran in conveniente es que basta el momento no existe una infraestructura de cable que llegue a todos los usuarios potenciales, y que es complicado que esto ocurra en un plazo de tiempo corto, dada la terrible inversión y la gran dificultad material que la in stalación del cable comporta. Otra posibiljdad sería el uso del acceso por satélite, tal como ahora se usa para la difusión de televisión, pero ésta 48 tecnología también se encuentra con g ra ves problemas dado que el coste del equipo trans mi sor que necesita el usuario para enviar información hacia la red es bastante alto. Por otra parte surge también la siguiente pregunt a: ¿qué vamos a hacer con la red de acceso existente de telefonía básica? Esta red de acceso, de poder aprovecharse, tiene unas ventajas considerables. Por un lado se aprovecharía la infraestructura existente, se llegaría prácticamente a toda la población, y el coste de implantación (tanto para el usuario como para el proveedor de servicio) serían previsiblemente menores que en los otros casos. Con esta idea nacieron la familia de tecnologías xDSL, y en concreto la conocida como ADSL, que será el centro de este artículo. En un caso como el español la red de acceso de telefonía básica, lo que conocemos normalmente como bucle de abonado, es propiedad de una operadora "domjnante", que es Telefónica S.A .. El ministerio de fomento, en unas ordenes del26 de Marzo de este mi smo año (O.M. 8181 y 8 J 82, publicadas en el BOE del 10 de Abril de 1999 ), obliga a esta operadora a ceder sus líneas permitiendo que otras operadoras den servicio de acceso al abonado utilizando su bucle local, pero de forma indirecta. Esto, que a primera vista pu ede parecer un poco enrevesado, no lo es tanto si lo miramos detenidamente. La operadora Telefó ni ca está obligada a ir adecuando sus ce ntrales locales paulatinamente, de forma que en el extremo del bucle de abonado que se encuentra en ellas se instale la infraestructura nece sar ia para permitir el servicio ADSL. A partir de aquí, cuando un usuario contrate el servicio a una operadora, ésta instalará en su domic ili o el re sto de infraestructura. El tráfico que genere el usuario irá I sua ri os I t l'oo tr3l1n kO ICtoIi dt! Oper.oorl Pet i c1(me"s d~ al 1od<m ADSL (""" 1 Autonzado la del Operndor .c1Ol bb,a¡J(.b C11 ADSL • F actwa.:lÓn a liSUarlO8 I Operadores auto ri zados I lC'OO tnUan GI~DSll IftdJtecto al Pet!CtÓn de al a • .(, Pr oveedor del acceso indirecto al bucle de abonado (Telerónica) Figura 1: Estructura del acceso ADSL y sus partes BURAN N°14 DIG EMBRE 1999 hacia la central local, donde se separará en dos partes: telefonía bási ca (que se direccionará por la RTB) y datos, los cuale se conducirán por la red de datos de Telefó ni ca (red A TM ) hasta un punto donde e interconectará con la red A TM de la operadora que proporciona el servicio al abonado. Esto se verá más claramente en el sig ui e nt e punto, cuando presentemos el esquema global de la tecnología. ESQUEMA GLOBAL DE LA TECNOLOGÍA AD SL Lo primero que hemos de ver es que es exac tamente la t ec nol ogía AD SL. Su no mbr e mismo ya nos da una indicación de esto. A DSL es el acrónimo de Asymmetric Digital Suscriber Lin e. ADSL es un método de transmisión di gital que consigue velocidades muy altas en un se ntido de la co municación mientras que en el otro son rela ti vamente bajas (tecnol ogía de transmisión asimétrica), apr ovec hando para e ll o el bucle l oca l de abonado. En el m ejo r de los casos podemos co n seg uir ve locidades de ha ta 8 Mb /s en un se ntido y del orden de 640 kb /s en el otro. Este tipo de transmisión de datos asimétri co se ju stifica en tanto en cuanto vamos a asocia rl o a servicios para los cuales el usuario trans mit e muy p oca inf ormación ( com andos, sec uencias de co ntrol) pero r ec ibe un gran volum en de datos (i m áge nes, ficher os de datos, etc). Esta t ec nología pretende a pro vechar el par de co br e del bucle de abonado, y transmitir s imult án ea mente por éste la se ñal de voz ( POTS = Pl ain Old Telephone Service) junto co n una co nexión de datos. Esto es lo que está r ecog ido en los estándares, pero lo que queda es ver co mo vamos a co n seg uirlo. E n prim er lu ga r to mam os una di vi sió n frecuencial del esp ec tro por el que va mos a transmitir. A pr ovec har emos frecuencias de hasta 1.1 MH z, en las cuales la atenuación que introdu ce el cable tod avía permite trans mitir de fo rma fi a bl e por lin eas de hasta unos 5 o 6 km, pudiendo dar se rvi cio a gran parte de los abon ados (a pr oximadamente un 90% se encuentran a esta distancia o in fe ri or de la ce ntral l oca l). Distancias mayores requieren de otro tipo de tecnol ogías de acceso. Este anc ho de banda del que par timos vamos a dividirlo en tres fragmentos: l. En el caso más usual (el que no u sa can ce lación de ecos en los equipos r ecep t ores) el esp ect ro qu eda separado de la siguien te fo rma: Stoni('io l el t'lóni(' I"'OK'tJ Banda de frttuCllc"" AIJSL RM -U Juario !I M II .. Fig ur a 2: Di agrama espectral típico de una lín ea AD SL • R AMAS DE E STUDIANTES DEL IEEE -Un cana l hasta los 4 KHz re er vado para lo servicios de voz ( POT S ). -Un canal de los 25 KHz a lo 150 kHz r ese rvado p ara trá fi co de subida. - n canal de 150 kHz a 1.1 MH z para tr áfico de b aja da. 2. En el caso de estar u sa ndo técnicas de ca n celación de ecos la p ar te dedi ca da a tr áfico de b ajada pu ede exten de r se desde los 25 kHz ha ta 1.1 MHz. En prim er lu ga r vamo a co n ide rar tres zonas a la h ora de ana li za r el acce o al u ua ri o m ed iante la tecnol ogía A DSL. Por un lado vamo a co nsiderar la pa rt e de usua ri o, por otro lado la parte que atañe a la operadora dominante (p osee dora de la infr aestructura de co br e) y finalmente a la operadora que va a pr ovee r se rvici os mediante esta tecnol og ía. Vamos a entrar un p oco más en deta ll e en e ll as. En la parte del usua ri o vamos a tener dos posibl es co nfiguraciones que permiten utilizar esta t ec nol og ía. Por un lado tenemos la ve rsión de ADSL co no- Este tipo de transmisión de datos asimétrica se justifica en tanto en cuanto vamos a asociarlo a servicios para los cuales el usuario transmite muy poca información (comandos, secuencias de control) pero recibe un gran volumen de datos (imágenes, ficheros de datos, etc) ci da co mo "f ull-rat e". En este caso podemos obtener toda la vel oc idad que la lín ea ea ca paz de dar, te ni endo en cuenta las apro pi adas co nsi de raciones en cuanto a di tancia, ruido, inter fere ncias, etc., hasta el máximo que permite esta t ec nología. En este caso lo pr imero que vam os a en co ntrar en casa del abonado es un " POT S splitter ", un di spositivo que se para el ca nal tel efó ni co de voz de los dos ca nales de datos. A es te di positivo tendrem os dir ec tamente co n ec tad os el tel éfo no y un módem A DSL , que a su vez irá conectado a una tar jeta de int erfaz de red ( 1C) en un pe, a un router, i estamos inter co n ec tan do t oda una red de área l oca l (LA ) o a un "brid ge ". Esta co nfiguración es cara y costosa de instala r. La so lu ción a estos dos in co nvenientes los dio la norma G.lite, que co n i te en una versión de ADSL que no u sa "s plitter ". A ca mbio de esto , la velocidad máxima que podemos al ca nzar e ve limitada a 1.5 Mb/ s de flujo de ba jad a y 51 2 kb/ s de s ubid a. En este caso sólo n eces itamos el módem , que puede s er instalado fácilmente por el pr o pi o usuario. Tendremo s problem as con ruidos es púreo s, pero po- 49 demos solucionarlo fácilmente mediante un filtro pasivo paso bajo conectado a la clavija del aparato telefónico. Otra parte importante del esquema de conexión va a ser la central local que está interconectada al usuario mediante el par de cobre. En esta central vamos a encontrarnos también con un "splitter", con la misma funcionalidad que habíamos visto en el extremo cliente. En este caso la presencia de este dispositivo es obligatoria. Por un lado vamos a conectar el "splitter" a la RTBC (Red Telefónica Básica Conmutada) por donde se va a dar el servicio de telefonía. Por otro lado, los canales de datos van a ir a otro módem ADSL, una tarjeta situada en el dispositivo conocido como DSLAM (Digital Suscriber Line Access Multiplexer) que va a recibir los paquetes de datos de cada usuario, los va a multiplexar y los va a llevar mediante la red de transporte, que usualmente va a ser A TM, hacia lo que conoceremos como PAI, o punto de acceso indirecto. Cada una de estas tarjetas típicamente contiene 4 o 8 puertos, pudiendo soportar un rack de multiplexores generalmente entre 500 y 1000 líneas ADSL. El punto de acceso indirecto es la frontera con la tercera parte implicada en la estructura que hemos planteado. En este caso se plantea este punto como la interconexión de la red de transporte de la operadora que posee el par de cobre con el proveedor de servicios' sea otra operadora telefónica, un proveedor de acceso a INTERNET, de vídeo bajo demanda, etc. Esta interconexión se realiza entre las redes de transporte ATM de las partes implicadas. Voz Vaz + Datas CeNTRAL '1;1jJ- __ ~----,A~Il~L~_--JZI-V~O~L SERVICIO lO TELEFONICO Itüu!Ji:ATM ¡>"h("'mr Figura 3: Esquema típico de una conexión ADSL Hemos visto el esquema global de conexión y hemos nombrado los diferentes dispositivos que hemos de tener para poder dar servicio ADSL. Vamos ahora a hacer algunos comentarios interesantes al respecto. Los módem s ADSL trabajan fundamentalmente con dos modulaciones distintas, CAP y DMT, la segunda de las cuales veremos de una forma más amplia en el siguiente apartado. Hemos de tener en cuenta que puede haber problemas de compatibilidad y habremos de asegurarnos cual es la modulación que se va a usar en el extremo del DSLAM. Por otro lado la separación de los canales de datos del canal vocal mediante filtrado permite que tengamos un servicio telefónico 50 como el que estamos acostumbrados, mientras que tendremos una conexión de datos que estará permanentemente en servicio, de forma que no tendremos que llevar a cabo fases de establecimiento de llamada ni otros procesos a los que estábamos acostumbrados. De la misma forma estamos descongestionando la red conmutada, separando los dos tráficos y enrutándolos hacia redes distintas. Debido a los efectos capacitivos y resistivos distribuidos, los cables telefónicos atenuan y distorsionan las señales de voz, con efectos que se incrementan con la frecuencia y la longitud de la línea Hasta aquí hemos hablado de la topología de la conexión y de algunas características básicas del ADSL. Vamos ahora a ver algunos de sus principales problemas. Uno de los peores problemas que tenemos son las bobinas de carga. Debido a los efectos capacitivos y resistivos distribuidos, los cables telefónicos atenuan y distorsionan las señales de voz, con efectos que se incrementan con la frecuencia y la longitud de la línea. Para ecualizar las líneas en la banda vocal las compañías instalan bobinas de carga en el extremo de la línea que está en la central local. Estos inductores mejoran la respuesta en frecuencia para la banda vocal, pero incrementan la atenuación de las señales por encima de esa banda. En consecuencia van a ser perjudiciales parala transmisión de datos a alta velocidad y deberían ser eliminadas. Otro gran problema que nos vamos a encontrar van a ser los efectos de dispersión. Las diferencias en la propagación de las distintas frecuencias van a provocar la aparición de ISI, de forma que vamos a tener una velocidad de transmisión limitada por este efecto. Como en el caso de la atenuación este efecto empeora con la frecuencia y la distancia (en ambos casos al aumentar la frecuencia y la distancia el efecto es más grave). Otros problemas graves son las líneas en circuito abierto (que provocan reflexiones por desequilibrio de impedancias a altas frecuencias) y el efecto de "crosstalk" en sus dos posibilidades. El NEXT (near end cross talk) es la interferencia provocada por otro usuario situado en el mismo extremo del sistema que yo. Puede ser un efecto muy nocivo, dado que la potencia del emisor es alta plientras que la señal que yo recibo viene atenuada. El FEXT (far end cross talk) viene provocado por transmisores en el otro extremo de la línea. Estos problemas hacen que nos veamos obligados a tener muy en cuenta la potencia que hemos de enviar así como los filtros que hemos de poner para eliminar estos ruidos espúreos. BURAN N°14 DICIEMBRE 1999 LAS MODULACIONES EN ADSL Fundamentalmente vamos a ver que se usan dos modulaciones en esta tecnología. Por un lado está la CAP, que es el acrónimo de Carrierless Amplitude- Phase, es similar a la QAM en tanto en cuanto es un esquema de transmisión en dos dimensiones multinivel. La diferencia fundamental estriba en que no usa portadoras ortogonales generadas por un mezclador en senocoseno, sinó que la modulación de los dos flujos de bits se lleva a cabo digitalmente por dos filtros transversales paso banda. Estos filtros tienen igual característica de amplitud pero una diferencia en fase de rc/2 (lo que se conoce como un par de Hilbert). No hablaremos más sobre esta modulación ya que los estándares contemplan a la DMT como modulación a usar. DMT son las siglas de "Discrete Multi-Tone", una tecnología de modulación multiportadora. La banda de interés se divide en 256 subcanales cada uno con un ancho de banda de aproximadamente 4 KHz. Cada subcanal puede llevar un cierto número de bits. Estos bits son asignados a una subportadora FDM (un tono frecuencial), cada una operando a una frecuencia diferente. Estas subportadoras han de ser ortogonales entre sí, siendo conveniente para esto la FFT. Esta multiplexación en frecuencia utilizando diferentes tonos es lo que conocemos como multiportadora .. Estas subportadoras utilizan una QAM para transmitir la información cada una de ellas. La comunicación de datos de subida ("upstream") suele ocupar 25 subcanales, mientras que la de bajada ("downstream") ocupa entre 225 y 250 subcanales dependiendo de si se usan o no técnicas de cancelación de ecos. El receptor se autoajusta para poder trabajar con un número óptimo de bits. Un subcanal puede llegar a ser eliminado si en su subbanda hay un nivel de ruido demasiado grande, por ejemplo. La DMT es flexible, tiene una gran immunidad al ruido y optimiza la velocidad de transmisión dependiendo de las condiciones de la línea. Si todo el ancho de banda del canal opera de forma consistente en todas las frecuencias podremos enviar el mismo número de bits en cada uno de los subcanales. Pero esto no será así, de forma que los canales que trabajen en dominios frecuenciales de alta calidad llevarán más bits que los que sean de baja calidad. DMT es pues actualmente un conjunto de sistemas QAM trabajando en paralelo con cada subcanal correspondiendo a un tono frecuencial de una FDM. Esta modulación no sólo se ajusta a las condiciones espectrales del canal (forma en que el canal atenúa las • RAMAs DE ESTUDIANTES DEL IEEE distintas frecuencias), sino que también se puede ajustar para evitar problemas causados por el ruido impulsivo, las interferencias por radiofrecuencia y el "crosstalk" . Las normas de los diferentes organismos internacionales que han emitido documentos estandarizando la tecnología ADSL (ANSI, ETSI, ITU) han reconocido la modulación DMT como estándar para esta tecnología. Diversos tests hechos comparando equipos que usan ambas tecnologías han puesto de manifiesto varias cosas: -CAP necesita más potencia que DMT ya que es menos eficiente. -CAP no es tan compatible espectralmente como DMT y puede causar interferencias en otros sistemas. -CAP tiene peores resultados para velocidades y líneas equivalentes. -Los equipos construidos utilizando la modulación CAP son muy poco compatibles, no así los que utilizan DMT. También hay que decir que la técnica DMT no es recomendable si tenemos estrictos requerimientos de tiempo, si no requerimos versatilidad, adaptación y flexibilidad (puntos fuertes de esta técnica) o si hemos de ser muy eficientes en cuanto a potencia. De la misma forma CAP tuvo una clara ventaja: no tuvo que pasar por los organismos de estandarización, lo cual permitió un desarrollo mucho más rápido. CONCLUSIONES Como conclusiones podemos decir que la tecnología ADSL posiblemente sea la opción más baratil y fácilmente implementable para suministrar un acceso de Banda Ancha a las redes de Telecomunicaciones al usuario. Esta tecnología se puede ver como un directo competidor del cable, aunque las operadoras de cable lo puedan usar para conseguir dar servicio a usuarios aislados, a los cual~s todavía no haya llegado la infraestructura de la red de cable. Es una tecnología probada y regulada por estándares internacionales y existe la suficiente apertura en el mercado de servicios de telecomunicaciones como para que haya una seria competencia entre operadoras, hecho que provocará una bajada en el precio de las tarifas, posibilitando un acceso a estos servicios que, si no masivo, sea al menos bastante amplio. REFERENCIAS [1] http://www.adsl.com [2]http://www.telefonica.es : 80/index/novedades/ datamegaviaadsl.html [3] http://www.3com.com 51