Análisis crítico sobre los estándares de
ADSL
Héctor Caraucán
ADSL es una variedad de DSL (Digital Subscriber Line), sistema basado en el uso del par trenzado de las líneas telefónicas domésticas y comerciales. Hay cuatro (4) sistemas DSL, el primero es DSL , que es la capa física de ISDN. Esta capa física se caracteriza por la transmisión a 160Kb/s. Las principales técnicas de procesamiento de señales involucradas son DFE (Feedback channel equalization) y EC (eco cancelation).
El segundo sistema DSL especificado por un reporte técnico del comité de estándares es HDSL (High-bit-rate digital subscriber line). HDSL se caracteriza por una transmisión a 800Kb/s en cada línea telefónica. Las principales técnicas de procesamiento de señales son las mismas que utiliza ISDN pero cinco (5) veces más rápido.
El tercer sistema es ADSL y el cuarto sistema que fue desarrollado es VDSL (Very-high-speed digital subscriber line). La transmisión de este último alcanza velocidades de 13, 26 o 50Mb/s, utilizando DMT (Discrete multitone) y AP (Amplitude and pulse modulation).
ADSL fué desarrollado para un servicio masivo en el mercado residencial de video en demanda. Debido a que muchos servicios necesitaban mejorar las velocidades de transmisión desde la central telefónica al subscritor que en la dirección contraria, el Dr. Joseph Lechleider propuso la idea de crear el DSL asimétrico.
Actualmente, ADSL se considera como un vehículo ideal para el acceso a Internet y aplicaciones de teletrabajo, entre otras.
T1E1.4 es el cuerpo de Estándares de Los Estados Unidos, involucrado en
el desarrollo de la tecnología DSL, para mayor información consultar la
página: http://www.t1.org/t1e1/_e14home.htm
El forum de ADSL fue constituido en 1994 para ayudar a las compañías
telefónicas y a sus proveedores a desarrollar el enorme mercado potencial de
ADSL, para mayor información: http://www.adsl.com/adsl_forum.html
El grupo ADSL
Universal (UAWG) se formó al principio de 1998, promovido por COMPAQ, Intel y
Microsoft como otro esfuerzo para desarrollar la tecnología ADSL. http://www.uawg.org/
El método de modulación DMT,
según como esta especificado por T1E1.413 Rev. 2, esta siendo avalado por las
empresas de telecomunicaciones a nivel mundial como el único estándar para ADSL.
Hay un fuerte apoyo por los líderes de industria para el desarrollo del "ADSL
Universal" o "lite-ADSL", empezando por Microsoft, Compaq, y Intel que usan DMT
T1E1.413 Rev. 2 como la base para el " ADSL Universal ".
La UIT (Unión
Internacional de Telecomunicaciones), en febrero de 1998, ha votado para apoyar
esta posición.
El ADSL universal elimina los "POST splitter" y funciona con el cableado existente en la casa, eliminando así la necesidad de que el personal de compañía de teléfonos tengan que ir a los hogares a instalar o recablear los "splitter".
Sin embargo, la vulnerabilidad de esta tecnología a las fuentes de interferencia del ruido todavía necesita ser mejorada.
Transmisión DTM
La transmision multitonos discreta es la técnica de transmisión seleccionada por ANSI para ADSL. Esta también fue una de las alternativas consideradas para HDSL. El objetivo es lograr la más alta velocidad de transmisión sobre TTP (telephone twisted pairs), esto es, la conexión desde el usuario hasta la central.
El concepto implicito en DMT no es nuevo, pero su implementación práctica ha tenido que esperar que el costo de la tecnología del hardware fuera accesible. El procesamiento digital de señales provee la accesibilidad a la tecnología.
Los detalles de DMT presentados a continuación son como fueron propuestos para HDSL. Los detalles de la implementación ADSL son un poco diferentes. (Principalmente, la velocidad en HDSL es 2000 baud - o un bloque cada 500 seg. En ADSL es de 4000 baud - un bloque cada 250 seg).
El
problema
Los circuitos de lazo del suscriptor fueron diseñados para manejar sencillamente transmisión de voz analógica dentro del ámbito de la red telefónica pública. Esto lo hace muy bien. Sin embargo, esa red es un medio muy restringido, distorsionador y ruidoso, cuando se trata de transmisión digital a alta velocidad:
1. La atenuación de la senal varía significativamente con la frecuencia - la frecuencias altas son muy atenuadas en comparación con las bajas.
2. La diafonía se incrementa apreciablemente por encima de 100 kHz.
3. Sobre una distancia típica de 4 kilometros, el ancho de banda disponible va desde cero hasta 15 kHz (algunos lazos pueden dar un rendimienteo de hasta 1,1 MHz).
4. Existen muchos tipos de ruido presente que afectan diferentes porciones del ancho de banda en diferente forma.
5. La cantidad y el tipo de distorsión de la señal impuesta por el medio (el cable) varía con la frecuencia de la señal.
Cuando se envia una señal coherente (sea en banda base digital o con portadora) a través de este tipo de canal de transmisión, los desajustes que están presentes en la banda la señal afectan la señal totalmente.
Principios básicos
El principio básico de DMT es dividir el canal de transmisión en muchos subcanales (estrechos) mediante multiplexaje por división de frecuencia (FDM). A estas alturas un esquema FDM podría parecer absurdo, ya que la ley de Shannon nos dice que si nosotros dividimos un canal en dos más pequeños, entonces lo mejor que podemos esperar es que la suma de los dos pequeños pudiera equivaler lo que el canal podía dar antes de que fuera dividido - y probablemente lo har mucho peor!.
En efecto, si usamos FDM para dividir un canal amplio en muchos estrechos, entonces el ancho de banda será significativamente reducido por la necesidad de tener bandas de guarda (secciones del espectro de frecuencias sin uso) entre los subcanales para así prevenir que se interfieran unos con otros. Esto significa que el ancho de banda total utilizable se reduce por la cantidad usada en las bandas de guarda.
El hecho es que no obstante, el esquema esta lejos de ser absurdo! DMT es el mejor esquema de transmisión hasta ahora desarrollado para el ambiente de lazo de suscriptor. Esto se debe a las siguientes razones:
1. Si nosotros tratamos el ancho de banda disponible como un sólo canal y enviamos cualquier tipo de información sobre él, los distorsiones de una parte del canal afectan la señal entera. Si nosotros dividimos en canal en muchos subcanales estrechos, entonces diferentes distorsiones y características del canal se aplicarán a cada subcanal. En otras palabras, los distintos canales tienen diferentes niveles de calidad. Se tiene ahora la oportunidad de optimizar cada canal individualmente. Por ejemplo, la alta atenuación que afecta a los subcanales en la región alta del espectro no afecta a los subcanales en la región baja del espectro. Diferentes tipos de ruido afectarán a algunos subcanales sin afectar a los otros. La ley de Shannon no ha sido violada, pues ésta asume que las distorsiones en el canal afectan uniformemente todas las frecuencias en todo lo ancho del canal. Pero este no es el caso aquí.
2. Si se usa una señal coherente (portadora sencilla), entonces la ecualización en el receptor amplifica mucho el tan odiado ruido. Pero si ecualizamos cada subcanal individualmente, no tendremos mucho problema con el ruido.
3. El "periodo simbólico" de cada subcanal es muy grande comparado con el que sería para una sola portadora. En el sistema HDSL cada estado de señal es sostenido por 500 seg. Esto significa que los eventos de ruido (los cuales tienen una duración típica de 30 a 50 seg. en el lazo del suscriptor), tienen efectos despreciables en la recepción de la señal.
4. Las "bandas de guarda" no hacen falta. Las bandas de guarda son usualmente necesarias en transmisión FDM debido a que cada señal es generada separadamente y después combinada en la misma forma. Las bandas de guarda se necesitan debido a que cada frecuencia no puede ser especificada con precisión (en relación con las otras). Pero en este caso todos los canales están siendo generados por el mismo transmisor y su interrelación es estable de uno con respecto a otro debido a que están controlados por el mismo reloj.
En términos prácticos, DMT es perfeccionado por medio del procesamiento digital de señales y sus frecuencias son combinadas digitalmente (matemáticamente). Las bandas de guardas ya no serán más necesarias. Lo esencial de este proceso es que cada subcanal es operado a uno de un número potencial de velocidades de bits dependiendo de su calidad. Distintos subcanales trabajan a distintas velocidades de bits. Despues de todo, algunas sub-bandas tienen una alta calidad (baja atenuación, poco ruido) mientras que otras tendrán baja calidad - esta es la razón porque dividimos las bandas altas en primer lugar. Este proceso sería más ineficiente si todos los subcanales tienen que operar a la velocidad del más lento.
Características de
operación
Un transmisor DMT usa procesamiento digital de señales y su operación se basa en lo siguiente:
1. Se divide el ancho de banda disponible en 256 subcanales FDM.
2. Los subcanales se operan a diferentes velocidades, dependiendo de su posicíon en el espectro.
3. La transmisión toma un "bloque" de tiempo. Hay 400 bits en cada bloque y cada bloque se transmite en 500 seg.
4. Cada subbanda es de de 2 kHz, pero potencialmente puede usar 512 kHz.
5. Cada señal usa modulación de amplitud en cuadratura (QAM) y potencialmente puede haber 0, 1, 2 o 3 bits por bloque.
6. Se usa codificación Trellis. Este código usa redundancia para mejorar el rendimiento del receptor.
Al arranque del sistema existe un protocolo entre transmisor y receptor el cual determina las características del canal y la velocidad óptima de canal. Estas características necesitan ser actualizadas pues pueden variar durante el día.
-Walter Y. Chen, “The
development and standardization of ADSL”, IEEE Communications Magazine, Mayo
1999.
- Vincenzo Mendillo, CD ROM Redes de Comunicaciones, UCV, Octubre 1999.
- José Luis Pardo, CD ROM Redes y telecomunicaciones, La Universidad Virtual Latinoamericana, 1999.
http://www.etsi.org/technicalactiv/xdsl.htm
http://www.3com.com/technology/tech_net/white_papers/500624.html