Tecnologias de Acesso xDSL

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O que são Serviços xDSL ( Digital Subscriber Line)?

São serviços dedicados, ponto-a-ponto, de acesso a rede pública de telecomunicações que permitem múltiplas formas de dados, voz e vídeo trafegar sobre pares trançados de cobre em um enlace local entre a rede provedora de serviços (NPS’s) e o assinante ou em enlaces locais de âmbito privado.

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Motivação

A tecnologia xDSL foi projetada inicialmente para prover serviços de vídeo sobre demanda e outras aplicações interativas de TV sobre cabos de par trançado. O interesse em desenvolver essa tecnologia baseada no “cobre” ganhou impulso pelos altos custos em se utilizar a fibra em aplicações de mesmo propósito.

As companhias de telecomunicações vêem uma oportunidade para alavancar a demanda de clientes à acessos de altas velocidades devido ao explosivo aumento da Internet e pelo advento do tráfego de voz sobre IP.

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A Família xDSL

O “x” no xDSL substitui os tipos de variações que a tecnologia apresenta, incluindo ADSL, R-DSL, HDSL, SDSL e VDSL. Para o completo entendimento do significado dessas tecnogias e das aplicações para que cada uma é mais conveniente é importante apresentar inicialmente os principais aspectos em que elas se diferem. Os pontos chave para se ter em mente são a relação velocidade-distância do sinal e as diferenças em simetria do tráfego de envio (upstream) e recebimento(downstream) das mensagens. A figura1 mostra que o xDSL é usado somente em enlaces locais numa arquitetura de acesso remoto fim-a-fim.

A tabela1 apresenta um panorama comparativo dos diferentes tipos de tecnologias xDSL com demais tecnologias concorrentes, incluindo modem analógico V.90 (56Kbps), cable modems e Integrated Services Digital Network (ISDN).

Tabela 1 – Comparação entre Tecnologias e Aplicações

Tecnologia	Velocidade	Limitação em distância (cabo 24-gauge)	Applicações
56 Kbps modems	56 Kbps downstream	None 28.8 or 33.6 Kbps upstream	Remote LAN access, Internet/intranet access
ISDN	Up to 128 Kbps (uncompressed) Full duplex distance)	18,000 feet (additional equipment can extend the distance)	Video conferencing, disaster recovery , leased line backup, transaction processing, call center services, Internet/ intranet access
Cable modem	10-30 Mbps downstream 128 KbpsÂ10 Mbps upstream (shared, not dedicated, bandwidth)	30 miles over coaxial (additional equipment can extend the distance to 200 miles)	Internet access
ADSL Lite	Up to 1 Mbps downstream Up to 384 Kbps upstream	22,000-25,000 feet	Internet/intranet access, Web browsing, IP telephony, video telephony
ADSL/R-ADSL	1.5-8 Mbps downstream Up to 1.544 Mbps upstream	18,000 feet (12,000 feet for fastest speeds)	Internet/intranet access, video-on-demand, remote LAN access, VPNs, VoIP
HDSL	1.544 Mbps full duplex (T1) 2.048 Mbps full duplex (E1) (uses 2Â3 wire pairs)	12,000Â15,000 feet	Local, repeatered T1/E1 trunk replacement, PBX interconnection, Frame Relay traffic aggregator, LAN interconnect
VDSL	13-52 Mbps downstream 1.5-2.3 Mbps upstream (up to 34 Mbps if symmetric)	1,000-4,500 feet (depending on speed)	Multimedia Internet access, high-definition television program delivery
SDSL	1.544 Mbps full duplex (T1) 2.048 Mbps full duplex (E1) (uses 1 wire pair)	10,000 feet	Local, repeatered T1/E1 trunk replacement, collaborative computing, LAN interconnect

Fonte: 3Com, março de 1998.

Figura1- Arquitetura de uma Rede Banda larga baseada em xDSL.

3.1

Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL)

ADSL é uma tecnologia digital de acesso ao assinante desenvolvida com observância na natureza assimétrica dos serviços de multimídia providos ao assinante residencial. Oferece canais assimétricos para transmissões em alta velocidades no padrão PDH, T1 de 1,5 à 6 Mbps (ou E1 de 2 a 8 Mbps) para downstream e canais duplex de 16 à 640 kbps para upstream, além de um canal telefônico convencional de 4khz (POTS). Implementam-se essas velocidades sobre um par trançado de cobre à distâncias máximas de 5, 4 Km sem uso de repetidores.

O sistema ADSL consiste de uma unidade ADSL em ambas terminações do par trançado que modulam e demodulam os três canais de transmissão. Os POTS splitter são filtros que separam e direcionam o sinal de voz para o sistema telefônico convencional e os demais dados são desviados para o modem digital. O tráfego sobre o par trançado é otimizado pelo uso de tecnologias avançadas de processamento de sinais, utilizando-se modulação CAP (Carrieless Amplitude Phase) e DMT (Modulation and Discrete Multitone). Na implementação de múltiplos canais para diferentes usuários aplica-se FDM ou técnicas de cancelamento de eco. Na multiplexação por divisão de freqüência é designada uma banda para upstream e outra para downstream de dados. O caminho downstream é então

multiplexado no tempo (TDM) dividindo a banda em um ou mais canais de alta velocidade e em um ou mais canais de baixa velocidade. Na técnica de cancelamento de eco designa-se a banda upstream em sobreposição à banda downstream e divide-se as duas no ponto médio para cancelamento do eco local, a mesma técnica é usada em modems padrão v.32 e v.34.

figura 2- Arquitetura de Rede ADSL.

O ADSL acrescenta um código de correção de erro em cada bloco, o qual é um agregado de dados resultante da multiplexação dos canais downstream, canais duplex e canais de controle. Este código é usado pelo receptor ADSL na correção de erros dos blocos recebidos durante a transmissão.

3.2

Rate-Adaptative Digital Subscriber Line (R-ADSL)

Opera com as mesmas taxas de transmissão do ADSL, com adenda de oferecer ajuste dinâmico desta taxa para variações de comprimento e qualidade do par trançado do enlace local. Com o R-ADSL é possível conectar-se à diferentes linhas com velocidades variadas. A velocidade de conexão pode ser negociada na sincronização da linha, durante a conexão, ou via solicitação à CO.

3.3

High bit rate Digital Subscriber Line (HDSL)

HDSL baseai-se no padrão de codificação de linha 2B1Q, transmite 1.5 ou 2.0 Mbps sobre dois enlaces locais (2 pares trançados) é a tecnologia dominantemente escolhida para entrega do serviço T1/E1. Cada enlace transmite e recebe metade da informação ou alternativamente pode-se utilizar o modo full duplex, onde pela técnica de cancelamento de eco o sinal transmitido é separado do sinal recebido. Na extremidade do enlace os dois sinais são recombinados para entrega do sinal T1/E1 completo. O enlace HDSL estende-se à 3Km usando cabos de 26 AWG e a 4Km com cabos de 24 AWG. Esta tecnologia aperfeiçoa o original T1/E1 que requer repetidores a cada 2Km. HDSL destaca-se por apresentar um avançado Spectrum Management, que é o trabalho de redução do acoplamento de sinais não desejados de diferentes enlaces dentro do mesmo cabo e/ou em um grupo de cabos blindados. Este sinal acoplado ou crosstalk representa uma considerável interferência ao serviço corrente. Crosstalk pode incluir perturbações ao sistema de duas formas: (1) NEXT – em enlaces near-end ; (2) FEXT em enlaces far-end.

O sistemas de transmissão HDSL 2B1Q são baseados em uma especificação comum, publicada pela ANSI sobre o T1- Telecommunications Standards committee. Sua “irmã”, committee européia, também publicou recomendações similares para o transporte E1.

Devido `a carência de pares de cobre “livres” na planta de telecomunicações, uma grande necessidade por acessos à altas velocidades e o aumento da procura por serviços simétricos, as atenções têm voltado-se para tecnologias DSL que forneçam o serviço T1/E1 sobre um único par de cobre em distâncias superiores às do HDSL. As tecnologias SDSL e HDSL2 são sucessoras da HDSL e surgiram para suprir os anseios da demanda de serviço.

3.4

Single-Line Digital Subscriber Line (SDSL)

Tal qual o HDSL, o SDSL suporta transmissões simétricas T1/E1, no entanto difere do HDSL em dois importantes aspectos:

· Usa apenas um par trançado

· Distância limite de operação de 10.000 feet

Dentro desta limitação em distancia o SDSL é capaz de acomodar aplicações que solicitem velocidades idênticas downstream e upstream, como vídeo conferência e provedores de conexão à Internet. Essa tecnologia é precursora do HDSL 2.

Figura 3 – Arquitetura de Rede SDSL

3.5

Advanced High bit rate Digital Subscriber Line (HDSL2)

O HDSL2 entrega o serviço T1/E1 completo, através de um par de cobre. Devido à suas características estruturais pode satisfazer mais rapidamente o aumento de demanda por serviços de transmissões em alta velocidade em áreas onde haja escassez de cabos instalados. Possui também pouca complexidade pois opera com um transceptor para o completo T1, enquanto o HDSL necessita de dois transceptores para mesma operação. Apresenta mais duas principais vantagens em relação a tradicional solução HDSL baseada no 2B1Q. A primeira é sua melhor performace para muito diferentes taxas de dados, sobre enlaces de ampla extensões e em condições reais de ruído. Um modem HDSL2 provê enlaces com alcance extendido e margem de ruído melhorada, comparando com HDSL, devido a alta eficiência do código de linha que utiliza. Este código implementa um avançado código Trellis, mecanismo de pré-codificação, Analog Front End (AFE) de alta performace e circuitos equalizadores. A segunda vantagem está na compatibilidade spectral com outras tecnologias DSL e é muitas vezes designado como “ADSL friendly”.

Very High bit rate Digital Subscriber Line (VDSL)

É a tecnologia DSL que implementa maiores taxas de transmissões, oferece dowstream de 13 à 52 Mbps e upstream de 1,5 à 2,3 Mbps sobre um par trançado. È uma alternativa econômica para os sistemas implementados com fibra óptica, FTTH (Fiber to the home). Deve-se observar, no entanto, que o alcance máximo do enlace para essa tecnologia assimétrica é de somente 1000 à 4000 feet entre o usuário e o ONU. Para extender seu alcance essa tecnologia pode ser usada de forma híbrida com a fibra óptica (FTTC ou NTTC) em aplicações de vídeo sobre demanda, TV de alta definição (HDTV) e comutação de vídeo digital. A figura abaixo apresenta um sistema híbrido fibra-cobre com uso da tecnologia VDSL .

Figura 4 – Estrutura de Rede VDSL

4

Técnicas de Modulação DSL’s

Em um passado não muito distante as linhas de pares trançados de assinantes eram comumente distinguidas como meios de transmissão com largura de banda estreita que suportavam apenas canais de 4khz (POTS). Entretanto, com o surgimento da série DSL hove uma mudança dessa antiga noção. Com a aplicação de técnicas como 2B1Q (2 binários 1 quaternário), DMT (Discrete Multi-Tone modulation) e CAP (Carrieless Amplitude Phase modulation) os DSL’s otimizam o uso do cabo de cobre e possibilitam um incremento na largura de banda do canal. Em seguida serão apresentadas algumas técnicas de modulação usadas nos DSL’s.

1B2Q – è uma técnica de codificação de linha que converte um par binário da mensagem em um símbolo quaternário dentre -3, -1, 1, 3 . Na conversão, o primeiro bit do par é interpretado como o sinal (bit 0 = negativo, bit 1 = positivo) e o segundo bit designa o nível (bit 0 = nível 3, bit 1= nível 1).

Nesta técnica a taxa de símbolos é reduzida à metade, após a aplicação do método, isto é, um sinal de 160 kbps BRA pode ser transmitido através de uma banda de 80 khz. Seu desempenho excede ao do código MMS₄₃ ou AMI, e como um código multinível é compatível com implementações VLSI. Entretanto, apresenta como principal desvantagem um nível DC associado.

DMT – è uma técnica de modulação que pertence à classe geral denominada multicarrier modulation (MCM). Na modulação DMT a mensagem de entrada é dividida em múltiplos blocos de dados, então cada bloco é modulado com diferentes subportadoras.

A estrutura do transmissor e receptor DMT é apresentada na figura 5. Na entrada a mensagem é dividida em blocos de “b” bits que são armazenados em um buffer. Os “b” bits são divididos entre “n” subcanais, onde a alocação do número de bits para cada subcanal é diferenciado e depende das características SNR (razão sinal ruído) do canal. `A informação de cada subcanal é atribuído um símbolo QAM correspondente, da constelação QAM, na etapa de codificação. A coleção de “n” símbolos QAM são modulados pela passagem através de um processo de transformação por Transformada de Fourier Inversa. Sinais reais são tomados na saída da IDFT, são convertidos de seriais para paralelos, passam por um conversor D/A e após filtragem por um filtro passa baixa o sinal modulado é transmitidos. O processo de demodulação da figura 5 é o inverso do processo descrito.

	Transmissor
Receptor

Sinal de

entrada

Sinal

modulado

saída

figura 5 – Esquema de modulação DMT

O DMT é padronizado pela ANSI, ETSI e ITU o que pode se destacar como uma de suas principais vantagens. Apresenta também boa eficiência em freqüência, pois a freqüência das subportadoras podem ser densamente alinhadas no spectro de freqüências. Como o número de subportadoras aumenta, o sinal completo assume a mesma figura retangular, e a banda lateral torna-se muito estreita, o que contribui para diminuir a interferência de canal adjascente (ACI). O spectro de freqüência torna-se plano em cada subcanal, portanto a interferência intersímbolos é minimizada, e não é necessária equalização. A influência de ruídos externos é minimizada, uma vez que sua energia é distribuída através de todos subcanais. Por outro lado, como os dados são processados em muitos subcanais (geralmente 256 canais) separadamente, o sistema geral torna-se muito complexo e o tempo computacional e a sincronização tornam-se fatores críticos. Há uma variação do DMT que utiliza a transformada wavelet em substituição à transformada de Fourier, essa técnca denominada DWMT (discrete wavelet multi-tone) embora seja mais complexa, apresenta um passo adicional em desempenho oferecendo maior isolação entre os subcanais.

CAP (Carrieless Amplitude Phase modulation) – Modulação bidimensional derivada diretamente da técnica original QAM. Possui as mesmas características e desempenho teórico do QAM. A estrutura do CAP transmissor e receptor é apresentada na figura 6.

Sinal sinal

Entrada modulado

(a)

sinal saída

modulado

(b)

figura 6 – Esquema de modulação CAP, (a) transmissor (b) receptor.

O encoder executa a codificação multidimensional nos dados de entrada. Isto é, os dados de entrada são divididos em blocos de “m” bits e estes são mapeados em diversas palavras símbolo separadamente. Esta codificação multidimensional possibilita o uso de um número fracionário de símbolos. Por exemplo no caso do 32-CAP, que apresenta uma constelação de 32 pontos onde cada ponto representa 5 bits, um codificador bidimensional designa 2,5 bits para cada símbolo. Os dados codificados passam por processos independes de filtragem, por exemplo em filtros bassabanda em fase e fase-quadratura, como ilustra a figura 6. Os dados, então filtrados e codificados, são adicionados (ou subtraídos), D/A convertidos, e após passarem por um filtro passa-baixa são transmitidos. No receptor o processo é reverso ao descrito com adição de um dispositivo decisor, figura 6 (b).

Conclusão

A tecnologia xDSL – que está habilitada para suportar voz, dados de conteúdo abundante, e aplicações de vídeo sobre a base de pares trançados de cobre instalados – é bem quista no ambiente de banda larga para suprir a massiva demanda por serviços multimídia. A mais promissora tecnologia xDSL para acessos integrados à Internet, acessos intranet, acesso à LAN remotas, vídeo sobre demanda e às linhas telefônicas convencionais é a ADSL ou R-ADSL (versão adaptativa do ADSL). Deve-se destacar também a HDSL2 pela crescente necessidade por serviços simétricos à altas velocidades, tendências Internet e vídeo conferência, e pelo baixo custo, bom desempenho e facilidade implementação desta tecnologia. O VDSL tem sido aplicado em sistemas híbridos fibra/cobre nos enlaces finais (cliente) como alternativa econômica.

Fonte de Pesquisa

· LEE, Byeong Gi – Broadband Telecommunications Technology. Artech House,2ª ED, London 1996.

· IEE Comunications Magazine, Broadband Access Copper Technologies, may de 1999 vol 37 nº 5

· www.3com.com/technology/thec_net/white_papers

· www.xdsl.com

· www.adsl.net

· http://ebus.motorola.com/brdata/PDFDB/TELECOMMUNICATIONS/ASDL_PRODUCTS/BR1788.pdf

· http://ebus.mot-sps.com/ProdCat/tax/0,1252,M939680548216,00.html

· http://www.3com.com/solutions/dsl/dsl_guide.html

· http://www.3com.com/solutions/dsl/dsl_how_get_dsl.html

· http://www.3com.com/solutions/dsl/dsl_tech_access_loop.html

· http://www.cyclades.com.br

· http://www.cisco.com/univercd/cc/td/doc/cisintwk/ito_doc/adsl.pdf

· http://www.cisco.com/univercd/cc/td/doc/cisintwk/ito_doc/adsl.htm

· http://www.cisco.com/warp/public/146/pressroom/1997/jul97/1925.html

· http://www.lucent.com/press/0900/000913.nsa.html

Glossário (inglês)

2B1Q Two-binary, One-Quaternary : A line coding technique used for multiple

versions of symmetric DSL. It uses a technique that compresses two binary bits of

data into one time state as a four-level code.

ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line: A next-generation modem technology

that allows up to 8Mbps downstream and 1Mbps upstream.

Agent or SNMP Agent Management code that resides in the device, controls the

operation of the device, and responds to SNMP requests issued by one or more

NMSs; the agent can also issue unsolicited SNMP traps (event messages) to one or

more NMSs.

ANSI American National Standards Institute: One of the key standards bodies

involved with DSL

ATM Asynchronous Transfer Mode: A high-speed communications protocol used

for transferring voice, video and data in a fixed length cell format of 53 bytes. ATM

scales easily and speeds typically range from 25 Mbps to OC-192. (10 Gigabits per

second).

CAP Carrierless Amplitude Phase Modulation: A pre-standard line modulation

technique based on 2B1Q used for ADSL or SDSL.

CLEC Competitive Local Exchange Carrier: A service provider that competes with

the local RBOC or Incumbent Local Exchange Service Provider (ILEC).

CLI Command Line Interface: A text based way of configuring devices. (Contrasted

to a GUI — Graphical User Interface).

CPE Customer Premise Equipment: A piece of Equipment that sits in a customer’s

home or business location.

Craft Interface or Craft Port An interface based upon an RS232 port, asynchro-nous

ASCII, and a command line interface used for direct access to the element by

a technician. The connection can be either direct or via a modem.

Crosstalk The effect of transmission signals on a copper wire on another wire in

physical close proximity. In all cases, crosstalk has negative impact on transmission

signals.

DLC Digital Loop Carrier: A device the phone company uses to extend the reach of

the phone service to business parks and remote locations. These are typically the

large green boxes sitting next to the curb in office parks and developments.

DMT Discrete Multi-Tone: The standards-approved line modulation technique for

ADSL.

Dry Copper A term used to describe copper telephone lines that are installed but

currently not used.

DSLAM Digital Subscriber Line Access Multiplexer: The piece of equipment that

resides in a central office that concentrates all remote DSL lines into a single

terminating point or device.

DWDM Dense Wavelength Division Multiplexing: A technology that combines data

from different sources on an optical fiber. With each light wavelength carrying 2.5

Gbps, an optical fiber can deliver up to 200 Gbps.

EMS Element Management System: Sometimes used synonymously with Network

Management System..15

FTP File Transfer Protocol: A file transfer protocol typically used for uploading

and downloading of files and operational code.

GUI Graphical User Interface: A graphical and mouse-oriented interface used for

configuring devices. (Contrasted to a CLI - Command Line Interface).

HDSL High Bit Rate Digital Subscriber Line: A mature, medium-speed, symmetric

technology. It’s often used to implement T1 data circuits over phone lines. HDSL

requires two pairs of wire for transmitting and receiving.

IDSL ISDN Digital Subscriber Line: A DSL flavor that uses 2B1Q line coding on ISDN

basic rate circuits. It is used for data applications only and typically operates up to

144 Kbps.

ILEC Incumbent Local Exchange Carrier: This is another term for the telephone

company that has been offering local POTS service in a geographic territory. For

many people their ILEC is the same as their RBOC or baby bell.

ISDN Integrated Services Digital Network: A digital telephony network that

provides end-to-end digital connectivity to support a wide range of services,

including voice and data.

ISA Industry Standard Architecture PC Bus Interface. The connection interface in a

Personal Computer for addition of 3rd party devices such as modems or network

interface cards.

ISP Internet Service Provider: A company that provides access to the Internet.

ITU International Telecommunications Union: The international standards body

that helps and defines emerging standards.

IXC Inter-Exchange Carrier: A service provider that transports voice, video and

data between RBOC territories. Typically considered a long distance carrier.

Loop or Local Loop The term used to describe the copper wires that run

between the central office and the customer’s business or home.

MDF Main Distribution Frame. Central point where all local loops terminate in the

CO.

NIC Network Interface Card (Internal PC Card): A card in a personal computer that

connects this device to a Local Area Network.

NID Network Interface Device: The (typically) gray box attached to the side of your

home or office that marks the point of demarcation between the service provider

and your business or home.

NMS Network Management System: (sometimes used synonymously with EMS but

usually means an application that manages a network of multiple devices,

including those from multiple vendors).

OAM (&P) Operations, Administration, Management and (Provisioning): Refers

to ATM-specific diagnostic flows used to test/troubleshoot switching systems.

PCI Peripheral Component Interconnect PC Bus Interface: The connection

interface in a Personal Computer for addition of 3rd party devices such as modems

or NICs.

POTS Plain Old Telephone Service: The term used for traditional voice service over

copper wire.

PSTN Public Switched Telephone Network: The telephone network that connects

the worlds’ telephones together..PTT Post, Telephone, and Telegraph administration: The generic name usually

used to refer to state owned telephone companies in Latin America, Europe and

Asia.

RADSL Rate Adaptive ADSL: ADSL that automatically adapts speed to line condi-tions.

Some CAP implementations were RADSL. All DMT standard implementations

are RADSL.

RBOC Regional Bell Operating Company: The term used for the leading telephone

service providers in North America. These include Ameritech, Bell Atlantic,

BellSouth, SBC and US West.

ROBO Remote Office / Branch Office: The term used to define an office externally

connected to a corporate facility or LAN.

SDSL Symmetric Digital Subscriber Line: Is used often for symmetric T1/E1 speeds

of 1.544/2.048 Mbps. SDSL makes an ideal and cost effective replacement for T1

service.

SLP Suggested List Price

SNMP Simple Network Management Protocol: A standards-based protocol used for

basic device management.

SOHO Small Office / Home Office: A term used to describe a 1- or 2-person office

or an office that someone has setup in his or her home.

SONET Synchronous Optical Network: An ANSI standard for high capacity optical

telecommunications with a maximum line rate of 9.953 Gbps. Today, it is the

premier backbone transmission technology for leading carriers.

TFTP Trivial File Transfer Protocol: A file transfer protocol typically used for

uploading and downloading of files and operational code.

VDSL Very High-speed Digital Subscriber Line: Is a future technology to watch. It

supports dedicated high speeds (10 Mbps to 50 Mbps) over short distances up to

4,000 feet or 1.2 km.

WAN Wide Area Network: A term used to describe the connection of a LAN over a

public or private network to another remote location with a LAN.