VDSL

Una alternativa para alcanzar altas velocidades de transmisión de datos, es la combinación de cables de fibra óptica alimentando a las unidades ópticas de red (ONU, Optical Network Units) en los sectores residenciales con la conexión final a través de la red telefónica de cobre. Dentro de éstas topologías se incluyen las llamadas FTTx (fiber-to-the, Fibra hasta), donde se llega con fibra a localidades cercanas al usuario final. Aquí podemos encontrar a FTTCab (hasta el gabinete), FTTB (hasta el edificio) y FTTC (hasta la acera).

Una de las tecnologías empleadas por FTTCab, FTTB y FTTC es VDSL (Línea de Abonado Digital de Muy Alta Velocidad), la cual transmite datos a alta velocidad sobre distancias cortas utilizando pares trenzados de líneas de cobre con un rango de velocidad que depende de la longitud de la línea. La máxima velocidad 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 van a ser también, mayores que en ADSL. VDSL puede operar tanto en modo simétrico como en el asimétrico.

La Tabla 2 muestra algunas velocidades típicas de VDSL en función de la longitud de la línea, para los modos de funcionamiento simétrico y asimétrico.

 

Distancia

(metros)

Velocidad de datos en sentido descendente (Mbps)
Velocidad de datos en sentido ascendente (Mbps)

300

52

6.4

300

26

26

1000

26

3.2

1000

13

13

1500

13

1.6

 

Tabla 2. Velocidades típicas de VDSL en función de la longitud de la línea.

Desde 1995, una iniciativa internacional patrocinada por los operadores y manufactureros líderes de telecomunicaciones, y liderada por el consorcio FSAN (Full Service Access Network, red de acceso de servicios completos), viene desarrollándose con el objetivo de establecer los requerimientos de sistemas para la red de acceso local para enviar un conjunto completo de servicios de banda estrecha y banda ancha. El FSAN trabaja en conjunto con: ANSI, ETSI, DAVIC (Digital Audio Video Council), ADSL Forum, la coalición VDSL, ATM Forum y otras organizaciones que desarrollan el xDSL. Estos grupos llevan a cabo el establecimiento de estándares que estarán acorde a los requerimientos de los sistemas para la nueva red multiservicio de banda ancha.

Un acuerdo general del FSAN especifica al ATM como la tecnología de transporte primaria, utilizando fibra en el núcleo de la red y VDSL en la última milla. La arquitectura especificada incluye FTTCab y FTTB.

Aunque VDSL actualmente no está muy extendido, ya existe un mercado que ayudará en gran medida a su despliegue. Primeramente estará disponible en áreas metropolitanas de alta densidad de población, y posteriormente se irá extendiendo a áreas suburbanas y rurales por parte de los operadores una vez que se haya realizado totalmente un mercado para los servicios de entretenimiento de banda ancha.

Características de VDSL

Desde el punto de vista tecnológico, VDSL puede considerarse como la sucesora de ADSL. En sentido descendente ADSL proporciona transporte de datos de varios Mbps, mientras que en sentido ascendente proporciona cerca de 1 Mbps. VDSL puede transportar datos de video y de otros tipos de tráfico a velocidades de hasta 58 Mbps, de cinco a diez veces superiores a ADSL. Adicionalmente, al instalarse de forma simétrica o asimétrica, se adapta mejor a las exigencias del mercado. VDSL ofrece a los usuarios residenciales video de una calidad superior al transmitido mediante difusión, junto con tráfico de Internet y las habituales llamadas telefónicas de voz. Se pueden ofrecer simultáneamente varias películas (en difusión o bajo petición).

En el entorno de oficinas, VDSL satisface la demanda, siempre creciente, de acceso de datos más rápido y hace realidad, por ejemplo, las llamadas de videoconferencia de gran calidad entre varias localidades. Entre las aplicaciones comerciales típicas que VDSL puede soportar, se encuentran la interconexión de VPN y LAN.

Debido a las limitaciones de distancia, VDSL será suministrada a menudo desde un gabinete situado en la calle equipado con una fibra óptica conectada a la red backbone. Esta topología, es la FTTCab y se muestra en la Figura 16.

 

Figura 16. Topología de VDSL.

Alternativamente, VDSL puede ofrecerse desde una central telefónica para dar servicios a los abonados situados en la proximidad inmediata de la central, topología FTTEx (fibra-hasta-la-central). Incluso, otra topología posible es utilizar VDSL para la transmisión de datos y multi-video en bloques de apartamentos con una ONT (Terminación de Red Óptica) en el sótano, dando servicio a los apartamentos individuales sobre los cables telefónicos existentes.

Es también posible el funcionamiento simultáneo de VDSL y de los servicios de banda estrecha tradicionales como POTS y RDSI, sobre una única línea telefónica. Esto requiere un splitter en cada extremo de la línea para separar la señal VDSL de mayor frecuencia de la señal POTS o RDSI de menor frecuencia (transmisión fuera de banda).

Para la normalización de VDSL se han propuesto dos códigos de línea principal: modulación DMT y modulación QAM/CAP. El TM6 del ETSI y el Comité T1E1.4 del ANSI han adoptado ambos códigos de línea para los estándares de VDSL. Además, se ha seleccionado FDD (Duplexación por División de Frecuencia) como técnica de duplexación por parte del ETSI, ANSI y de la UIT. En el equipamiento presente en el mercado se demuestra que el método basado en FDD-DMT es preferido por los fabricantes.

Para conseguir las velocidades tan altas sobre líneas telefónicas, la anchura de banda de la comunicación tiene que extenderse mucho más allá de los 1.1 MHz ocupados por ADSL, usando el mayor espectro de frecuencia disponible sobre el par de cobre por encima de las frecuencias usadas por los servicios POTS y RDSI. En principio, los sistemas VDSL pueden utilizar un espectro de hasta 30 MHz, aunque en la actualidad sólo se ha especificado el plan de frecuencias hasta 12 MHz. La asignación actual del espectro varía en dependencia de la velocidad de la línea.

La Figura 17 muestra un ejemplo de asignación de espectro con velocidades en sentido descendente de 25.92 Mbps y en sentido ascendente de 3.24 Mbps.

Figura 17. Ejemplo de asignación del espectro en VDSL asimétrico.

VDSL Asimétrico

VDSL ha sido diseñado para el envío al usuario de servicios de banda ancha asimétricos, incluyendo difusión digital de TV, video bajo demanda (VoD), acceso a Internet de alta velocidad, aprendizaje a distancia, telemedicina, entre otros. El envío de estos servicios requiere que el canal de bajada tenga mayor ancho de banda que el canal de subida por lo que es asimétrico. Por ejemplo, HDTV requiere 18 Mbps para la bajada del video contenido, sin embargo, en la subida solo requiere el envío de información de señalización (ej. cambio de canal o selección de programas), la cual está en el orden de los Kbps. Las Tablas 3 y 4 muestran las velocidades de línea establecidas en la especificación ANSI T1/E1.4. Las velocidades en sentido descendente son submúltiplos de la velocidad básica de los sistemas SONET y SDH de 155.52 Mbps, ellas son: 51.84, 25.92 y 12.96 Mbps. La Tabla 5 muestra, a su vez, las velocidades de bitios de la carga útil obligatorias especificadas por el ETSI. El operador de red puede seleccionar la velocidades de bitios de la carga útil cuando se instala el sistema VDSL y puede fijarse para la duración del servicio.

La distancia sobre la que pueden utilizarse tales velocidades está limitada debido a limitaciones físicas, principalmente la elevada atenuación con la frecuencia de los pares trenzados. Generalmente, VDSL funcionará en líneas de longitud inferior a 1.5 Km.

 

Distancia típica del Servicio
Velocidad de bit>

(Mbps)

Velocidad de símbolo (Mbaud)

Corta Distancia

300 m

51.8412.9638.8812.9629.169.7225.9212.96Media Distancia

1000 m

25.926.4822.685.6719.446.4819.444.8616.204.0514.584.8612.966.48Larga Distancia

1350 m

12.963.249.723.246.483.24

Tabla 3. Velocidades típicas de VDSL en configuración asimétrica en sentido descendente (ANSI T1/E1.4).

 

Distancia típica del Servicio
Velocidad de bit

Velocidad de símbolo (Mbaud) 
Corta Distancia

300 m6.480.814.860.813.240.81Media Distancia

1000 m3.240.4052.430.4051.620.405Larga Distancia

1350 m3.240.4052.430.4051.620.405

Tabla 4. Velocidades típicas de VDSL en configuración asimétrica en sentido ascendente (ANSI T1/E1.4).

 

Clase de operación

Velocidad de datos en sentido descendente (Mbps)

Velocidad de datos en sentido ascendente (Mbps)

Clase I (A4)362×64=23 16864×64=4 096
Clase I (A3)226×64=14 46448×64=3 072
Clase I (A2)134×64=8 57632×64=2 048
Clase I (A1)100×64=6 40032×64=2 048
Clase II (S5)442×64=28 288442×64=28 288
Clase II (S4)362×64=23 168362×64=23 168
Clase II (S3)226×64=14 464226×64=14 464
Clase II (S2)134×64=8 576134×64=8 576
Clase II (S1)100×64=6 400100×64=6 400

 

Tabla 5. Velocidades de bits de la carga útil del ETSI.

VDSL Simétrico

VDSL también ha sido diseñado para proveer servicios simétricos para clientes de negocios pequeños y medianos, como, aplicaciones de datos de alta velocidad, aplicaciones de video de teleconferencia y teleconsulta, entre otras. El VDSL simétrico puede ser utilizado para proveer circuitos nxT1 de corto alcance. La Tabla 6 muestra las velocidades de línea establecidas en la especificación ANSI T1/E1.4 para servicios simétricos. Aunque ANSI no especifica la distancia y velocidades para servicios simétricos de alto rango, se soportan lazos desde 900 m a 3000 m a velocidades desde 6 Mbps a 1.5 Mbps.

 

Distancia Típica del Servicio

Velocidad de bit

(Mbps)

Velocidad de símbolo en sentido descendente (Mbaud)

Velocidad de símbolo en sentido ascendente (Mbaud)

Corta Distancia

 

300 m25.926.487.2919.446.487.29Media Distancia

1000 m12.963.244.059.723.242.436.483.24>3.24

 

Tabla 6. Velocidades típicas de VDSL en configuración simétrica (ANSI T1/E1.4).

Transmisión FDD-DMT

Los sistemas multiportadora modulan los datos sobre un gran número de portadoras (ortogonales) de banda estrecha. Cada portadora o tono se modula con un punto de la constelación QAM durante la duración de un símbolo de la multiportadora. Para construir el símbolo completo se suman entonces todas las portadoras. En el receptor, las portadoras se separan y demodulan. Utilizando modulación DMT, las portadoras están igualmente espaciadas y son ortogonales. La modulación y demodulación de un símbolo DMT puede realizarse de forma eficaz mediante el uso, respectivamente, de una IFFT y una FFT.

En un sistema VDSL basado en DMT pueden utilizarse hasta 4 096 portadoras, abarcando una banda de frecuencias de hasta 17.7 MHz. La separación entre tonos es idéntica a la de ADSL (4.3125 KHz), permitiendo la interoperabilidad entre ADSL y VDSL.

A continuación se exponen algunas diferencias importantes en comparación con ADSL que tienen impacto sobre la implementación:

  • Velocidad de procesamiento: El ancho de banda mucho mayor de VDSL conduce a velocidades de muestreo mucho mayores y, por consiguiente, a una necesidad de velocidades de procesamiento superiores (en el dominio digital).
  • Duplexación: Existen dos versiones de ADSL: ADSL con cancelación de eco y con bandas de frecuencias solapadas, y ADSL con duplexación de frecuencia y sin bandas solapadas. La importancia de la paradiafonía a frecuencias más altas excluye el uso de cancelación de eco en VDSL.
  • Plan de frecuencias: En ADSL, la asignación de las bandas de frecuencias en sentido ascendente y descendente es fija (con alguna libertad en el comienzo de la banda en sentido descendente). En cambio, para VDSL se han definido múltiples planes de frecuencias para soportar diferentes mezclas de servicios.
  • RFI (Interferencia de Radio Frecuencia): Los sistemas VDSL comparten su espectro con otros sistemas de radio, incluyendo estaciones de AM, OM y OC, bandas de socorro y de seguridad pública, y de radioaficionados. Debido a las imperfecciones en el equilibrio del cable, se producen interferencias tanto de entrada como de salida.

 

Estándares de la tecnología. Interrelación de VDSL y ATM

ATM se ha convertido en el estándar preferido por la industria para la transmisión de voz, datos y video a través de sus redes de núcleo, y ATM sobre VDSL es el método de implementación preferido que especifica el FSAN. Usar el ATM como mecanismo de transporte tiene las ventajas de provisión siguientes:

  • QoS garantizada.
  • Soporte de múltiples clases de servicio.
  • Ancho de banda garantizado.
  • Interconexión de redes Internet e Intranets.
  • Interconexión de sistemas no compatibles.
  • Interconexión de varios tipos de medios como los inalámbricos (terrestre y satélite).
  • Integra aplicaciones de video y TCP/IP.
  • Soporta múltiples protocolos.

Los estándares ATM están bien establecidos, y los de VDSL han tenido muy buen desarrollo. Los grupos de trabajo ANSI T1E1.4 y ETSI TM6 en cooperación con los organismos de VDSL, han establecido estándares que contribuyeron a la realización de un estándar por parte de la ITU-T en Octubre del año 2001. Otros estándares incluyen, entre otros, el audio y video MPEG, DVD (digital video disk), DVB (digital video broadcast), DBS, y HDTV. La Tabla 7 lista las organizaciones que contribuyen al desarrollo de estándares que definen la FSAN.

 

 

ANSI

ETSI

ITU

DAVIC

ISO/IEC

TIA

FSAN

VDSL Coalition

VDSL Alliance

ADSL Forum

ATM Forum

T1E1

 

Tabla 7. Organizaciones importantes en el desarrollo de estándares.

 

El plan de frecuencias adoptado se muestra en la Figura 18. El plan 998 fue aprobado por ANSI T1, ETSI aprobó el plan 998 y el 997, y la ITU-T ha aprobado los tres.

 

Figura 18. Plan de frecuencias en VDSL.

 

La Figura 19 muestra el modelo de referencia funcional de VDSL según ETSI.

Figura 19. Modelo de referencia funcional de VDSL.

La subcapa PMD dependiente del medio físico especifica el código de línea. La subcapa TPS-TC (Transport Protocol Specific-Transmission Convergence) bien pudiera ser ATM o STM.

Para el transporte ATM existen de manera opcional dos trayectorias de latencia provistas simutáneamente por los tranceptores, conocido esto como latencia dual. La trayectoria “lenta” está asociada con el código FEC y el entrelazado de datos para proveer una BER menor y un mejor rendimiento en el retardo. El transporte de celdas ATM en la trayectoria rápida” incurre naturalmente en un mínimo retardo pero aumenta la BER. En el modo STM no está disponible la latencia dual.

La necesidad de usar latencia simple o dual para el transporte ATM depende del tipo de servicio. Para ello se definen tres clases de latencia.

  • Clase 1: Latencia simple para ambos canales ascendente y descendente (no necesariamente la misma para cada dirección de transmisión) obligatoria.
  • Clase 2: Latencia dual para el canal descendente, latencia simple para el canal ascendente- opcional.
  • Clase 3: Latencia dual para ambos canales ascendente y descendente- opcional.

Toda la funcionalidad de un módem VDSL con transmisión FDD-DMT basado en ATM se integra en un ASIC (Circuito Integrado de Aplicación Específica) digital como los desarrollados por Alcatel. El ASIC conecta por un lado directamente con el chip analógico que tiene funciones de splitter y, por el otro lado, proporciona una interfaz Utopia de nivel 1 , 2. Realiza todas las funciones que dependen del medio físico necesarias para la transmisión FDD-DMT, así como las funciones PMS-TC (Physical Medium Specific-Transmission Convergence) y las funciones de la subcapa física TPS-TC (Transport Protocol Specific-Transmission Convergence) de ATM.

Dentro del chip se implementa una interfaz esclava UTOPIA de niveles 1 y 2. En el sentido de transmisión, pueden aplicarse las siguientes funciones de la subcapa ATM TC: inserción de celda vacía, aleatorización de la carga útil, y generación del control de errores en la cabecera. En el sentido de recepción se proporcionan funciones básicas de celdas ATM, tales como delineación de celdas, detección y corrección de errores en la cabecera, desaleatorización de la carga útil y filtrado de las celdas vacías/no asignadas.

Conjunto de servicios basados en VDSL

La tecnología VDSL ofrece una variedad de servicios simultáneos nunca antes posible, abriendo una oportunidad a los proveedores de servicios de brindar nuevos servicios multimedia y aumentar la cantidad de subscriptores. Estos, que actualmente ofrecen servicios de telefonía y datos podrán ahora expandir sus negocios ofreciendo servicios completos y un host de aplicaciones de video (Tabla 8) permitiéndoles competir con los operadores de cable.

 

 

Servicios completos

Multimedia Real

Acceso a Internet de alta velocidad

Video bajo demanda

TV digital de difusión

Aprendizaje a distancia

Telemedicina

Video interactivo

Video conferencia

HDTV

Comercio electrónico

Publicación electrónica

Video juegos

Karaoke bajo demanda

 

Tabla 8. Aplicaciones VDSL.

El objetivo original de ADSL fue el envío de un conjunto completo de servicios de banda ancha para usuarios residenciales. La realidad es que ADSL es una tecnología de solo Internet. La Tabla 9 ilustra que en grandes distancias, ADSL se ve limitado en el envío de un complemento completo de servicios de banda ancha. VDSL, por otro lado, se adapta mejor para el envío de estos servicios en el presente y en el futuro. Las comparaciones realizadas están basadas en el estándar ADSL de la UIT-T de 6 Mbps y 640 Kbps

 

 

Aplicación

Sentido descendente

Sentido ascendente

ADSL

VDSL

Acceso a Internet400 Kbps-1.5 Mbps128 Kbps-640 Kbps

Web Hosting400 Kbps-1.5 Mbps400 Kbps-1.5 Mbps

Sólo en la actualidad

Video conferencia384 Kbps-1.5 Mbps384 Kbps-1.5 Mbps

Sólo en la actualidad

Video bajo demanda6 Mbps-18 Mbps64 Kbps-128 Kbps

Sólo en la actualidad

Video interactivo1.5 Mbps-6 Mbps128 Kbps-1.5 Mbps

Sólo en la actualidad

Telemedicina6 Mbps384 Kbps-1.5 Mbps

Sólo en la actualidad

Aprendizaje a distancia384 Kbps-1.5 Mbps384 Kbps-1.5 Mbps

Sólo en la actualidad>

TV digital múltiple6 Mbps-24 Mbps64 Kbps-640 Kbps

Sólo en la actualidad

VoD múltiple<p “=””>18 Mbps<p “=””>64 Kbps-640 Kbps

No

TV de alta definición16 Mbps64 Kbps

No

 

Tabla 9. Requerimientos de aplicaciones: ADSL vs VDSL.

Los estudios de mercado pronostican un crecimiento de las líneas VDSL por encima de ADSL para los próximos años.

 

Servicios de video basados en VDSL

VDSL tiene la capacidad de soportar difusión de TV digital, VoD y HDTV sobre el par de cobre estándar. El equipamiento terminal puede ser ubicado centralmente o distribuido a través de la red, transportando ancho de banda garantizado sobre ATM al nodo de acceso local. Todos los canales de programación disponibles se conmutan en el nodo de acceso y son transportados hacia las premisas del cliente vía VDSL. Hoy, las compañías de cable, envían video analógico, existiendo una transición hacia el video digital. Estos sistemas pueden ser actualizados para soportar VoD y requerirían una reconstrucción para soportar HDTV. Mientras, los operadores de DBS pueden ofrecer servicios de video digital y HDTV, pero sus sistemas no soportan VoD o servicios de Internet. En cambio, VDSL, además de video digital y servicios Internet, también soporta servicios de video interactivo, Web TV, e-commerce, videoconferencia, y video games, representado un conjunto de servicios no disponibles por los operadores de cable o DBS.

 

Internet de alta velocidad

Proveer acceso a Internet de alta velocidad, es de esencial valor para los usuarios residenciales, negocios medianos, etc. Tecnologías DSL como ADSL y G.Lite, pueden satisfacer los requerimientos de las actuales aplicaciones de Internet, pero la rápida evolución a nuevas aplicaciones con necesidad de mayor ancho de banda, hará que éstas ya no sean adecuadas. En cambio, VDSL tiene la capacidad para soportar las aplicaciones de hoy y del mañana. Con el crecimiento de Internet, ha aumentado el backbone ATM, siendo ATM la tecnología preferida por el FSAN para manejar la creciente carga de la red y soportar aplicaciones de misión crítica. La arquitectura ATM fue escogida porque ella habilita a una única red ATM soportar todas las aplicaciones, transportando datos, voz y video, en vez de enviarlos a ellos hacia redes distintas e incompatibles. La combinación de VDSL y ATM proporcionará los servicios Internet de hoy y una arquitectura que soportará las aplicaciones emergentes del mañana.

 

Servicios de telefonía

Un servicio clave para todos los operadores es el servicio telefónico. VDSL, soporta el servicio POTS, y además de esta funcionalidad ofrece otras adicionales, como el envío de canales voz sobre el mismo par de cobre. Las tecnologías voz sobre IP (VoIP), voz telefónica sobre ATM (VToA) y el servicio de emulación de lazo local (LES) proveen servicios de telefonía de calidad estándar sobre una red digital. Debido al hecho de que ATM puede transportar comunicaciones basadas en IP, ATM over VDSL soportará tales estándares de telefonía digital. El mayor ancho de banda provisto por VDSL proporcionará un mayor envío de canales de voz que VoDSL, donde el ancho de banda constituye también una limitante. Los operadores de cable están entrando al mercado de voz usando tales tecnologías, pero presentan un problema al no proveer servicios POTS. Por tanto, la nueva clase de operadores de telecomunicaciones que proveen servicios POTS y telefonía digital, acceso a Internet, y servicios de video digital representa la principal ventaja sobre los operadores de cable y DBS.

Trabajo enviado y realizado por:
MSc. Ing. Alexei Blanco Ortiz.
Prof. Dpto de Telecomunicaciones
Universidad de Pinar del Río. Cuba
alexei[arroba]tele.upr.edu.cu

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