J. Quereguan

"Universidad Central de Venezuela, Facultad de Ingenieria. Apartado 47100.Caracas 1041A. Venezuela.

VDSL ha sido desarrollado con la idea que pueda ser utilizado como método de transmisión entre el hogar (o negocio) y el punto de acceso a la red de fibra óptica que pueda ser localizada en el vecindario. Esto es, VDSL está destinado a ser utilizado en conjunción con FTTC (Fiber To The Curb) o FTTB (Fiber To The Basement). La conexión local a la columna vertebral (backbone) de datos a grandes velocidades es hecha con la fibra óptica. VDSL puede suministrar rangos de datos entre 13 Mbps y 60 Mbps. El rango de datos a que puede ser realizado depende de la longitud de la línea. La conexión local a la columna vertebral (backbone) de datos a grandes velocidades es hecha con la fibra. Existe un punto de acceso en la vecindad (FTTC) o en el sótano del edificio (FTTB) que es propiedad del operador de telecomunicaciones. Este centro utiliza entonces VDSL para alcanzar el hogar o negocio utilizando el lazo local existente de par trenzado. Las operadoras de telecomunicaciones podrían utilizar VDSL para enviar demanda de video a los hogares, usando televisión de alta definición (HDTV), dado el largo ancho de banda que VDSL permite sobre un simple par de par trenzado. Otra aplicación potencial de VDSL es la de ser utilizada para realizar tráfico sobre ATM.

Palabras Claves: VDSL, Líneas Digitales de muy Alta Velocidad para el Suscriptor, FTTC, fibra hacia el brocal, FTTB, fibra hacia el sótano, HDTV, televisión de alta resolución, ATM, modo de transmisión asincrónico.

La Gran Banda de comunicaciones de datos al hogar y al negocio serán una realidad en un futuro no lejano con las líneas de datos por fibra óptica, alcanzando cada hogar y negocio. Sin embargo, las dificultades técnicas que presentan los edificios construidos con la red de fibra óptica no pueden ser resueltas de la noche a la mañana, y tampoco será organizada de la misma en tan poco tiempo.

A pesar de esto, la demanda para el acceso a la Gran Banda está ya patentada. La popularización de Internet como un "servicio" más (al igual que los servicios de TV por Cable o telefónico) ha incrementado el interés por el acceso de datos a la gran banda desde los hogares. El Comercio y el Mercado Electrónico están también uniendo fuerzas por el alcance de tecnologías basadas en altas comunicaciones de datos que puedan ser utilizadas ahora, sin esperar por la red de fibra óptica a ser instalada y disponible en costos proporcionados. Tecnologías como ISDN fueron introducidas como una solución a este problema, pero la necesidad de instalar una nueva línea representa un inconveniente que tampoco disminuyó el bajo rango de datos suministrado por ISDN.

Por estas razones, otras tecnologías fueron creadas para hacer uso del lazo local de cables telefónicos que ya existen prácticamente en cualquier esquina del mundo. Estas tecnologías pueden proveer rangos de datos mucho más altos que ISDN o modems tradicionales. Los rangos de datos de 8 Mbps y 60 Mbps son posibles con las nuevas tecnologías, llamadas Data Subscriber Lines o DSL (Líneas de Datos para el Suscriptor). Existen diferentes tipos de tecnologías DSL, cada una para un propósito particular. Ellas son usualmente referidas a xDSL para incluir ADSL, HDSL, RDSL y VDSL en un grupo general.

Lo que se va a describir a continuación es la última versión de la serie del grupo xDSL: Very High Speed Digital Subscriber Lines o VDSL.

VDSL puede suministrar rangos de datos entre 13 Mbps y 60 Mbps. El rango de datos a que puede ser realizado depende de la longitud de la línea. VDSL ha sido desarrollado con la idea que pueda ser utilizado como método de transmisión entre el hogar (o negocio) y el punto de acceso a la red de fibra óptica que pueda ser localizada en el vecindario. Esto es, VDSL está destinado a ser utilizado en conjunción con FTTC (Fiber To The Curb) o FTTB (Fiber To The Basement). La conexión local a la columna vertebral (backbone) de datos a grandes velocidades es hecha con la fibra. Existe un punto de acceso en la vecindad (FTTC) o en el sótano del edificio (FTTB) que es propiedad del operador de telecomunicaciones. Este centro utiliza entonces VDSL para alcanzar el hogar o negocio utilizando el lazo local existente de par trenzado.

Como se mencionó en la introducción, VDSL está destinado a proveer el enlace final entre una red de fibra óptica y las premisas. VDSL es la tecnología que permite la transmisión de datos en un cierto estilo, sobre algún medio físico. El medio físico utilizado es independiente de VDSL. Una posibilidad es utilizar la infraestructura existente de cableado local.

Aunque es muy probable que ADSL se convierta en el más utilizado en pocos años, su uso apunta al suministro de servicio de la gran banda al hogar sobre cableados POTS, sobre distancias relativamente grandes (18.000 pies sobre TP 25 AWG). Por otro lado VDSL operará sobre distancias mucho más cortas y suministrará rangos de datos mucho más grandes. VDSL es utilizado junto con una red de fibra óptica. La fibra óptica será extendida lo más cerca a las áreas residenciales. Desde allí, el viejo servicio de cableado telefónico es utilizado (gracias a VDSL) para transmitir la información a los hogares. La figura N°1 muestra un diagrama de la configuración de una conexión VDSL.

Figura N° 1 Conexión VDSL

Al igual que las otras tecnologías xDSL, VDSL provee un canal de flujo hacia abajo y un canal de flujo hacia arriba. El canal de flujo hacia abajo posee usualmente un rango de bit mucho más alto. Esto es apropiado para las clases de aplicaciones que las tecnologías xDSL utilizarán para proveer un alto rango de flujo de datos dentro del hogar.

VDSL es muy similar a ADSL, pero con un más alto rango de datos. ADSL tiene que enfrentar algunos problemas que el concepto de VDSL elimina. Estos incluyen los largos rangos dinámicos que ADSL tiene que tratar, y las grandes distancias. Por estas y otras razones, el diseño de ADSL se hace más complejo que VDSL. Los operadores de telecomunicaciones han apuntado que el costo es un requerimiento importante. Por esto VDSL será menos complejo y así menos costoso.

Existen diferentes métodos que están siendo consideradas en el uso de VDSL:

• CAP - Carrierless AM/PM, una versión de la portadora suprimida QAM.

 La Modulación CAP está basada en Modulación en Amplitud en Cuadratura QAM y trabaja muy similar a QAM. Un receptor QAM necesita una señal de entrada con las mismas relaciones espectro y fase como la señal transmitida. Las líneas telefónicas regulares no garantizan esta calidad de envío y una implementación QAM para el uso con xDSL tiene que incluir ecualizadores adaptativos que puedan medir las características de la línea y ejecutar compensación para la distorsión introducida en el par trenzado.

 Una variación de QAM denominada CAP fué desarrollada por AT&T. CAP parece ser más eficiente comparada a QAM con implementación digital.

• DMT - Discrete Multitone, un sistema multiportador que utiliza Transformada Discreta de Fourier para crear y demodular portadoras individuales.

Este código de línea divide el ancho de banda disponible en unidades más pequeñas. Estas bandas individuales son probadas para determinar si pueden ser utilizadas para transmitir información. Este esquema es ventajoso debido al amplio rango de características de líneas que pueden ser encontradas en la instalación existente de cables de par trenzado. Cada instalación puede presentar diferencias en la calidad y longitud de la línea e interferencia como hablado cruzado (crosstalk), y los radios AM y HAM pueden afectar la señal de estas líneas. DMT supera este problema utilizando estas partes del espectro que ofrece menos atenuación e interferencia.

Fig. N°2 Espectro Multitono Discreto

La línea es probada para determinar cuáles bandas de frecuencia están disponibles y cuantos bits pueden ser transmitidos por unidad de ancho de banda. Los bits son decodificados en el transmisor y luego pasados a un conversor D/A. En la recepción final, la señal es procesada para decodificar la cadena de bits entrante. ADSL también utiliza este código de línea, y divide el canal de flujo "hacia abajo" en 256 tonos de 4 Khz de ancho de banda y el "flujo hacia arriba" en 32 subcanales. Cada subcanal puede portar un número diferente de bits, dependiendo de la calidad del subcanal. DMT puede operar en modos de rango fijo o adaptativo, por ejemplo, puede utilizar un rango de datos constante o puede modificar el rango de datos durante operación como una respuesta a las características de la línea. Sin embargo, el DMT sufre del aislamiento del subcanal, tal y como se ilustra en la Figura N°3. El uso de las transformadas de Fourier introduce armónicos adicionales que no portan la información. El DWMT ataca este problema.

• DWMT - Discrete Wavelet Multitone, una versión modificada de DMT.

El esquema de decodificación DWMT está basado en la misma idea del DMT, esto es, dividir el canal en subcanales para hacer uso de las secciones del espectro de la frecuencia que no son afectados por interferencia. Mientras que DMT usa transformadas rápidas de Fourier para decodificar los bits en cada subcanal, el DWMT utiliza transformadas wavelet (algoritmo para descomponer una señal en elementos más simples). El uso de la transformada de Fourier digital para decodificar bits en el algoritmo DMT genera armónicos con el arco principal del receptor. Sin embargo, la transformada wavelet produce armónicos de energía más bajo (ver Fig.N°4), lo cual hace de esto una tarea más simple para detectar la señal decodificada en la recepción.

Figura N°3 Espectro Discreto Multitono Wavelet

La relación señal a ruido SNR realizada con DWMT puede estar en el orden de 43 dB, mientras que DMT tiene una SNR de alrededor de 13 dB. Con DWMT, la mayoría de la energía está contenida en los subcanales actuales y no es perdida en los armónicos adicionales que resultan de la operación de transformada.

Un aspecto de la especificación VDSL que está siendo estudiado es el ancho de banda del sistema. Si el código de línea utilizado para VDSL es CAP (una variante de QAM), entonces el ancho de banda del sistema mapea directamente algún valor para un rango de símbolo. El rango del bit es dado por el tipo de QAM utilizado.

El ruido en el canal impone un límite sobre el rango del símbolo y los bits por símbolo que pueden ser utilizados. Un estudio realizado en GTE asume un sistema asimétrico, con un radio de 10:1 en los rangos de datos (flujo hacia abajo/flujo hacia arriba). En este escenario, el modelo de ruido asumido toma en consideración principalmente el hablado cruzado (crosstalk) far-end (FEXT). Esta fuente de ruido es una consecuencia del acoplamiento capacitivo entre diferentes pares trenzados en un mismo cable multipar. Otra importante fuente de ruido presente en este medio es el ruido Gaussiano, con una altura espectral de dos lados de -140 dBm/Hz. La Interferencia Radiofrecuencial (RFI) es también tomada en cuenta, aunque no está claro como cuantificar su impacto sobre la línea de transmisión.

Se considera dos implementaciones de VDSL que utilizan CAP (Carrierless AM/PM) y PAM (Pulse Amplitude Modulation) respectivamente. La escogencia de PAM tiene la ventaja que este esquema de transmisión banda base hace uso de bandas de frecuencia baja, las cuales están menos sujetas al ruido (atenuación y crosstalk). Por otro lado, CAP puede permitir utilizar POTS (servicio de voz) o ISDN simultáneamente con VDSL. El siguiente gráfico muestra una comparación de la capacidad de transmisión de VDSL usando CAP y PAM. El número de perturbadores es el número de pares trenzados en el mismo cable multipar que pueden estar interfiriendo uno a otro si portan también señales VDSL.

Aunque un estándar VDSL no está completo, existen ciertas especificaciones que están siendo consideradas como metas realizables. Dado que VDSL será utilizado para proveer conexión de "última milla" entre redes ópticas y las premisas, los rangos de datos de "flujo hacia abajo" proyectados que VDSL proveerá son 1/12, 1/6, y 1/3 de la velocidad de SONET (155.52 Mbps). Estas velocidades estarán disponibles para diferentes longitudes de línea. La siguiente tabla muestra los rangos de datos de VDSL con las correspondientes longitudes de líneas.

Tabla 1 Rangos de Datos y Longitudes de Línea en VDSL.

Los rangos del "flujo hacia arriba" (upstream) comienzan desde los 1.6 Mbps a la misma velocidad del canal de "flujo hacia abajo" (downstream). Iguales flujos hacia arriba y abajo sólo pueden ser realizados en las líneas más cortas, y requerirán configuraciones simétricas de VDSL. Las primeras versiones de VDSL serán asimétricas, al igual que ADSL.

Las operadoras de telecomunicaciones podrían utilizar VDSL para enviar demanda de video a los hogares, usando televisión de alta definición (HDTV), dado el largo ancho de banda que VDSL permite sobre un simple par de par trenzado.

Otra aplicación potencial de VDSL es la de ser utilizada para realizar tráfico sobre ATM.

Radiación en Cables Aéreos: Laboratorios BT ha realizado algunas medidas sobre bandas de altas frecuencias generadas por cables que portan señales VDSL. Utilizando TDD (Time Division Duplexing), un transmisor VDSL produce emisiones no requeridas que interfieren muy de cerca los receptores de radio amateur. Otras medidas incluyeron la pérdida total del camino desde el punto de Lanzamiento de la señal VDSL en los UTP y a los receptores de radioaficionados. Fue descubierto que un máximo PSD de 60 dBm/Hz para el uso con VDSL puede conducir a interferencia potencial sobre algunas bandas de alta frecuencia en el espectro de radio. Los sistemas VDSL que están basados en TDD pueden requerir medidas de control de potencia para prevenir esta clase de interferencia.

Han sido sugerido que un nivel de potencia de -80 dBm/Hz sea utilizado en las bandas que son ocupadas por radio amateur, y -60 dBm/Hz en otras partes.

Operación Simétrica/Asimétrica: El servicio asimétrico es aquel en el cual los canales upstream y downstream poseen diferentes rangos de bits. Ha sido acordado que son posibles los sistemas simétricos y asimétricos. En el futuro será posible la implementación de la mezcla de ambos sistemas. VDSL simétrica está planeada para cortas distancias y la operación asimétrica está planeada para grandes rangos.

Para cortas distancias, la VDSL simétrica es atractiva debido a que puede simplificar la interfaz de la red corporativa LAN y estar en concordancia con el futuro de FTTH (Fiber To The Home). En un futuro no muy lejano, los sistemas como FTTC y FTTB podrán ser utilizados con un sistema simétrico VDSL que usa 26 Mbps, el cual es un rango saludable para ATM.

Por otro lado, una ventaja del sistema asimétrico es el hecho que simplifica el equipo electrónico requerido en el lado de los hogares del lazo.

Transceivers Flexibles: El comité Europeo TM6 ha comentado que a ellos les gustaría ver los transceivers que pueden ser configurados para ambas operaciones simétricas y asimétricas.

Código de Línea: La escogencia de un código de línea (CAP, DMT, DWMT) se encuentra también en las agendas de los comités de estándares.

• Modelo de Referencia: El modelo de ruido a utilizar para el diseño VDSL está siendo discutido. Las características de ruido sobre la línea no solamente variarán con el tipo de línea, sino también con la base instalada del lazo local. En algunos países existen llegadas por cable aéreo, mientras que en la mayoría de los otros países el cable es situado bajo tierra para la última llegada hacia el cliente. No existe acuerdo hasta la fecha, aunque ha sido notado que puede ser necesario tener múltiples modelos de ruido en un reporte técnico final.

Interferencia sobre Radioaficionados: En el caso del cableado local aéreo, la señal VDSL sobre el cable generará un campo eléctrico capaz de interferir con bandas de radioaficionados. El caso contrario también es verdadero: las bandas de frecuencia de radioaficionados que coincidan con el contenido de frecuencia de VDSL dañarán la señal VDSL.

• Esta información ha presentado un resumen para tener una idea acerca de VDSL, así como también el estatus de las discusiones acerca de lo que VDSL deberá ser en el futuro. El trabajo que se está realizando corrientemente se está enfocando en la resolución de los diferentes problemas que enfrenta VDSL tales como atenuación, interferencia sobre las señales VDSL con otros medios de comunicación existentes.

• Adicionales a las dificultades técnicas, las investigaciones están siendo conducidas para determinar cuál código de línea será el más apropiado para el estándar VDSL. GTE está haciendo presión par QAM, la ETSI soporta DMT y los fabricantes de equipos xDSL se están promoviendo por el uso de CAP. Está claro que un estándar final VDSL no ha sido visto en un futuro cercano. La ETSI espera publicar un primer reporte técnico sobre VDSL a finales de 1998.

• VDSL puede tener un futuro brillante para aplicaciones como FTTC, FTTC. Tendremos que esperar por la organización de ADSL para tener algunos datos factibles de la penetración del mercado de las tecnologías xDSL y observar como son ejecutadas. Estos indicadores fijarán en parte la pauta para el destino de VDSL.

Orckit Communications (Israel)- A leader in DSL high speed modems

SI: Aware, Inc. - Hot or cold IPO (#528/3457)

ST and Telia Announce Partnership to Develop Zipper-VDSL PARIS/STOCKHOLM, SWEDEN (June 17)

Supercomm Show Daily Amati,

U S West Expected To Announces VDSL Service

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