Propagación en cobre
La arquitectura de red de comunicaciones más ampliamente difundida para proporcionar accesos a los servicios de telecomunicaciones es aquella que se basa en el uso de par de cobre. Inicialmente concebida para ofrecer el servicio de voz analógico, con el tiempo ha ido evolucionando para ofrecer más servicios al usuario. En este modelo, la infraestructura consiste en un par de cobre que une el terminal del cliente, es decir, el teléfono con la central de comunicación, punto a partir del cual se procesan las ordenes necesarias para proporcionar conectividad extremo a extremo entre dos usuarios del sistema: el llamante y el llamado.
Puesto en sus orígenes fue concebida para la transmisión de tráfico de voz, se opto por filtrar parte de la información enviada, limitando el ancho de banda del canal vocal telefónico en a 4KHz. En concreto, solo se transmite las señales analógicas comprendidas entre los 300Hz y los 3400Hz. Los objetivos que se consiguen esta restricción son, entre otros, la disminución de las interferencias de señales (ruido) de alta frecuencia y la limitación del ancho de banda necesario para transmitir digitalmente los distintos canales de vos entre las centrales. Con la llegada al cliente residencial de las comunicaciones de datos surgió la necesidad de proporcionar a los usuarios los dispositivos que les permitan intercambiar información digital. Apareciendo el modem (equipo terminal modulador demodulador), cuya misión básica es transmitir datos digitales a través de una red optimizada para cursar señales analógicas. En la transmisión actual como modulador recibiendo una secuencia de bits y convirtiéndola en una señal analógica, asociado a cada bit, o a un conjunto de estos, un tono diferente (frecuencia).
En recepción el espectro es inverso, es decir, el modem actúa como demodulador y la operación que realiza es la conversión de los tonos recibidos a la secuencia de bits originales. Gracias a estos dispositivos, los operadores de telecomunicaciones consiguen ofrecer a sus clientes comunicaciones de datos reutilizando las infraestructuras existentes.
Fundamentos tecnológicos y arquitectura de la red
Permiten proveer un acceso de alta velocidad de datos, manteniendo la línea de voz operativa, a través de los elementos que intervienen en la arquitectura que son:
El par de cobre o bucle de abonado.
El splitters o divisor, para separar los distintos canales.
El modem del lado del usuario (ATU-R, ADSL Terminal Unit Remote)
El modem del lado de la central (ATU-C, ADSL Terminal Unit Central)
Figura 1 Elementos que intervienen en la comunicación ADSL
ADSL Ofrece acceso ascincronico, con mayor capacidad en el enlace central cliente (Tambien conocido como downstream) que es el inverso (upstream).
Figura 2 Nombres de las interfaces y elementos de red ADSL
La solución propuesta se basa en la se basa en la utilización de todo el ancho de banda disponible en el cobre (aproximadamente 1 MHz). Para aprovechar mejor este medio se opto por dividir el espectro frecuencial, permitiendo el uso simétrico o asimétrico del mismo. Para poder realizar esta separación entre el tráfico de voz y el de datos es necesario incorporar nuevos elementos en la arquitectura de red, los denominados divisores o splitters. En la figura 3 se representa como se redirige los datos provenientes de la PC del cliente hacia el ISP (Internet Service Provider – Proveedor de servicio de internet), a través del divisor. Un aspecto a resaltar es que esta red de datos actualmente emplea ATM (Modo De Transferencia Asincrónica), ya que en el momento de la definición de la norma era la opción que más futuro tenia. Amas, era necesario de un protocolo que permita garantizar la calidad de servicio de las comunicaciones.
Figura 3 Procesamiento separado de voz y datos utilizando DSL
Modulación Empleada
Como ya se ha visto, xDSL utiliza el par de cobre actual. El ancho de banda que este ofrece depende de diversos factores, como su longitud y su diámetro. La atenuación que sufren las señales al ser transmitidas es función de la longitud del blucle, de la frecuencia, de las características físicas del bucle, así como de las condiciones del contorno. Los cables cortos y de diámetro grande permiten una transmisión de más alta velocidad que de los de diámetro menor, típicamente se dispone de 1100KHz para transmisión de información, de la cual se emplea para datos el rango de 24KHz hasta los 1100KHz. Igualmente se puede apreciar que para pares del ismo diámetro, la velocidad depende del tipo de servicio que se proporcione. Debido a las interferencias que pueden ocasionar las señales entre sí, los servicios simétricos alcanzan un régimen binario menor que los servicios asimétricos. Las velocidades iniciales definidas para ADSL son:
Figura 4 El par de cobre-régimen binario vs Distancia
1.5Mbps para el sentido ascendente
8Mbps para el sentido descendente
Aunque no todos los usuarios podrán obtener acceso a esa capacidad, la gran mayoría podrá conectarse a velocidades de al menos 2Mbps en sentido descendente Otro aspecto a destacar es el uso que se hace de la división de frecuencia del ancho de banda disponible, definiendo dos modos básicos de operación
Figura 5 Reparto del espectro: en frecuencia y con cancelación de eco
Con multiplexación por división de frecuencia: se separa el espectro en dos bandas de frecuencia no solapadas entre sí. En sentido ascendente se reservan desde los 24KHz hasta los 200KHz, mientras que en sentido descendente se tiene 240KHz en adelante.
Con cancelación de eco: Permite el solapamiento en las bandas de frecuenciales. La porción reservada en sentido descendente es comienza en los 24KHz, solapándose con la ascendente. La separación de datos se consigue mediante DSPs, los cuales se pueden efectuar en tiempo real FFTs e IFFTs
El divisor
La misión del divisor o splitters es simple, en el lado de usuario separa las comunicaciones de voz que se encaminaran al teléfono, de las comunicaciones de datos que se enviaran al modem ADSL. En la central el funcionamiento es similar, aun que los destinos diferentes. Las señales de voz que se procesan en la central de comunicaciones pertinente, mientras que los datos se envían directamente a una red
Figura 6 Modo de operación del splitters
El modem en el lado del Usuario
El modem ADSL que se instala en las dependencias del cliente, las funcionalidades asociadas son:
La evaluación de las características del par de cobre para el reparto del flujo de datos entre las distintas portadoras.
La provisión de una interfaz de acceso a los equipos del cliente.
El funcionamiento en la modalidad de bridge o de router.
La conversión en celdas ATM de la información a transmitir y la evaluación de la calidad de servicio en la información que se transmite.
Modem en el lado de la Central
Reciben los datos una vez redirigidos por el divisor instalado en la central. Las tareas que realiza este equipo son similares a las del usuario salvo que el funcionamiento sincrónico precisa operar con un mayor número de portadoras
Par de Cobre: Ventajas
Beneficios para el operador de telecomunicaciones: en primer lugar destaca la opción que dispone el operador de telecomunicaciones para poder ofrecer acceso de banda ancha reutilizando la infraestructura existente. De esta forma tiene la opción de ofrecer nuevos servicios (Video conferencia, video, etc). Mediante esta tecnología se descarga a la red telefónica conmutada de tráfico de datos, permitiendo al operador hacer mejor uso de su red de comunicaciones. Finalmente el aumento de aspectos como la competencia permite entradas de nuevos servicios en el mercado.
Beneficios para los usuarios: Principalmente es el de disponer de banda ancha en la casa manteniendo las comunicaciones de voz, con una única línea telefónica. Un aspecto relevante aquí es el de los precios. Aun hay que determinar que lo que se oferta es caro o barato. Aunque todavía hay que sensibilizar al usuario de que internet no es gratis y menos aun los servicios que recibe.
Par de Cobre: Desventajas
No todos los pares de cobre esta a una distancia tal que se pueda ofertar el máximo de servicios.
El estado de los pares de cobre es diverso, encontrándose pares de diferentes calibres, empalmes, etc.
El ruido influye notablemente en la calidad de la comunicación
Es posible la aparición de diafonía en los cables multipares.
Los pares de cobre van agrupados por grupos, en consecuencia en zonas de alta demanda puede que más de un usuario comparta el mismo par.
Cambios en la distribución del tráfico. Debido a que en ocasiones suelen asignar una dirección IP estática al usuario.
FTTCab, FTTC, FTTB y FTTH
FTTCab, FTTC, FTTB y FTTH
El equipo necesario para los transmisores de fibra óptica y los receptores (láser, fotodiodos y la electrónica asociada) es más caro que el equivalente para la transmisión a través de cables de cobre. Con FTTH este equipo se necesita en cada hogar, y una reducción sustancial de costos es posible con sistemas en los que la fibra no va todo el camino asta la casa y enlaces de cobre de ejecución de una fibra común de varias viviendas. Esta es la base de varios regímenes, tales como fibra hasta el gabinete, FTTCab.
Figura 1 Fibra hasta el armario
Normalmente, en FTTCab las señales de todas las casas adjuntas son multiplexados en una sola fibra (o más bien un par de fibras, una para cada sentido de la transmisión) y el equipo en el armario de la calle realiza la conversión entre la electricidad y las señales ópticas, así como la multiplexación y demultiplexación. FTTCab explora la atenuación de la baja capacidad, mientras que la fibra sólo necesitan un par de transmisores y receptores ópticos compartidos entre varias casas (tal vez decenas o incluso cientos de casas podrían compartir la misma fibra), y en los enlaces de la caja de las casas se suele usar cables de par trenzado.
FTTC es la fibra de la banqueta / acera, es realmente lo mismo que FTTCab pero tomadas más cerca de las casas, de modo que cada fibra da menos servicios a las casas. La división se hace en un centro situado en la acera para dar servicio a las casas cercanas.
FTTB, fibra hasta el edificio, va más allá, tomando la fibra en un edificio, pero el edificio es típicamente un bloque de pisos para compartir, o algún otro edificio y la conexión de los individuos es a través de cobre, al igual que FTTCab y FTTC.
En términos generales, al pasar de FTTCab través FTTC y FTTH representa FTTB a reducir el intercambio de la capacidad de una sola fibra, pero mayor costo. Los diferentes esquemas corresponden a diferentes posiciones en el trade-off entre el costo y la capacidad por usuario, donde la fibra al hogar es el más caro, pero da al usuario mayor capacidad.
Redes de televisión por cable han utilizado tradicionalmente cables coaxiales para la distribución de la señal, porque el cable coaxial tiene un mejor rendimiento en las altas frecuencias que se necesitan para las señales de TV (analógica). Los argumentos económicos también se aplican a la conversión de cadenas de televisión por cable a la fibra para redes de telecomunicaciones, y similar a FTTCab de televisión por cable es la fibra híbrida coaxial (HFC) el punto de conexión final 'drop' para el usuario es a través del cable coaxial.
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.
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.
Referencias
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