Sistemi di Telecomunicazione

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Parte 4: Tecnologie xDSL
Universita’ Politecnica delle Marche
A.A. 2014-2015
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Dall’accesso POTS alla banda larga su doppino
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Topologia di rete
Il modem ADSL e’ un DSP che fa le veci di 250 modem QAM in parallelo; il DSLAM
(Digital Subscriber Line Access Multiplexer) e’ un DSP simile al modem ADSL:
riorganizza i bit in pacchetti e poi li invia a ISP
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La tecnologia ADSL: generalita’
I Lo scopo generale dell’impiego dell’ADSL e’ di collegare la rete numerica ad alta
velocita’ con i terminali applicativi di utente, impiegando il doppino telefonico.
Pertanto, ADSL rappresenta una soluzione proposta per la realizzazione di reti
geografiche ad alta velocita’, per il collegamento utente-rete (subscriber line),
pensata per sfruttare i cavi esistenti (doppini in rame) che collegano un’utenza
residenziale alle tradizionali reti telefoniche.
I Questi doppini erano stati concepiti per trasportare segnale vocale su una banda
0-4 kHz ma sono capaci di operare fino ad 1 MHz. Per sfruttare appieno tale
banda bisogna utilizzare una coppia di modem, sia dal lato utente che da quello
rete.
I Per quanto riguarda i segnali trasportati, la normativa (ITU-T G.995.1) fa
riferimento a due tipi di segnale: ATM (Asynchronous Transfer Mode) o STM
(Synchronous Transfer Mode), a seconda di come sono multiplati i canali dati
trasportati.
I ADSL e’ una tecnologia fortemente asimmetrica: la capacita’ del canale dalla
centrale di rete all’utente (downstream) e’ maggiore di quella in senso opposto
(upstream). Tale asimmetria si concilia bene con la modalita’ di navigazione di
un utente in Internet, per cui tipicamente e’ maggiore la quantita’ di dati in
ricezione rispetto a quella in trasmissione.
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Codifica e modulazione in ADSL - I
I Per raggiungere le velocita’ di cifra necessarie all’accesso in banda larga,
impiegando il normale doppino telefonico che ha una larghezza di banda
relativamente limitata a causa dei fenomeni di attenuazione e di distorsione del
segnale che si originano andando verso le alte frequenze, sono state elaborate
diverse tecniche di codifica e modulazione.
I Un generico segnale impulsivo inviato in un canale di banda limitata si propaga
generando delle code laterali. Pur attenuandosi in maniera esponenziale oltre il
periodo proprio dell’impulso, queste code danno origine ad interferenze con le
code degli impulsi che lo precedono o lo seguono. L’ISI e’ la principale causa di
disturbo nella trasmissione dati, sia su cavo che su collegamenti radioelettrici.
Valori elevati di ISI provocano infatti alterazioni nel livello di soglia decisionale
tra un simbolo e l’altro.
I Per aumentare la quantita’ di dati trasferiti nell’unita’ di tempo, si possono
adottare modulazioni multi-livello (es. M-QAM). In pratica pero’ succede che
all’aumentare del numero di livelli, a parita’ di potenza del segnale trattato, i
simboli si avvicinano sempre piu’ tra di loro fino a risentire fortemente del
rumore presente sul canale, che puo’ comportare errori in ricezione.
I ADSL consente la trasmissione, su una sola coppia di conduttori in rame, di un
flusso dati numerico ad elevata velocita’ (DS) e di un flusso numerico a velocita’
notevolmente piu’ ridotta nella direzione opposta (US). Il servizio telefonico
tradizionale sullo stesso doppino, resta invariato. Cio’ e’ possibile separando in
frequenza i suddetti canali e realizzando una allocazione spettrale di tipo FDM.
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Codifica e modulazione in ADSL - II
I Il segnale telefonico analogico occupa la prima parte dello spettro fino ai 4 kHz
(banda netta 300-3400 Hz), l’impulso per il tele-conteggio e’ un tono a 12 kHz,
e dai 26 kHz fino a 1,104 MHz abbiamo i due flussi numerici asimmetrici.
I Con questa tecnica di separazione in banda non si verificano interferenze tra i
diversi segnali trasmessi. In particolare attraverso l’impiego del cosiddetto POTS
Splitter si riesce a separare, ai due estremi del collegamento, il segnale telefonico
da quello dati.
I I sistemi ADSL presentano due tipologie di modulazione, entrambe ad alta
efficienza spettrale: CAP (Carrierless AM/PM) e DMT (Discrete MultiTone). La
tecnologia CAP e’ di tipo proprietario e consiste in una modulazione derivata
direttamente da quella QAM. La tecnica di modulazione DMT, standardizzata
da ANSI (T1.413) si e’ andata affermando anche a livello internazionale tramite
l’ITU e l’ETSI. DMT utilizza uno schema di modulazione multitono, o
multiportante.
I Per consentire un funzionamento ottimale del sistema sono state sviluppate
inoltre alcune funzioni basilari quali:
I sincronismo tra trasmettitore e ricevitore (tono pilota a 276 kHz in
downstream e 69 kHz in upstream)
I tempo di guardia tra i vari simboli trasmessi
I fase iniziale di training per verificare le condizioni del canale in termini di
qualita’ di ogni sottoportante. In funzione dei valori di S/N rilevati, viene
eseguita automaticamente la distribuzione dei bit sulle singole portanti.
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Carrierless Amplitude/Phase Modulation
I La modulazione Carrierless Amplitude Phase (CAP) e’ una tecnica che suddivide
il segnale in due bande distinte:
I Il canale dati upstream (verso il service provider), trasportato nella banda
tra 25 e 160 kHz
I Il canale dati downstream (verso l’utente), trasportato nella banda da 200
kHz a 1.1MHz
I Questi canali sono ampiamente separati, in modo da minimizzare il rischio di
interferenza tra i canali medesimi.
I Tuttavia, la risposta in frequenza del canale non piatta sulla banda di
segnalazione obbliga ad una complessa equalizzazione, che deve essere in grado
di compensare le fluttuazioni del canale. Inoltre, la presenza di zeri spettrali
(dovuti ad esempio a bridged taps) risulta essere un fattore critico per la
stabilita’del sistema. Qualora le condizioni del canale degradino sensibilmente, il
sistema non e’ in grado di compensare la distorsione introdotta dal canale.
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Modulazioni multi-portante
I La soluzione consiste nello sfruttare meglio il canale.
I A tale scopo, si suddivide la risposta in frequenza del canale in tanti sottocanali.
Ciascun sottocanale puo’ essere pensato come un canale AWGN isolato esente
da interferenza intersimbolica, e che dunque non richiede equalizzazione.
I Ciascun sottocanale utilizza un formato di modulazione ad elevata efficienza
spettrale (M-QAM).
I La modulazione avviene tra le varie portanti in modo indipendente. I vari canali
occupano bande relativamente piccole, quindi meno sensibili agli effetti della
distorsione dei canali selettivi in frequenza e con rumore impulsivo. Allo scopo di
eliminare l’interferenza intercanale, gli spettri dei sottocanali non devono
sovrapporsi: questo pero’ non consente un utilizzo efficiente della banda
disponibile.
I La sovrapposizione spettrale puo’ essere permessa a patto di sfruttare relazioni di
ortogonalita’ tra i canali.
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Ortogonalita’ tra i canali - I
I Nel caso illustrato a sx si parla di FDM (Frequency Division Multiplexing). Nel
caso mostrato a dx si parla di MCM (Multicarrier Modulation) o OFDM
(Orthogonal Frequency Division Multiplexing).
I Supponiamo di avere due flussi di informazioni numeriche rappresentati dai
coefficienti an e bn (ad es. ±A nel caso binario). Si possono trasmettere
contemporaneamente entrambi i flussi di informazione utilizzando la somma dei
due segnali riportati nel seguito:
I Nel caso f1 = k1 · (1/T ) e f2 = k2 · (1/T ) abbiamo la densita’ spettrale di
potenza dei due processi riportata in figura.
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Ortogonalita’ tra i canali - II
I Nonostante le due densita’ spettrali di potenza siano fortemente sovrapposte una
all’altra, in ricezione, dall’unico segnale ricevuto g(t) possiamo recuperare
correttamente sia gli an che i bn . Cioe’ i segnali g1 (t) e g2 (t) non interferiscono
fra loro.
I La non interferenza fra i due segnali considerati e’ strettamente legata alla
condizione di ortogonalita’ fra le portanti nel periodo di simbolo:
Z
Z
1
1
(sin2πf1 t) · (sin2πf2 t)dt =
sin 2πk1 t · sin 2πk2 t dt = 0
T
T
T
T
I La trasmissione di piu’ flussi di informazione in parallelo attraverso l’uso di
portanti ortogonali e’ ampiamente utilizzata in diversi sistemi di comunicazione
ed e’ la base della DMT.
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Discrete Multi Tone Modulation (DMT)
I La modulazione Discrete Multi Tone (DMT) e’ una tecnica trasmissiva numerica
del tipo multiportante che suddivide il segnale DSL in modo tale che l’intervallo
di frequenze utilizzabile risulta separato in 256 canali (o sotto-portanti), ciascuno
di larghezza 4.3125 kHz.
I La DMT puo’ usare le diverse sotto-portanti (chiamate anche frequency bins),
in downstream e in upstream, in modo indipendente.
I Le prime sei portanti sono lasciate libere, per separare adeguatamente la
modulazione DMT di ADSL, dal segnale fonico in banda base (da 0 a 4 KHz),
percio’ 26 KHz e’ considerato il punto di partenza per l’ADSL. Lo spettro e’
suddiviso in 32 portanti, per il segnale da modem d’utente verso il modem di
centrale (upstream), 218 portanti nel verso opposto (downstream).
I La DMT regola costantemente i segnali tra canali differenti per assicurare che
siano utilizzati in trasmissione e ricezione i migliori canali. L’assegnazione della
capacita’ di trasmissione di ogni sottocanale e’ effettuata tenendo conto delle
caratteristiche di attenuazione del canale e del livello di rumore, in modo da
ottimizzare la trasmissione inviando maggiore informazione nelle sottobande che
garantiscono un migliore rapporto segnale/rumore.
I La realizzazione del modem ADSL e’, nella pratica, completamente numerica,
grazie all’ausilio delle tecniche di trasformata veloce di Fourier (IFFT).
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Adattamento delle portanti DMT
Il vantaggio della tecnica DMT e’ quello di poter adattare lo spettro del segnale alla
risposta del canale. Se ad esempio e’ presente un Bridged Tap che crea un notch alla
frequenza fx , quella frequenza non verra’ utilizzata. Allo stesso modo, se in una
porzione di banda sono presenti disturbi, quella porzione non verra’ utilizzata e le
informazioni verranno concentrate sul resto della banda disponibile, dove la qualita’
della trasmissione e’ migliore.
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Caratteristiche del DMT usato per ADSL - I
I Il codice di linea Discrete Multi Tone e’ basato su uno schema di modulazione
multiportante in cui la banda di trasmissione e’ suddivisa in un insieme di
sottoportanti, o toni, ciascuna utilizzata come canale indipendente per
trasmettere una frazione dell’informazione.
I Le caratteristiche peculiari del sistema DMT usato per realizzare sistemi ADSL
sono:
I
I
I
I
I
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trasmissione in tecnica QAM su ogni sottobanda con efficienza spettrale
massima di 14-15 bit/s/Hz;
sottoportanti (o toni) di eguale ampiezza spettrale ed equispaziate tra loro;
la larghezza di banda e’ sufficientemente piccola in modo da permettere un
impiego quasi ottimo della capacita’ del canale compatibilmente con valori
accettabili di complessita’ e di ritardo;
realizzazione completamente numerica della modulazione/demodulazione
tramite algoritmi di trasformata veloce inversa (IFFT) e diretta (FFT) di
Fourier;
livello nominale uniforme, della densita’ spettrale di potenza trasmessa,
pari a -40 dBm/Hz in downstream e -38 dBm/Hz in upstream;
distribuzione della capacita’ di trasporto del sistema non uniforme nelle
sottoportanti, in funzione delle specifiche condizioni di rapporto segnale
rumore nella banda di ciascuna sottoportante.
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Caratteristiche del DMT usato per ADSL - II
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Spettro del segnale ADSL di Categoria 1
La specifica definisce due modalita’ di realizzazione del sistema DMT, dette di
categoria 1 e di categoria 2. Nei modem di categoria 1 i segnali upstream e
downstream sono separati in frequenza (FDM); per il segnale downstream sono
utilizzati solo i toni al di sopra del segnale upstream. Il segnale upstream e’
posizionato a partire da un valore di frequenza (26 KHz) tale da non interferire con il
segnale POTS.
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Spettro del segnale ADSL di Categoria 2 (ADSL EC)
Nei modem di categoria 2 i segnali upstream e downstream sono sovrapposti e sono
separati mediante l’impiego di un cancellatore d’eco numerico (EC); il segnale
downstream puo’ cosi’ utilizzare tutti i toni disponibili, tranne i primi sei non utilizzati
in entrambe le categorie, perche’ interferirebbero con la banda fonica. Arrivando ad
usare anche le sotto-portanti a frequenza piu’ bassa, nel downstream si puo’ sfruttare
la minore attenuazione del doppino alle frequenze inferiori. Il sistema di categoria 2
presenta generalmente migliori prestazioni di capacita’ in funzione della portata (o
viceversa), soprattutto nel caso di impiego di velocita’ di cifra elevate.
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Spettro del segnale ADSL di Categoria 1 e 2: confronto
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Richiami alla modulazione QAM
I La modulazione QAM (Quadrature Amplitude Modulation) e’ un tipo di
modulazione in cui la definizione del simbolo trasmesso e’ determinata sia da
variazioni di ampiezza che da variazioni di fase della portante.
I La QAM e’ fondamentalmente una modulazione multilivello quadrifase che
esibisce la tipica costellazione in cui i livelli modulanti sono distribuiti nei punti
d’incrocio di una rete ortogonale.
I La diversa distanza di punti dal centro del diagramma denota una modulazione
d’ampiezza del vettore portante, la cui posizione angolare dipende anche dalla
modulazione PSK impartita sulle due sottoportanti in quadratura.
I Dal punto di vista analitico, l’equazione dell’onda modulata QAM presenta la
somma di due termini, rispettivamente in seno ed in coseno, indicatori
dell’ortogonalita’ delle due sottoportanti, ciascuno modulato in ampiezza da un
segnale logico rispettivamente mI ed mQ :
s(t) = AI · mI · senw0 t + AQ · mQ · cosw0 t
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Costruzione della costellazione DMT - I
I Il flusso di bit alla velocita’ di R bit/s in ingresso al modulatore DMT, e’
suddiviso in blocchi di b = RT bit, dove T rappresenta il periodo di simbolo del
ˆ sottoblocchi b (k)
sistema DMT. Il blocco di bit b e’ suddiviso a sua volta in N
ˆ − 1) tali che la sommatoria di b (k) , ognuno dei quali puo’ avere
(k = 0, 1, . . . , N
un numero diverso di bit, e’ uguale a b.
I A ciascun sottoblocco b (k) si associa un valore che rappresenta un punto della
costellazione determinato dalla modulazione QAM della k-esima sottoportante
del sistema.
I Per il sistema ADSL DMT la specifica ANSI T1.413 adotta un numero di
ˆ
ˆ = 512) nel verso downstream
portanti pari a N=256
(dimensione FFT N = 2N
ˆ
ˆ
ed a N=32 (dimensione FFT N = 2N = 64) nel verso upstream.
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Costruzione della costellazione DMT - II
ˆ sottoblocchi di b (k) bit e’ destinato ad essere trasmesso sul
I Ognuno degli N
k-esimo sottocanale. I b (k) bit sono mappati dal codificatore in un subsimbolo
(k)
(k)
complesso αn ovvero un punto di una costellazione QAM a 2b simboli.
I Il mapping avviene sulla base di un algoritmo detto Water Filling ; ogni punto e’
(k)
indicato come αn
indica il canale).
(k)
(k)
= An + jBn
(il pedice indica l’istante temporale, l’apice
I I punti delle costellazioni vengono successivamente riscalati di un fattore gk :
(k)
(k)
(k)
(k)
an = gk αn = gk An + jgk Bn . I coefficienti gk sono scelti in modo tale che
ogni subsimbolo abbia energia k pari al valore determinato dall’algoritmo di
Water Filling, che ha lo scopo di distribuire opportunamente i bit da trasmettere
su ogni canale.
ˆ sottosimboli complessi (corrispondenti a 2N
ˆ valori reali) vengono modulati
I Gli N
attraverso un blocco che esegue una FFT inversa. I simboli in uscita dal blocco
IFFT vengono serializzati e convertiti da sequenza numerica a segnale analogico;
il convertitore D/A opera ad una frequenza di campionamento pari a N/T , dove
N indica il numero di punti su cui viene effettuata l’operazione di trasformata
discreta di Fourier.
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Costruzione della costellazione DMT - III
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Costruzione della costellazione DMT - IV
I Nella pratica, la trasmissione avviene inviando sul canale, in successione, dei
vettori IFFT di 512 campioni alla cadenza di 250 µs.
I La larghezza di banda di ogni portante e’ di 4,3125 kHz; ogni vettore FFT
(simbolo DMT) ha una durata T pari a 250 µs ed e’ costituito da 512 campioni
trasmessi sul canale con una frequenza di campionamento minima (nel verso
downstream) di 2208 kHz.
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IFFT: Inverse Fast Fourier Trasform
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Analisi Tempo/Frequenza DMT
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Allocazione dinamica della velocita’ di cifra - I
I Nei sistemi DSL, una prima fase di training viene dedicata alla stima del canale.
La procedura e’ iniziata dall’ATU-C (terminazione ADSL in centrale): il
trasmettitore invia sul canale un pettine di portanti, in maniera che il ricevitore
possa effettuare una stima del canale. A sua volta il ricevitore trasmette lo
stesso pettine di portanti in maniera che anche il trasmettitore possa eseguire la
medesima stima di canale.
I Al termine di questa inizializzazione, Tx e Rx sono sincronizzati e hanno
determinato quali portanti attivare o spegnere in funzione della risposta in
ampiezza del canale. Tale sincronizzazione deve essere mantenuta correttamente
durante l’intera trasmissione.
I La stima del rapporto segnale rumore, S/N, permette di distribuire in maniera
opportuna il numero di bit su ogni sottoportante. Puo’ in particolare essere
dimostrato che, alle prestazioni stabilite per il tasso di errore del sistema, il
numero di bit da allocare su ogni tono di indice i e’ dato dalla formula:
bi = log2 [1 + (SNRi /(9, 8 + EmdB )] dove il termine Em rappresenta il margine
prefissato per il rapporto segnale rumore rispetto alle condizioni nominali di tasso
di errore Te = 1 · 10−7 .
I Il grafico seguente riporta il profilo del rapporto SNR sul canale e la distribuzione
dei bit su ciascuna sottoportante utilizzata. Tale distribuzione e’ relativa ad un
traffico aggregato di circa 8 Mbit/s downstream (ottenuta dall’analisi di un
canale costituito da un collegamento di circa 1,7 km di cavo con coppie di
diametro 0,4 mm per un sistema DMT con cancellazione d’eco).
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Allocazione dinamica della velocita’ di cifra - II
Il vantaggio della modulazione multiportante DMT e’ quello di poter adattare la
distribuzione dei bit sulle diverse bande caratteristiche del canale (bit loading).
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Bit loading
I Data la banda stretta di ciascun canale, non si ha distorsione significativa ed i
requisiti di egualizzazione sono molto contenuti (al limite, nulli).
I Quanti bit allocare per ciascuna portante e quale potenza allocare per ciascun
canale? Il bit loading, che consente di avere una tecnica di trasmissione rate
adaptive, e’ un grosso punto di forza della modulazione DMT data l’estrema
variabilita’ delle caratteristiche del local loop.
I L’algoritmo di Water Filling determina una distribuzione di energia non piatta
tra i vari sottocanali. In particolare i valori di energia piu’ alti sono attribuiti ai
canali con rapporto segnale rumore migliore, mentre i valori energetici piu’ bassi
sono associati ai canali peggiori.
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Schema a blocchi del modulatore DMT
I Se in ingresso si hanno N=256 simboli per ciascun blocco di bit (corrispondente
al numero di sottoportanti), in uscita del blocco IFFT si avranno 2N=512
coefficienti reali.
I Ciacuna delle 256 portanti e’ modulata con una banda di 4,3125 Khz.
L’efficienza di modulazione massima e’ di 14-15 bit/Hz.
I I simboli del Prefisso Ciclico vengono trasmessi in testa a ciascun blocco di bit,
per facilitare le operazioni di equalizzazione del canale: essi occupano circa il 6%
della banda.
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Modello di riferimento del trasmettitore - I
Nello schema a blocchi di un trasmettitore ADSL possono essere individuati due
distinti blocchi funzionali:
I il primo effettua una codifica mirata alla protezione del flusso informativo;
I il secondo effettua la modulazione del segnale da trasmettere.
Inoltre, all’ingresso del trasmettitore down-stream, posto in Centrale, viene posto un
MUX, che aggrega i vari segnali da trasmettere. Nella descrizione dei blocchi si fara’
riferimento alle principali funzioni del trasmettitore ADSL di tipo DMT.
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Modello di riferimento del trasmettitore - II
I I segnali in ingresso del blocco di protezione vengono multiplati in modo da
I
I
I
I
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formare due flussi informativi, denominati fast data e interleaved data. Il primo
e’ utilizzato per garantire minimi ritardi a costo di maggiori errori di trasmissione
(un esempio puo’ essere il segnale vocale o di una videoconferenza). Viceversa il
flusso interleaved data puo’ tollerare ritardi di trasmissione maggiori ma deve
offrire una protezione contro i disturbi di trasmissione (un esempio puo’ essere il
trasferimento di dati).
La protezione dei flussi informativi va effettuata mediante un codice a
ridondanza ciclica (CRC), uno scrambler ed un codice per correggere eventuali
errori (FEC) per il flusso fast data, mentre per il flusso interleaved e’ previsto
anche un interleaver.
Tone ordering: e’ un blocco funzionale, che fa parte del modulatore DMT e
provvede a far in modo che venga limitato il picco dell’inviluppo delle portanti,
assegnando opportunamente i bit a ciascuna sottoportante.
Costellation Encoder & Gain Scaling: per una determinata sotto-portante, il
codificatore provvede a selezionare un punto della costellazione QAM della
sotto-portante stessa, a cui viene associato il simbolo da trasmettere: come
opzione, la codifica della costellazione puo’ essere fatta con Trellis Code
Modulation (TCM). La variazione del guadagno con un fattore di scala avviene
per ciascuna portante in seguito ad un comando proveniente dal terminale
ATU-R (terminazione ADSL d’utente).
IDFT (Inverse Discrete Fourier Transform): e’ l’algoritmo numerico che viene
applicato per creare un segnale che equivale ad inviare in linea un insieme di N
portanti modulate ciascuna in QAM.
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Tecnologie xDSL di nuova generazione
Le tecniche xDSL si suddividono in tre grandi famiglie:
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ADSL2: la tecnologia
I L’ADSL2 consente di raggiungere velocita’ di trasferimento dati di circa 12 Mbps
in downstream e 1 Mbps in upstream, l’effettivo raggiungimento di tali velocita’
dipende molto dalla distanza dell’utente dalla centrale telefonica e da altri fattori
(es. qualita’ della linea telefonica).
I Grazie ad una migliorata efficienza della modulazione e ad altri accorgimenti,
l’ADSL2 fornisce delle prestazioni superiori con tutti i dispositivi che supportano
lo standard rispetto alla standard ADSL. Per esempio, nelle linee telefoniche che
piu’ distano dalla centrale, l’ADSL2 fa registrare un aumento di velocita’ fino a
50 Kbps in downstream e upstream.
I Un altro grande miglioramento e’ legato al risparmio di energia. I transceiver
ADSL di prima generazione operano infatti in modalita’ full-power in ogni
momento, anche quando sono inutilizzati. Considerando l’alto numero di modem
ADSL in circolazione, sarebbe possibile risparmiare una quantita’ considerevole
di energia se i modem ADSL potessero entrare in modalita’ stand-by/sleep,
come succede per i computer. Per venire incontro a questo problema, lo
standard ADSL2 ha introdotto due modalita’ di gestione dell’energia che aiutano
a ridurre il consumo totale di corrente elettrica, pur mantenendo la caratteristica
funzionalita’ always on lato utente.
I Lo standard ADSL2plus (o ADSL2+) raddoppia la banda utilizzata per la
trasmissione di dati in downstream, raggiungendo velocita’ teoriche fino a
25Mbps.
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ADSL2+
Con ADSL2+ si raddoppia la frequenza massima utilizzata per la trasmissione dei
dati, da 1.1 a 2.2 MHz, questo consente di poter modulare piu’ informazioni nella
stessa unita’ di tempo, quindi di portare un flusso dati di 25 Mbps su cavo telefonico.
In questo caso bisogna fare ancor piu’ attenzione alle distanze. Infatti una buona resa
di questa tecnologia e’ assicurata per poche centinaia di metri (1,5-2 Km).
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Tecnologie xDSL: prestazioni
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ADSL2+ e VDSL
I ADSL2+ ha come scopo quello di raddoppiare la velocita’ di download, senza
curarsi di mantenerla costante con l’aumento della distanza tra utente finale e
DSLAM
I L’xDSL di ultima generazione e’ la VDSL (Very High speed Digital Subscriber
Line). Le principali novita’ rispetto ad ADSL sono: una banda di download
molto piu’ ampia (1-12 MHz); l’alta velocita’ di trasferimento dati per distanze
brevi (fino a 55 Mbps a 300 m dal DSLAM).
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Configurazione VDSL
I Prevede due modi di operazione (FTTC): 1) asimmetrico (classe I) per
applicazioni residenziali, velocita’ downstream 26 Mb/s e upstream 3 Mb/s,
lunghezza collegamento 1 km max; 2) simmetrico (classe II) per applicazioni
SOHO, velocita’ 26 Mb/s downstream/upstream, lunghezza collegamento 1.5
km max.
I Supporta pienamente ATM.
I Poiche’ la trasmissione avviene su linee molto piu’ corte di quelle per ADSL, il
progetto dei modem e’ molto semplificato. Anche VDSL non impegna la banda
vocale per cui puo’ coesistere con il sistema telefonico tradizionale.
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Tecnologie trasmissive su doppini in rete di accesso - I
I Il VDSL utilizza larghezze di banda assai piu’ elevate, sia in upstream che in
downstream, rispetto all’ADSL. Tali larghezze di banda sono necessarie a
trasmettere ad elevato bit rate, a distanze accettabilmente lunghe. La presenza
del cross-talk impone precisi vincoli sulle velocita’ di trasmissione in funzione
della lunghezza del collegamento e della larghezza di banda di trasmissione.
I Le tecniche che permettono elevati rate di trasmissione (es. VDSL), richiedono
larghezze di banda assai elevate per trasmettere, ma la copertura entro la quale
tali rate di trasmissione sono garantiti, diminuisce drasticamente rispetto alle
tecniche meno veloci:
I Questo tipo di tecnologia e’ adatto per i sistemi FTTCab, per il tratto fra il
cabinet ONU e l’utente. Il VDSL e’ specificato, come sistema di accesso per i
servizi a larga banda, da DAVIC (Digital Audio & Video Council), assumendo
collegamenti <300m su coppie schermate o su cavo coassiale.
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Tecnologie trasmissive su doppini in rete di accesso - II
I SDSL: usa le stesse tecnologie dell’ADSL, ma consente una trasmissione
bidirezionale di un segnale a 2 Mb/s su un singolo doppino (a differenza
dell’HDSL che richiede 2 doppini). Questo sistema potra’ in prospettiva
sostituire l’HDSL. Non esistono ancora sistemi commerciali di questo tipo.
I CDSL o HDSL-lite: una versione ridotta dell’ADSL, che facilita l’installazione
presso l’utente. E’ anche detta splitterless, in quanto elimina i filtri HPF/LPF di
separazione fra POTS e ADSL. Obiettivi: trasmissione downstream 1.5Mb/s,
trasmissione upstream 256kb/s, distanza: < 2.8Km su cavo 0.4. Questo sistema
dovrebbe in prospettiva sostituire gli attuali modem in banda fonica utilizzati per
i collegamenti residenziali a Internet. Viene attribuita notevole importanza alla
eliminazione dello splitter, in quanto cio’ elimina i costi d’installazione. In
compenso viene accettata una diminuzione delle prestazioni, che si ritiene
adeguata per l’utente residenziale.
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Confronto tra le tecnologie xDSL
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Interfacce su NT-ADSL
La normativa internazionale e le specifiche di Telecom Italia prevedono due interfacce
sull’NT ADSL posto in casa dell’utente:
I Interfaccia ATM-F 25 (a 25 Mb/s con codice 4B/5B)
I Interfaccia Ethernet 10 B-T ( a 10 Mb/s su coppie simmetriche, con protocollo
di accesso MAC)
Queste due interfacce costituiscono la base per lo sviluppo dei servizi che utilizzano i
sistemi ADSL e VDSL per il trasporto dei dati.
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Evoluzione della rete di accesso con sistemi FTTx
L’impiego dei sistemi ADSL rientra nelle architetture della Rete di Accesso che
tendono a rivalutare la rete in rame esistente. Le nuove architetture della rete di
accesso vengono indicate come FTTx (Fiber to The x) e precisamente: FTTB
(X=Building), FTTCab (x=Cabinet), FTTE (X=Exchange), in funzione di dove e’
posizionato l’ONU. Gli elementi della rete FTTX sono:
I TRA: Terminale di Raccolta di Accesso, posto in centrale, che fa da interfaccia
fra le reti dei Servizi e la Rete di Accesso
I Rete PON, basata su tecnica TDM in direzione downstream e TDMA in
direzione upstream. La velocita’ complessiva downstream e’ di 633 Mb/s,
mentre quella upstream e’ di 155 Mb/s
I ONU: Optical Nework Unit: e’ il cabinet posto in vicinanza degli utenti
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Sistema FTTCab
L’architettura piu’ conveniente, dal punto di vista tecnico, e’ rappresentata dai sistemi
FTTCab, attualmente accantonati perche’ richiedono la cablatura generalizzata delle
fibre.L’ADSL e’ impiegato solo nell’ultimo tratto, fra ONU e Terminale di utente. I
sistemi FTTCab dovrebbero servire, in prospettiva, a rinnovare l’intera Rete di
Accesso, eliminando le centrali locali e portando i flussi di utente a poche centrali
(circa 120 sul territorio nazionale), fornite di interfacce STM1 e di autocommutatori
ATM, in grado di gestire sia il traffico telefonico sia il traffico dati. Lo svantaggio
dell’FTTCab e’ l’investimento richiesto per il cablaggio completo del territorio.
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