En el artículo anterior (“Tecnología para un futuro en banda ancha”, CONECtrónica número 135, marzo 2010) estudiamos las aplicaciones potenciales para la Internet de banda ancha de alta velocidad y cuáles serían las tecnologías y conexiones que el usuario final necesitaría para sustentarlas. Las tecnologías implicadas -DSL y PON- han experimentado un rápido desarrollo durante los últimos veinte años y son complicadas de entender para muchos, por lo que en este artículo examinaremos la tecnología DSL con más detalle. Un futuro artículo abordará la tecnología de red óptica pasiva (PON).

Con 750 millones de ellos en todo el mundo, el “bucle local” telefónico es el entorno de comunicaciones más difundido. El bucle consiste en un par trenzado telefónico (o TTP), un par de delgados hilos de cobre aislados trenzados, que conecta radialmente a los usuarios finales con un punto de distribución (una “centralita telefónica” u “oficina central”). Emplear la infraestructura TTP existente para la transmisión digital de banda ancha presenta la obvia ventaja de su omnipresencia, siempre que sea factible. Vamos a examinar el modo en el que la tecnología DSL supera los problemas de la TTP como soporte de banda ancha, comenzando por una breve historia del uso del sistema telefónico para la transmisión de señales digitales.

De lo analógico a lo digital: una breve historia desde la telegrafía hasta la tecnología RDSI
La comunicación digital a larga distancia sobre hilo de cobre es muy anterior al teléfono. Tanto el telégrafo como el telex utilizaban una forma muy sencilla de codificación digital. A finales de los años cincuenta, las fuerzas armadas, las líneas aéreas y la banca utilizaban hilo telefónico “estándar”, junto con sistemas y códigos telegráficos, para conectar sus terminales a un ordenador central remoto. Estos sistemas solían tener velocidades de transferencia muy bajas (normalmente entre 100 y 150 bps) y empleaban una señalización “on/off” muy simple, pero funcionaban en distancias de hasta 30 km, aproximadamente.
Durante la década de los sesenta, para proporcionar mayores velocidades, comenzaron a aparecer “MODEMs” (dispositivos MOduladores-DEmoduladores), que convertían la simple señal digital “on/off” en “tonos de audio” que podían ser transportados sobre un canal telefónico estándar. Con el paso del tiempo, los módems alcanzaron velocidades cada vez más elevadas (hasta 56 kbps). A principios de los setenta, sin embargo, los operadores comenzaron a utilizar técnicas digitales para realizar la conmutación dentro del equipo de las centralitas y resultó evidente que una conexión completamente digital con el abonado podría crear un sistema sustancialmente mejor. Las redes digitales de servicios integrados (RDSI), normalizadas a principios de los ochenta, proporcionaban acceso digital al abonado telefónico y podían obtener dos canales de “voz” digitales de 64 kbps y un canal de datos/señalización de 16 kbps sobre el hilo TTP estándar a distancias de hasta 5 km y, mediante repetidores, de hasta quizás 20 km.
A finales de los ochenta, los operadores desarrollaron servicios “T1” (1,544 Mbps) y “E1” (2 Mbps), que requerían conexiones de cuatro hilos y repetidores situados cada 1,5 km, aproximadamente. Estos fueron los antecesores del HDSL, la primera de las diversas soluciones DSL.

Línea de Abonado Digital de Alta Velocidad (HDSL)
La velocidad de HDSL es igual a la de los servicios T1 y E1 –e incluso los supera si la transmisión se realiza principalmente en una dirección en distancias de hasta 6 km, dependiendo de la calidad de la línea. HDSL es útil en pequeñas empresas para aplicaciones tradicionales, como la conexión con una centralita (PBX) y la transmisión de datos. Es mucho más útil que la tecnología ADSL para pequeños sitios Web, ya que ofrece una velocidad de transmisión de datos de subida mucho mayor que los 640 kbps que ofrece ADSL.
Otros estándares han sucedido a HDSL. SHDSL emplea la misma tecnología DMT que la ADSL (ver más adelante), pero solamente utiliza un par de hilos. SDSL (línea de abonado digital simétrica) es un protocolo muy similar a HDSL que funciona a 784 kbps en ambas direcciones con un solo par trenzado de hilo de cobre telefónico (TTP) en distancias de hasta 6 km. IDSL (línea de abonado digital RDSI) es similar en estructura a SDSL, pero utiliza chipsets e infraestructura RDSI (velocidad básica) para proporcionar un solo acceso de 128 kbps. IDSL ofrece una velocidad de transmisión máxima de 128 kbps, pero permite utilizar repetidores RDSI para alcanzar distancias de hasta 20 km.

Línea de Abonado Digital Asimétrica (ADSL)
La tecnología ADSL fue desarrollada en torno a 1990 para la transmisión de televisión sobre líneas telefónicas, en respuesta a los operadores de televisión por cable estadounidenses, que ofrecían conexiones telefónicas a través de su cable coaxial. El protocolo ADSL es “asimétrico”, ya que la velocidad del canal de bajada (hacia el usuario) es considerablemente mayor que la del canal de subida, lo que lo hace ideal para ver televisión o para la navegación Web. En consecuencia, aunque la tecnología ADSL no parece haber sido utilizada en gran medida para ver televisión, ocupó un lugar idóneo para ofrecer conexiones de alta velocidad durante la explosión de Internet, unos años más tarde. Las velocidades de transmisión de datos máximas especificadas en el estándar son de 6 Mbps de bajada y 640 kbps de subida, pero en realidad varían en función de las conexiones y contratos: el proveedor puede ofrecer servicios de 1,5, 3 o 6 Mbps con distintos precios.

ADSL-lite y RADSL
En viviendas con múltiples tomas telefónicas, el técnico puede instalar un divisor pasivo para separar la voz de los datos de banda ancha, pero a un coste. El protocolo ADSL-Lite (también conocido como G.lite) permite la conexión directa de filtros simples distribuidos, ahorrando tanto el coste que supone el técnico como el cableado, pero limita la velocidad de transmisión máxima a 1,5 Mbps de bajada y 512 kbps de subida. RADSL (DSL de velocidad adaptativa) utiliza un protocolo de capa física diferente y puede ajustar dinámicamente la velocidad de transmisión, dependiendo de la calidad del circuito disponible.

Superar las grandes limitaciones de ancho del TTP
La clave del éxito de ADSL y otros protocolos DSL ha sido la “transmisión multiportadora” utilizada para compensar la debilidad del TTP a la hora de transportar señales digitales. A los diseñadores originales del TTP nunca se les ocurrió que el sistema fuera a transportar señales digitales de gran ancho de banda y muchas de las características de la conexión TTP, aunque son perfectamente adecuadas para las señales telefónicas analógicas, limitan considerablemente la calidad de la transmisión de ancho de banda elevada. Algunas de ellas son:
Atenuación, que aumenta enormemente a medida que se incrementa la frecuencia.
Ruido e interferencias cruzadas. Los efectos de acoplamiento de otros pares del mismo cable u otras fuentes del entorno (como transmisores de radio) pueden causar ruido, al igual que las interferencias entre pares y, más habitualmente, entre el transmisor y el receptor situados en cada extremo del cable.
Puenteado de tomas. Al desconectar las líneas telefónicas, los pares trenzados no son retirados físicamente, sino que se dejan sin terminación. Al conectar nuevos usuarios al circuito, esos pares no terminados también pueden transportar parte de la señal, provocando reflexiones hacia el transmisor. En algunas redes de operadores, hasta el 30% de todas las conexiones de usuario incluyen, como mínimo, una toma puenteada que, aunque no impide las conexiones analógicas, afecta seriamente a la conexión DSL.

Tecnología DMT: la clave de la velocidad ADSL
El sistema multiportador concreto utilizado en ADSL y VDSL, denominado “DMT” (multitono discreto) ha demostrado ser especialmente eficaz a la hora de superar estas limitaciones. El principio que sustenta el DMT es que las limitaciones se producen de distintas formas en partes diferentes del espectro de frecuencia. La aparición de ruido solamente afecta a unas pocas frecuencias; la atenuación varía con la frecuencia y los efectos de la reflexión y las interferencias cruzadas también dependen de la frecuencia. Si se limita una pequeña parte de la banda, esto afecta a toda la señal. Por esta razón, en lugar de enviar una sola señal de banda ancha de alta velocidad, DMT utiliza un gran número de señales de banda estrecha de baja velocidad (o canales). El ruido y la distorsión que se producen en un subcanal no pueden afectar a ninguno de los demás.
DMT puede adoptar muchas formas. Aquí se describe en su versión ADSL “normal”, en la que utiliza 249 canales independientes. Todos los canales son enviados y recibidos juntos en la misma operación (el envío utiliza una transformada rápida inversa de Fourier, mientras que la recepción utiliza una transformada rápida de Fourier) mediante el procesamiento de señales digitales. Aunque esto requiere una enorme capacidad de computación, actualmente estas funciones son realizadas por chips VLSI adaptados con un coste relativamente bajo.
En ADSL, cada subcanal individual es tratado como una entidad aparte y transporta entre 0 y 15 bits de información por periodo de señal (baudio). En términos técnicos, utiliza QAM (modulación de amplitud en cuadratura) con codificación Trellis. Un “baudio” es un cambio de estado de la línea (periodo de señal o símbolo) por segundo. Con 4000 símbolos de datos por segundo, la tasa de baudios en DMT es, evidentemente, muy reducida. Durante la inicialización, el transceptor ADSL analiza cada subcanal para determinar su calidad y características. A continuación, asigna un número de bits (entre 0 y 15) a cada uno, según su calidad.
En ADSL, las tasas descritas anteriormente para los canales dan como resultado las siguientes velocidades de transmisión de datos máximas:

- Subida: 25 canales*15 bits/símbolo/
canal*4 Kbaudios= 1,5 Mbps
- Bajada: 249 canales*15 bits/símbolo/
canal*4 Kbaudios= 14,9 Mbps

Los sistemas ADSL viables ofrecen una velocidad de bajada máxima de entre 6 y 9 Mbps.

DSL de muy alta velocidad de transmisión (VDSL)
Como ya se explicó en el artículo anterior, contar con un armario que contenga equipo DSL activo ubicado en la ruta de cable existente incrementa significativamente la velocidad al reducir la distancia entre la “cabecera” y el usuario. El cable de cobre de subida (multipar) se sustituye por un par de fibras, dejando intacta la conexión de hilo de cobre del usuario. El cable más corto puede admitir frecuencias mucho más altas y será menos vulnerable a tantos “impedimentos”.
Contar con un ancho de banda de mayor frecuencia que en ADSL significa que VDSL utiliza más subcanales y que también gana en velocidad al incrementar la tasa de símbolos (VDSL-2 usa 8 Kbaudios). El procesamiento de señales requerido, más rápido, ya está disponible a un coste relativamente bajo. VDSL-2, la tecnología más avanzada actualmente, funciona sobre distancias relativamente cortas, de entre 350 metros y 3 km, a velocidades de hasta 100 Mbps en ambas direcciones. Además, VDSL-2 es compatible con los equipos ADSL y ADSL-2 de los usuarios (un requisito esencial). Esto permite a los operadores actualizar su equipo ADSL a VDSL-2 sin obligar a los usuarios a cambiar nada. Por supuesto, los usuarios no pueden beneficiarse de las nuevas velocidades a menos que modernicen sus equipos.

Próximos pasos: ¿VDSL o PON?
La mayoría de los países desarrollados experimentan una demanda cada vez mayor de acceso a Internet de muy alta velocidad en viviendas y empresas, y responder a esta demanda es crucial para el desarrollo económico de estos países. Es probable que la demanda de los consumidores se dispare con la entrada de la distribución de televisión en un periodo de cambios revolucionarios. Al mismo tiempo, y como era de esperar, la demanda de acceso fiable al servicio telefónico tradicional continúa siendo tan intensa como siempre. Aunque las redes ADSL y otros accesos de hilo de cobre han logrado enormes incrementos en velocidad, ya no son adecuados para sustentar la evolución de estos servicios. El uso de fibra óptica en una forma u otra es otra buena solución técnica para el problema, aunque es preciso tener en cuenta el coste que supone la fibra óptica. En lugares donde todavía existen conexiones TTP de cobre destinadas al cliente, una solución FTTN (fibra al nodo) que emplee tecnología VDSL en los últimos 350-1000 metros es, generalmente, la solución más económica. Donde deba instalarse nueva infraestructura, los sistemas PON (red óptica pasiva), y especialmente GPON, ofrecen una solución inmediata, completa y económica, con capacidad abierta para su desarrollo en el futuro. El siguiente artículo de esta serie versará sobre los sistemas PON.

Autor: Patrick Gahwiller. Partner Account Manager, R&M. Esta dirección de correo electrónico está siendo protegida contra los robots de spam. Necesita tener JavaScript habilitado para poder verlo.">Esta dirección de correo electrónico está siendo protegida contra los robots de spam. Necesita tener JavaScript habilitado para poder verlo.

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