VDSL e VDLS2: A Evolução dos Padrões xDSL
Este tutorial apresenta as tecnologias VDSL e VDSL2 (Very-High-Data-Rate Digital Subscriber Line),
desenvolvidas para prover acesso de dados banda larga a assinantes residenciais ou escritórios através da
rede de pares de fios telefônicos.
Esta tecnologia é utilizada atualmente pela GVT para a oferta de serviços de banda larga, batizado de Power,
com taxas de bit de 35 e 50 Mbit/s.
Huber Bernal Filho
Engenheiro de Teleco (MAUÁ 79), tendo atuado nas áreas de Redes de Dados e Multisserviços, Sistemas
Celulares e Sistemas de Supervisão e Controle.
Ocupou posições de liderança na Pegasus Telecom (Gerente - Planejamento de Redes), na Compaq
(Consultor - Sistemas Antifraude) e na Atech (Coordenador - Projeto Sivam). Atuou também na área de
Sistemas de Supervisão e Controle como coordenador de projetos em empresas líderes desse mercado.
Tem vasta experiência internacional, tendo trabalhado em projetos de Teleco nos EUA e de Sistemas de
Supervisão e Controle na Suécia.
Atualmente dedica-se à Teleco e à prestação de serviços de consultoria em telecomunicações.
Email: [email protected]
Categoria: Banda Larga
Nível: Introdutório
Enfoque: Técnico
Duração: 20 minutos
Publicado em: 10/08/2009
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VDSL: Introdução
O uso da tecnologia ADSL para prover serviços de acesso Banda Larga à Internet tem se difundido bastante,
tanto no Brasil como no restante do mundo, para taxas de bits de até 2 Mbit/s (veja mais detalhes no tutorial
ADSL (Speedy, Velox, Turbo)).
A experiência adquirida no uso do ADSL levou ao desenvolvimento do conjunto de padrões ADSL2 e
ADSL2+, que permitem alcançar taxas de bits superiores a 10 Mbit/s, com novas funcionalidades e interface
mais amigável para o usuário final. Essa tecnologia também já está presente no Brasil, no serviços de acesso
a Internet de Banda Larga (veja mais detalhes no tutorial ADSL2 e ADLS2+: Os Novos Padrões do
ADSL).
A evolução da tecnologia xDSL levou ao desenvolvimento do conjunto de padrões VDSL e VDSL2, que
permitem alcançar taxas de bits de até 100 Mbit/s em acesso de curto alcance, com uma nova arquitetura de
rede de acesso e novas tecnologias de modulação. Recentemente foi introduzida também a tecnologia no
Brasil, para a oferta de serviços de banda larga com taxas de até 50 Mbit/s.
O objetivo deste tutorial é descrever esses novos padrões e destacar os avanços implementados nessas
tecnologias.
Uso Típico
A aplicação típica da tecnologia ADSL para prover serviços de acesso Banda Larga a internet é apresentada
na figura a seguir.
Figura 1: Aplicação típica da tecnologia ADSL para acesso Banda Larga.
A rede ADSL apresenta basicamente os seguintes componentes:
Modem ADSL: é o equipamento instalado na residência ou escritório do usuário para conexão com
um PC ou com uma rede local. Atualmente, dependendo da taxa de bits contratada, o modem já pode
ser compatível com as tecnologias ADSL2 e ADSL2+;
Divisores de potência: são os divisores de potência e filtros colocados na residência do usuário e na
Estação Telefônica, e que permitem a separação do sinal de voz da chamada telefônica do tráfego de
dados ADSL;
DSLAM: é o multiplexador de acesso DSL cuja função é concentrar o tráfego de dados das várias
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linhas telefônicas com modem DSL e conectá-lo com a rede de dados. Da mesma forma que nos
modens, dependendo da taxa de bits contratada, a porta utilizada no DSLAM já pode ser compatível
com as tecnologias ADSL2 e ADSL2+;
Rede de dados: A rede de dados a que se conecta o DSLAM poderá ser a rede do provedor de
conexão a Internet ou qualquer outro tipo de rede de dados.
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VDSL: Histórico
ADSL
Embora o DSL de alta taxa de bit (High-bit-rate DSL – HDSL) estivesse ainda em fase protótipo, a
Universidade de Stanford e o Bell Labs da AT&T desenvolveram a tecnologia DSL assimétrico (ADSL) do
conceito até o protótipo (1990-1992). Os testes de campo começaram três anos mais tarde e o órgão de
padronização ANSI lançou a primeira versão do padrão ADSL em 1995 (T1 413, versão I), e a segunda
versão foi lançada em 1998. A primeira recomendação do ADSL da ITU-T (G.992.1), geralmente chamada
de ADSL1, foi concluída em 1999 [1]. Essa recomendação foi baseada, em grande parte, nas normas ANSI.
O ADSL previa inicialmente a oferta de vídeo sob demanda, a uma taxa de bits de 8 Mbit/s no downstream e
de 640 kbit/s no upstream. Mas foi a popularização da Internet que fez do ADSL um enorme sucesso
comercial. De fato, a ADSL tem sido utilizado principalmente como uma forma de acesso à Internet de alta
velocidade.
Uma opção na norma do ADSL1 prevê uma taxa de dados de até 12 Mbit/s. Além disso, as tecnologias dos
serviços tradicionais de telefonia fixa (Plain Old Telephony Service – POTS) ou da Rede Digital de Serviços
Integrados (Integrated Services Digital Network – ISDN) podem servir como os serviços básicos (por não
utilizarem as freqüências ocupadas pelos respectivos serviços: 0,3-25kHz para POTS ou para 1-120 kHz
ISDN). Um filtro divisor pode ser utilizado para separar a banda POTS da banda ADSL. Isto significa que o
ADSL pode compartilhar a linha tanto com o serviço POTS como com o serviço ISDN. A Figura 1 mostra
como a banda de frequências é dividida entre os canais dowstream e upstream para os serviços POTS e
ISDN.
Figura 1: Alocação de freqüências para os padrões ADSL/2/2+
ADSL2
Os padrões de segunda geração do ADSL (ADSL2 e ADSL2+) foram lançados em 2002 e 2003 [2, 3]. A
novas funcionalidades mais importante do ADSL2 (G.992.3) foram:
Um anexo da norma que definiu um canal upstream com maior capacidade, o que tornou possível
dispor de uma taxa de dados upstream de até 3 Mbit/s;
Um anexo da norma com a finalidade de aumentar o alcance para de mais de 5 km.
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ADSL2+
O padrão ADSL2+ (G.992.5) duplicou o espectro para o canal downstream (o ADSL e o ADSL2 têm um
espectro de 1,1 MHz, e o ADSL2+ tem um espectro de 2,2 MHz), fornecendo taxas de dados ainda maiores
em acesso custa distância (figura 1). O ADSL2+ também definiu uma caixa de ferramentas para configurar a
transmissão downstream para atender os diferentes requisitos de capacidade do espectro disponível, em
especial quando o ADSL2+ é colocado em um armário. As figuras 2 e 3 mostram o desempenho, sob
diferentes condições do ruído, de um sistema DSLAM com acesso DSL Ethernet (Ethernet DSL access –
AED) da Ericsson para ADSL2 e ADSL2+.
Figura 2: Capacidade do ADSL2 em linhas telefônicas (par trançado de cobre)
Figura 3a: Capacidade do ADSL2+ (downstream) em linhas telefônicas (par trançado de cobre)
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Figura 3b: Capacidade do ADSL2+ (upstream) em linhas telefônicas (par trançado de cobre)
VDSL
Os esforços para padronizar o VDSL (atualmente denominado VDSL1) começaram em 1995. Os órgãos
internacionais de padronização ITU, ETSI e ANSI (T1E1.4) desenvolveram projetos simultâneos com essa
finalidade. Em 1997, um grupo de operadoras que associadas ao Full-Service Access Network (FSAN)
especificou o requisitos fim-a-fim para VDSL. O processo estancou mais tarde, porém, devido a
desentendimentos quanto a duas tecnologias concorrentes de codificação de linha:
Portadora única, que utiliza modulação de amplitude em quadratura (Quadrature Amplitude
Modulation – QAM);
Multitom discreto (Discrete Multitone – DMT).
Do mesmo modo, um grande esforço para completar as normas do ADSL2 e do ADSL2+ deixou o trabalho
de padronização do VDSL para segundo plano. Como resultado, implementações proprietárias do
VDSL-QAM e do VDSL-DMT foram desenvolvidos e implantados em quantidades limitadas em alguns
mercados.
Em 2003, onze grandes fornecedores de equipamentos DSL anunciarm conjuntamente seu apoio à
codificação de linha DMT, em especial porque essa tecnologia facilitava a interoperabilidade e era mais
compatível com as instalações ADSL existentes. Esta decisão também foi influenciada pelo esforço do IEEE
para padronizar o Ethernet sobre VDSL como um elemento do padrão Ethernet na primeira milha (Ethernet
in the First Mile – EFM) definido na norma IEEE 802.3ah. Um objectivo claro do padrão EFM foi o de
adoptar uma mesma tecnologia de codificação de linha, em cooperação com os órgãos de padronização do
DSL. Isto iniciou uma verdadeira “Olimpíadas de VDSL’s”, onde o desempenho do VDSL-QAM foi testado
contra o do VDSL-DMT em laboratórios independentes da British Telecom no Reino Unido e da Telcordia
Technologies nos Estados Unidos. O VDSL-DMT superou o VDSL-QAM e foi assim aprovado pelo IEEE e
pela ANSI. O grupo de trabalho do ITU-T SG 15/4, por outro lado, incluiu o QAM e o DMT no padrão
VDSL1, mas estabeleceu que:
Toda a futura evolução da tecnologia VDSL seria baseada no DMT;
Um novo padrão, o VDSL2, deveria ser definido [4].
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O escopo do padrão VDSL2 é bastante amplo. Seus objetivos são aumentar o desempenho em acessos mais
longos (mais longos que os do VDSL1), como uma evolução a partir do ADSL2+, e nos acessos mais curtos,
como uma evolução a partir do VDSL1.
A chave para aumentar o desempenho em acessos longos está na utilização do espectro de 25 kHz a 138
kHz. Do mesmo modo, a chave para aumentar o desempenho nos acessos curtos está na utilização do
espectro de 12 MHz a 30 MHz.
A indústria dos DSL foi bem sucedida ao fazer a transição do ADSL para o ADSL2+, duplicando o espectro,
ao mesmo tempo em que manteve ou melhorou a densidade de acessos DSL e promoveu uma redução de
custos. A transição do ADSL2 para o VDSL2, no entanto, diminui a densidade de acessos DSL devido a um
aumento significativo do espectro necessário. A transição do VDSL1 para o VDSL2 pode acontecer sem
perda de densidade de acessos DSL.
Talvez o aspecto mais importante do padrão VDSL2 é que ele adota a Ethernet como uma tecnologia de
multiplexação (encapsulamento 64/65) na primeira milha (acesso). A eliminação do ATM na primeira milha
significa que a arquitetura da rede de acesso pode ser simplificada e transformada numa arquitetura de
acesso Ethernet fim-a-fim que utiliza redes locais virtuais (Virtual Local Area Networks – VLAN), como o
mecanismo de entrega de serviço em toda a rede acesso de acesso [6].
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VDSL: Características
A Tecnologia VDSL2
Usando as contribuições das normas ANSI e ETSI, a ITU começou a elaboração do seu padrão VDSL2
(G.993.2) em Janeiro de 2004. O consenso para o padrão foi alcançado numa reunião em Genebra em Maio
de 2005. Tal como aconteceu com o ADSL/2/2+, a modulação no padrão VDSL2 é o multitom discreto
(DMT). O VDSL2 baseia-se nas recomendações VDSL1-DMT e ADSL2/ADSL2+. Portanto, é compatível
em espectro com os serviços existentes e permite operação multimodo com o ADSL/2/2+.
Modulação DMT
A modulação DMT utiliza o mesmo princípio que a multiplexação por divisão de freqüência ortogonal
(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing – OFDM) [6]. Ou seja, ela divide o espectro útil de
freqüências em canais paralelos, onde o centro de cada canal é representado por uma subportadora
modulada QAM (figura 4). Uma diferença do OFDM é que cada portadora no DMT pode ser carregado com
um número diferente de bits, em função da relação sinal-ruído (SNR). No OFDM, o tamanho da constelação
de cada portadora é o mesmo. Porque cada subportadora é ortogonal às outras subportadoras, não há
interferência entre elas. O número de bits pode variar entre 1 e 15. A distância entre subportadoras é de
4,3125 kHz. No VDSL2 uma distância de 8,6125 kHz pode também ser utilizada. A transformada rápida de
Fourrier invertida (Inverse Fast Fourier Transform – IFFT) é usada para gerar as subportadoras.
Figura 4: Relação Sinal Ruído para cada tom da modulação DMT
Bandas
O ADSL pode ser descrito como um sistema de duas bandas onde uma parte do espectro de frequências é
utilizada para a transmissão downstrean e a outra parte é utilizada para a transmissão upstream (figura 1). O
VDSL, por outro lado, utiliza diversas bandas para transmissões downstream e upstream a fim de permitir
um maior grau de flexibilidade no que diz respeito à configuração de taxas de dados e à simetria entre os
dados downstream e upstream.
Dois planos de bandas foram definidos (em 2000) para satisfazer os requisitos das operadoras para simetria e
assimetria (figura 5). O Plano de Bandas 998 (Band Plan 998), facilita os serviços assimétricos, enquanto
que o Plano de Bandas 997(Band Plan 997),acomoda os serviços simétricos.
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Figura 5: Planos de Bandas VDSL e VDSL2
O VDSL1 suporta uma largura de banda até 12 MHz; e no VDSL2 esta banda pode ser estendida até 30
MHz. Para ser compatível em espectro com o VDSL1, o VDSL2 usa os mesmos planos de banda abaixo de
12 MHz. O VDSL2 pode utilizar até 4096 subportadoras. Dependendo do plano de banda em uso, uma
subportadora é pode ser designada para transmissão downstream ou upstream.
Tal como no ADSL, a parte inferior do espectro é alocado para os servios de Voz (POTS) e ou de dados
(ISDN) e um filtro divisor é usado para separar frequências desses serviços da banda VDSL2. Uma opção
“modo digital total” (“all digital mode”) também existe, onde praticamente todos a banda podem ser
utilizada para o VDSL2.
Regime Duplex
Atualmente, as implementações de ADSL/2/2+ usam a tecnologia de regime duplex FDD (FrequencyDivision Duplex) para separar a banda upstream da banda downstream. Dadas as propriedades físicas, no
entanto, não é possível criar uma banda de guarda (“brick wall”). Ou seja, há sempre alguma fuga espectral
entre as bandas de transmissão. No ADSL, filtros ou canceladores de eco são usados para suprimir a fuga
entre as bandas de transmissão. O VDSL, por outro lado, utiliza uma técnica de duplex digital baseada na
tecnologia “zipper” inventada pelo Telia Research [7]. Com esta técnica, suportadoras adjacentes podem
transportar dados em direções opostas (figura 6).
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Figura 6: Tecnologia “zipper”
Contudo, os requisitos de compatibilidade de espectro com as tecnologias DSL existentes exigem que vários
tons devam ser agrupados em bandas de transmissão. Pode-se manter a ortogonalidade entre o sinal recebido
e o sinal transmitido de volta para o receptor, estedendo ciclicamente os símbolos DMT transmitidos através
do uso de um prefixo cíclico e de um sufixo cíclico e pela sincronização dos transmissores em cada
extremidade para que começem a transmitir ao mesmo tempo (uma técnica denominada timing advance). A
extensão cíclica (cyclic extension), que elimina a interferência intersímbolos (Intersymbol Interference –
ISI) causada no canal, reduz a taxa de dados em 7,8%. O janelamento (windowing), uma técnica de
supressão de lobulos laterais, reduz ainda mais a fuga espectral entre bandas de transmissão. Essa técnica
(windowing) também é usada no OFDM (Figura 7).
Figura 7: Técnica de extensão cíclica (cyclic extension)
Evolução da Rede ao Introduzir o VDSL2
Na sequência, a introdução da tecnologia VDSL2 será responsável apenas por uma pequena parte das
mudanças fundamentais que afetam a arquitetura da rede. Atualmente, maior custo das linhas de acesso
instaladas está no ambiente da central telefônica. Do mesmo modo, a distância média dos acessos de par
trançado de cobre existentes vai muito além da distânica ideal para obter o valor adicionado do VDSL2.
Muitas operadoras têm, portanto, começado a considerar o uso de fibra na rede de acesso – por exemplo,
fibra até o nó de rede (Fiber To The Node – FTTN) e fibra até a porta dos domicílios (Fiber To The Curb –
FTTC) – reduzindo o comprimento da rede de acesso de cobre para menos de 1500 metros.
A segunda grande mudança é a introdução da Ethernet como tecnologia de pacotes de dados em todo o
caminho até o usuário final. O ADSL2/2+ emprega o ATM na primeira milha (acesso), mas os DSLAM’s
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baseados em IP/Ethernet empregam a Ethernet na segunda milha (backhaul). Muitas soluções de banda larga
legadas também utilizam o STM1/OC-3 no lado agregado.
A mudança no sentido de usar a Ethernet e acessos de fibra do tipo FTTN/FTTC, bem como a introdução de
serviços adicionais, irá conduzir a uma alteração no ponto de seleção do serviço na rede, que atualmente é o
servidor de acesso remoto de banda larga (Broadband Remote Access Server – BRAS).
Arquitetura FTTN
O impulso para uma arquitetura FTTN para o VDSL2 foi iniciado pelas operadoras da América do Norte,
onde os acessos muito longos e a introdução do TV de alta definição (HDTV) precisavam de um aumento
acentuado na capacidade de banda larga. Ao implantar os nós de rede VDSL2 perto dos assinantes, as
operadoras podem aumentar a capacidade o suficiente para suportar múltiplos canais HDTV até o domicílio
do assinante sem ter que substituir toda a infra-estrutura de cobre por fibra. A capacidade entregue a cada
domicílio se dá através de um par trançado de cobre em conjunto com uma arquitetura de fibra
compartilhada, por exemplo, numa alternativa do tipo rede óptica passiva (Passive Optical Network – PON)
e rede de dados híbrida HFC (Hybrid Fiber Copper) (tabela 1).
Tabela 1: Bandas necessárias para serviços IPTV
Serviço
Banda Necessária
1-2 canais HDTV
12 Mbit/s cada
2-4 canais de TV
3 Mbit/s cada
Internet de alta velocidade 8 Mbit/s
VoIP
100 kbit/s
A arquitetura FTTN (Fiber to the Node) é também altamente distribuída para acomodar um número menor
de assinantes por site quando os DSLAM’s são localizados próximos aos usuários finais. Um grande número
de nós de rede distribuídos necessita de um processo de ativação automática de clientes que permite que as
operadoras ativem um novo assinante sem ter que se deslocar fisicamente até um site FTTN. Muitas
operadoras vêem a arquitetura FTTN como uma ferramenta estratégica para competir eficazmente com
alternativas de rede de acesso de cabo e fibra.
Desafios da Implantação da Rede Externa
Ao mover o DSLAM para fora da central, depara-se com vários desafios técnicos novos. A temperatura e os
requisitos ambientais, por exemplo, são muito mais rigorosas. As instalações atuais operam principalmente
no ambiente das centrais com uma faixa de temperaturas típica de -5° C a +45° C. As implantações em sites
da rede externa, por outro lado, devem ser capazes de operar em ambientes de clima não controlado onde as
temperaturas podem variar entre -40° C a +65° C [8].
Energia é outra das áreas que serão afetadas. A maioria das operadoras atualmente utiliza soluções de
energia de -48V. Na maioria das implementações externas, no entanto, sistemas energia local não serão uma
opção. Em vez disso, deve-se considerar o uso de sistemas de energia remotos (sobre a rede de cobre
existente). Nas áreas metropolitanas, os DSLAM’s podem ser implantados no subsolo de condomínios ou
edifícios com acesso ao sistema de energia local.
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Como há menos assinantes por site, muitos fabricantes tiveram que rever a arquitetura dos mecanismos de
controle do DSLAM. Atualmente, numerosos DSLAM’s são otimizados para grandes sites, onde um
mecanismo de controle comum suporta um gabinete inteiro (mais de 1000 assinantes). Mas, com um máximo
de 200 assinantes por site, essa arquitetura não é tem um boa relação custo benefício.
Ethernet na Primeira Milha
Com o VDSL2, a Ethernet é a tecnologia de pacote básica em toda a rede até os usuários finais. Esta
alteração afeta o modo como as redes são construídas. Um benefício direto da mudança é a redução do
overhead. A eliminação das conexões virtuais permanentes (Permanent Virtual Connections – PVC), que
são uma parte inerente das soluções ATM, abre as portas para novas arquiteturas. As funcionalidades
baseadas na tecnologia Ethernet, tais como os serviços de VLAN combinados com a autenticação usando
DHCP Opção 82, podem reduzir muito os custos de operação de uma rede. A arquitetura de rede
simplificada torna possível introduzir a tecnologia Packet Transfer Mode (PTM). Esse e outros requisitos
para fornecer novos serviços com a Qualidade de Serviço (QoS) adequada, irão adicionar novos requisitos
para produtos e arquitetura de rede.
Tecnologias Concorrentes
Alguns poderão argumentar que os acessos de fibra até o domicílio (FTTH) concorrem com a tecnologia
VDSL2. Na maioria dos casos, porém, as duas arquiteturas são complementares. O nível de implantação de
acessos FTTx depende do business case específico e é impulsionado pelas operadoras de telecomunicações
(como é o caso do VDSL2). Para as operadoras que pretendem migrar para o FTTH, a localização dos nós de
rede FTTx é um bom ponto de partida para divisores de potência ou nós de acesso de fibra ativa.
Atualmente, a principal ameaça para as operadoras de telecomunicações vem das operadoras de TV a cabo,
cuja especificação da tecnologia de serviços de dados sobre a rede de TV a cabo (Docsis3) promete entregar
soluções de alta velocidade comparáveis com o VDSL2.
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VDSL: Funcionalidades
Alcance Estendido
Considerando que o alcance físico do VDSL1 é limitado a cerca de 1500 m, em cabos de cobre de 0,4
milímetros, o alcance do VDSL2 pode ser estendido para cerca de 2400 m. Como primeira banda upstream
(denominada US0), o VDSL2 pode usar a mesma banda upstream do conjunto ADSL/2/2+. Isso estende o
alcance do VDSL2, quando comparado com VDSL1. A utilização da banda US0 exige seqüências similares
às do ADSL para os equalizadores e canceladores de eco. Para distâncias superiores a 2000- 2400 m, o
ADSL2 continua a ser a escolha mais adequada de acesso DSL.
Perfis dos Diferentes Modos de Implantação
A norma do VDSL2 é definida utilizando conjuntos de perfis, onde cada perfil se destina a uma implantação
específica. A figura 8 mostra os diferentes cenários de implantação previstos para o VDSL2.
Figura 8: Cenários de Implantação
Esses cenários incluem:
Fibra até a central de comutação (Fiber To The Exchange – FTTEx): o VDSL2 está localizado na
estação telefônica;
Fibra até o gabinete (Fiber To The Cabinet – FTTCab): gabinetes externos alimentados por fibra estão
localizados perto das instalações dos clientes;
Fibras até o domicílio (Fiber To The Building – FTTB): o VDSL2 é colocado, por exemplo, subsolo de
um edifício.
O perfis 8a-8b-12a e 12b são aplicáveis aos FTTEx. O perfil 17a aplica-se ao FTTCab, e o perfil 30a
aplica-se ao FTTB (figura 9). Cada perfil contém suporte para os serviços de banda base, tais como o POTS
ou o ISDN.
A figura 9 apresenta os perfis do VDSL2 para o Plano de Banda 997. Os perfis para o Plano de Banda 998
são similares.
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Figura 9: Perfis do VDSL2 para o Plano de Banda 997
A figura 10 mostra o desempenho medido do EDA VDSL2 com os perfis 8a, 12a e 17a durante condições
típicas de ruído.
Figura 10: Bit rate do VDSL2 para diferentes perfis.
Packet Transfer Mode
A utilização do VDSL2 diminuiu o uso do ATM na primeira milha, substituindo-o pela Ethernet
(encapsulamento 64/65). Atualmente, a solução mais comum para o transporte de quadros Ethernet sobre
DSL é o DSLAM IP na configuração bridge, onde são os quadros (frames) Ethernet são montados na
camada ATM adaptation layer 5 (AAL5) e encapsulados em células ATM antes de serem enviados para o
enlace físico do DSL (figura 11). O bloco de segmentação e remontagem (Segmentation and Reassembly –
SAR) processa os quadros (frames) Ethernet. As células ATM são transportadas sobre a interface elétrica
UTOPIA (universal test and operations PHY interface for ATM) L2 para uma interface específica
denominada ATM TPS-TC (Transport Protocol-Specific – Transmission Convergence). O TSP-TC também
é por vezes denominado ATM-TC, por exemplo, no contexto da xTU-C (xDSL transceiver unit – central
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office).
Figura 11: Diagrama de xDSL conectado a rede Ethernet com camada ATM
Um inconveniente do encapsulamento de quadros (frames) Ethernet em células ATM (Ethernet-to-AAL5to-ATM cells), é que os quadros Ethernet de 64 bytes Ethernet devem ocupar duas células ATM. Isto porque
o tamanho do payload (informação útil) da célula ATM de 53 bytes é de apenas 48 bytes. Portanto, uma
célula ATM transporta 48 bytes e as outras células transportam apenas 16 bytes. Dado o tamanho máximo
de um quadro (frame) Ethernet, 1518 bytes, o overhead do ATM é de 160 bytes, ou quase 10% da
capacidade de transmissão.
O IEEE 802.3ah definiu uma Ethernet TPS-TC específica, utilizando o encapsulamento 64/65 para
aplicações Ethernet sem ATM. Para o VDSL1, o ITU-T especificou um diferente Packet Transfer Mode
(PTM) genérico. Na especificação ITU-T, o TPS-TC é denominado PTM-TC.
A norma VDSL2 suporta totalmente o PTM baseado no encapsulamento 64/65. O grupo de trabalho IEEE
802.3ah definiu o PTM para encapsular quadros (frames) Ethernet antes que eles sejam modulados no
transceptor DSL. A ITU-T SG15/Q4 definiu o PTM para VDSL2, bem como para o ADSL2/2+ e para o
SHDSL (Symmetrical High-Bit-Rate DSL). Além disso, tem reforçado a técnica de encapsulamento 64/65
usando um método preemptivo (preemption method), e adicionou suporte para os pacotes não-Ethernet que
tem tamanho menor do que 64 bytes. O PTM permite eliminar ATM como portadora de camada 2 sobre a
camada física (figura 12).
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Figura 12: Diagrama de xDSL conectado a rede Ethernet sem camada ATM
Mecanismo Preemptivo
A técnica padrão de encapsulamento 64/65, foi alterada com a inclusão de um mecanismo preemtivo
(preemption mechanism), o qual permite que quadros (frames) de alta prioridade possam interromper a
transmissão de quadros de baixa prioridade até o quadros de alta prioridade tenham sido enviados. A
transmissão da quadros de baixa prioridade é então retomada. Para entender como isso funciona, basta supor
que um pacote com 1518 bytes de tráfego Internet está sendo processado quando pacotes de voz de alta
prioridade chegam. O mecanismo preemptivo interrompe a transmissão do quadro de 1518 bytes, armazena
seu estado atual, transmite os pacotes de voz e, em seguida, recomeça a transmissão do pacote com o tráfego
de Internet.
Dupla Latência
A figura 13 mostra um modelo de referência do transceptor VDSL2. O TPS-TC serve como uma camada de
adaptação entre os protocolos de transporte e a linha digital do assinante. Os quadros Ethernet ou as células
ATM são introduzidos nos TPS-TC. Entre outras coisas, a camada TPS-TC fornece o mecanismo de
transporte, encapsula quadros ou células, e desacopla as taxas de entrada e saída.
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Figura 13: Modelo de referência do transceptor VDSL2
A próxima estação é a camada PMS-TC (Physical Media-Specific – Transmission Convergence), que
proporciona funções de caminho de latência. Estas funções determinam a capacidade de proteção de erro
(em conjunto com a codificação Trellis) e a latência. A preparação dos quadros (framing) também acontece
no PMS-TC.
Normalmente, apenas um caminho de latência é executado no ADSL2/2+. Esta não é uma limitação do
padrão, no entanto. O exame do caminho de latência (figura 14) mostra que um mecanismo de
entrelaçamento (interleaver) utilizado juntamente com o código Reed-Solomon cria um poderoso
mecanismo de proteção de erro. No entanto, o mecanismo de entrelaçamento (interleaver) introduz atraso
proporcional à sua profundidade, ou seja, se há apenas um caminho de latência e o entrelaçamento é
utilizado, então, todos os serviços experimentam o mesmo atraso.
Figura 14: Fenômeno perto-longe (Near-far phenomenon)
Serviços como o vídeo, que deve ser imune a pequenas rajadas de erros, devem ter um mecanismo de
entrelaçamento (interleaver) de maior profundidade. Como conseqüência, eles também enfrentam atrasos
significativos. No entanto, o serviço de vídeo de não é sensível a atraso, desde haja pouco jitter. Serviços de
voz e jogos, por outro lado, não exigem ampla proteção erro, mas eles são muito sensíveis a atrasos.
Uma solução de dupla de latência fornece um segundo caminho de latência no PMS-TC. Dados que devem
ser protegidos usam o caminho entrelaçado, enquanto os dados que são sensíveis ao atraso pode usar o
caminho sem entrelaçamento ou apenas com um mínimo de entrelaçamento. Eventualmente, os dados de
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cada um dos caminhos de latência são multiplexados em um único conjunto de bits que é encaminhado para
a camada PMD (physical media dependent layer) para o processo de modulação. O número de bits
selecionados de cada caminho latência e colocados num quadro DMT é determinado durante a inicialização.
A saída da camada PMD é o sinal analógico entregue ao front end analógico. As operadoras afirmaram que
queriam a opção dupla de latência presente no VDSL2, a fim de fornecer o QoS exigido pelos serviços
triple-play.
Controle de Potência para Melhorar a Compatibilidade Espectral
O VDSL2 vai ser utilizado em sua grande maioria em acesso de curto alcance, fazendo com que os
DSLAM’s sejam colocados na rede em locais mais próximos ao usuário final. Prevê-se que as
implementações FTTCab aumentarão em todas as operadoras de redes. No entanto, serviços como o
ADSL/2/+, que são oferecidos a partir do ambiente de uma estação telefônica e que compartilham os cabos
utilizados para o VDSL2 no gabinete, poderão enfrentar grave degradação de desempenho no tráfego
downstream devido ao crosstalk de sistemas VDSL2. O controle de potência pode ser utilizado para ajustar o
sinal downstream do VDSL2. Isto minimiza o impacto do crosstalk do VDSL2 nos sistemas ADSL2/2+
instalados na estação telefônica sem penalizar o sinal VDSL2 downstream.
Ajuste de Potência Upstream
Quando diferentes grupos de equipamentos de usuários (CPE) de serviços VDSL2 estão localizados a
distâncias distintas da estação telefônica ou do gabinete externo, a transmissão dos usuários mais próximos à
estação telefônica ou gabinte externo perturba a transmissão upstream de outros usuários (fenômeno pertolonge, figura 14) [9]. Uma solução simples para este problema é ajustar (diminuir) a potência upstream dos
usuários mais próximos da estação telefônica ou gabinete externo. Um algoritmo é, portanto, utilizado para
dar a cada usuário dentro de um determinado raio da estação telefônica ou do gabiente externo a mesma
capacidade upstream.
Modo de Diagnóstico de Loop
Para facilitar o diagnóstico de falhas, o VDSL2 tem modo de diagnóstico de loop e DELT semelhantes ao do
ADSL2/2+. Os transreceptores VDSL2 podem medir o ruídode linha, a atenuação do loop e a relação
sinal-ruído (SNR) em cada extremidade da linha. As medições podem ser coletadas mesmo quando as
condições da linha são demasiadamente pobres para permitir o estabelecimento de uma conexão. Nesse
caso, como parte do modo de diagnóstico de loop, o modem passa através de cada etapa da inicialização,
mas de forma mais robusta, a fim de trocar os parâmetros de teste.
Proteção Contra Ruído
Aparelhos eléctricos e instalações no ambiente do usuário frequentemente geram rajadas curtas de ruído com
amplitude relativamente elevada. Essas rajadas, chamadas ruído de impulso, são acopladas
eletromagneticamente à linha digital do assinante, degradando o desempenho e, em alguns casos,
perturbando o serviço. A norma ADSL2/2+ introduziu um parâmetro, a proteção contra ruído de impulso
(Impulse Noise Protection – INP), que permite às operadoras escolher o comprimento máximo de impulso
que o sistema pode corrigir. O VDSL2 utiliza esse mesmo parâmetro. Desta forma, um valor de INP entre 2 e
16 pode corrigir erros de ruído de impulso variando de 250μs até 3,75 ms.
Interoperabilidade
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A interoperabilidade entre os fornecedores é um pré-requisito do mercado de tecnologia de consumo. Os
testes de interoperacionalidade tiveram um papel fundamental na preparação do caminho para o sucesso
comercial do DSL: quase 19 milhões de linhas digitais de assinante foram lançadas durante o terceiro
trimestre (T3) de 2005 [10].
O DSL Fórum (atual Broadband Fórum) foi a principal força motriz da interoperabilidade. Os testes
interoperabilidade são realizados através de “plug fests”, que são executados por vários laboratórios de teste
independentes ao redor do mundo.
Um defensor de interfaces abertas, Ericsson tem sido um participante activo nestes eventos.
Para o ADSL2+, o TR-067 (ex-TR-048) especifica em detalhes como a interoperabilidade deve ser testada.
A realização de testes de interoperabilidade intensivos abriu as portas para separar os mercados de DSLAM
e CPE em muitos países.
Interoperabilidade do VDSL2
O padrão inicial do VDSL nunca foi totalmente assumido pelo mercado devido a desacordos durante
padronização quanto ao regime de modulação (DTM ou QAM) e à tecnologia de pacotes de dados (ATM ou
Ethernet).
Amplo consenso da indústria e ensaios de interoperabilidade do VDSL2 estiveram no topo das agendas dos
fabricantes em 2006. A primeira reunião de fabricantes de chipset aconteceu no final de janeiro, no
Laboratório de Interoperabilidade da Universidade de New Hampshire, EUA. A experiência de trabalhar
com o ADSL indicava que levariam pelo menos 12 meses para chegar a plena interoperabilidade no
mercado: para o ADSL2+ o processo a partir do acordo sobre os padrões até interoperabilidade no mercado
levou quase 18 meses.
O primeiro passo do processo era garantir a interoperabilidade na camada 1 entre os fabricantes de chipsets.
Com essa barreira vencida, os vendedores podiam realizar testes adicionais entre CPE e DSLAM’s.
O DSL Fórum (atual Broadband Fórum) definiu o conjuto de testes para o VDSL2 através de vários
documentos importantes que têm movido e orientados a indústria adiante. Os dois principais documentos
desenvolvidos são:
WT-114: VDSL2 Performance Test Plan (Plano de Teste de Desempenho do VDSL2), que estabelece
metas de desempenho (tendo em consideração os perfis específicos de diferentes regiões);
WT-115: VDSL2 Functionality Test Plan (Plano de Teste de Funcionalidade do VDSL2), que constitui
a base para as operadoras que estão homologando o VDSL2, de acordo com o cumprimento das
normas do padrão.
Compatibilidade com Versões Anteriores
A decisão de manter o ATM regime de multiplexação ajudou a tornar a migração do ADSL1 para o ADSL2+
relativamente simples, porque os novos DSLAM’s IP eram compatíveis com a base instalada de CPE’s
ADSL1. Portanto, a migração no lado da linha digital não afetou o lado do CPE.
A migração do ADSL2+ para VDSL2, no entanto, vai exigir um planejamento maior na já na fase inicial. O
conjunto ADSL/2/2+ sempre emprega o ATM no acesso de cobre, mas o VDSL2 vai ser implantado
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utilizando principalmente a tecnologia Ethernet. Mesmo assim, os chipsets VDSL2 geralmente permitem a
configuração ATM ou IP por porta, garantindo assim a compatibilidade com versões anteriores com a base
instalada de ADSL e ADSL2+. Esta característica entra em jogo automaticamente durante a fase de
inicialização entre o CPE e o DSLAM.
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VDSL: Considerações Finais
Tanto o VDSL como o ADSL2 fazem parte da família de soluções xDSL que utilizam pares de cobre da rede
telefônica para prover acesso banda larga à Internet para o assinante de serviços de telefonia fixa.
As operadoras no Brasil vinham utilizado a tecnologia ADSL/2/2+ para o provimento de serviços banda
larga de até 10 Mbit/s. Embora a qualidade deste serviço dependa em grande parte da seleção do par
telefônico e exista o risco de queima de equipamentos por incidência de raios em regiões tropicais, como é o
caso de grande parte do Brasil, a demanda desses serviços tem provocado a expansão da base e a oferta de
serviços de maior banda utilizando o ADSL2 e o ADSL2+.
A tecnologia VDSL está sendo introduzida no Brasil para provimento de serviço banda larga de acesso a
Internet com taxas de bits entre 35 e 50 Mbit/s. Atualmente a GVT oferece serviços com o uso da versão
VDSL2 dessa tecnologia.
Referências
1. ITU-T Recommendation G.992.1 (1999), Asymmetric digital subscriber line (ADSL) transceivers.
2. ITU-T Recommendation G.992.3 (2005), Asymmetric digital subscriber line transceivers 2 (ADSL2).
3. ITU-T Recommendation G.992.5 (2005), Asymmetric digital subscriber line (ADSL) transceivers –
extended bandwidth ADSL2 (ADSL2plus).
4. ITU T Recommendation G.993.1 (2004), Very high speed digital subscriber line.
5. Begley, M.: The Public Ethernet – The next-generation broadband access network.
6. Ericsson Review, Vol. 81(2004):1, pp. 52-59 6. J.A.C. Bingham. “Multicarrier Modulation for Data
Transmission: An idea Whose Time has come”. IEEE Communications Magazine, 28(4):5-14 April
1990.
7. F. Sjöberg, M. Isaksson, P. Ödling, S. K. Wilson, and P. O. Börjesson “Zipper: A Duplex Method for
VDSL Based on DMT,” IEEE Trans. Commun., vol. 47, pp. 1245-1252, Aug. 1999.
8. ETSI 300 019-1 class 3.4 environmental requirements.
9. K. Jacobsen “Methods of Upstream Power Backoff on Very High-Speed Digital Subscriber Lines”,
IEEE Communications. Magazine March 2001.
10. White Paper Ericsson: VDSL2: Next important broadband technology. Acesso em: 10 mar. 2009.
Tutoriais do Teleco
ADSL - Serviço ou Tecnologia?
ADSL (Speedy, Velox, Turbo)
ADSL2 e ADLS2+: Os Novos Padrões do ADSL
VDSL e VDLS2: A Evolução dos Padrões xDSL
Estudo do Enlace de Transmissão da Tecnologia ADSL
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VDSL: Teste seu Entendimento
1. Qual é o tipo de modulação preferencial utilizado pelo padrão VDSL2?
OFDM
OAFDM
DMT
QAM
2. Qual das alternativas abaixo representa um dos perfis de implantação introduzidos para a
arquitetura de rede do padrão VDSL2?
Fibra até a central de comutação (Fiber To The Exchange – FTTEx): o VDSL2 está localizado na
estação telefônica.
Fibra até o gabinete (Fiber To The Cabinet – FTTCab): gabinetes externos alimentados por fibra estão
localizados perto das instalações dos clientes.
Fibras até o domicílio (Fiber To The Building – FTTB): o VDSL2 é colocado, por exemplo, subsolo de
um edifício.
Todas as anteriores.
3. Qual das alternativas abaixo não representa uma das características introduzidas pelo padrão
VDSL2?
Ajuste de potência downstream.
Mecanismo Preemptivo.
Dupla Latência.
Controle de Potência para Melhorar a Compatibilidade Espectral.
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