Seção: Tutoriais Banda Larga

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.

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 (Frequency-Division 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).

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 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).

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.

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.