Seção: Tutoriais Banda Larga

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.

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 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-AAL5-to-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).

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.

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 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 perto-longe, 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

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 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.