Línea de abonado digital

Línea de suscriptor digital (DSL; originalmente bucle de suscriptor digital) es una familia de tecnologías que se utilizan para transmitir datos digitales a través de líneas telefónicas.. En marketing de telecomunicaciones, el término DSL se entiende ampliamente como línea de suscriptor digital asimétrica (ADSL), la tecnología DSL instalada más comúnmente, para el acceso a Internet.

El servicio DSL se puede brindar simultáneamente con el servicio telefónico por cable en la misma línea telefónica, ya que DSL usa bandas de frecuencia más altas para los datos. En las instalaciones del cliente, un filtro DSL en cada salida que no sea DSL bloquea cualquier interferencia de alta frecuencia para permitir el uso simultáneo de los servicios de voz y DSL.

La velocidad de bits de los servicios de DSL para consumidores suele oscilar entre 256 kbit/s y más de 100 Mbit/s en dirección al cliente (descendente), según la tecnología DSL, las condiciones de la línea y la implementación del nivel de servicio. Se han alcanzado tasas de bits de 1 Gbit/s.

En ADSL, el rendimiento de datos en la dirección ascendente (la dirección al proveedor de servicios) es menor, de ahí la designación de servicio asimétrico. En los servicios de línea de abonado digital simétrica (SDSL), las velocidades de datos descendentes y ascendentes son iguales. Los investigadores de Bell Labs han alcanzado velocidades superiores a 1 Gbit/s para servicios de acceso de banda ancha simétrica utilizando líneas telefónicas tradicionales de cobre, aunque tales velocidades aún no se han implementado en otros lugares.

Historia

Originalmente se pensó que no era posible operar una línea telefónica convencional más allá de los límites de baja velocidad (normalmente por debajo de 9600 bit/s). En la década de 1950, el cable telefónico ordinario de par trenzado a menudo transportaba señales de televisión de cuatro megahercios (MHz) entre estudios, lo que sugiere que tales líneas permitirían transmitir muchos megabits por segundo. Uno de esos circuitos en el Reino Unido recorría unas 10 millas (16 km) entre los estudios de la BBC en Newcastle-upon-Tyne y la estación de transmisión Pontop Pike. Sin embargo, estos cables tenían otras deficiencias además del ruido gaussiano, lo que impedía que dichas tasas fueran prácticas en el campo. La década de 1980 vio el desarrollo de técnicas para comunicaciones de banda ancha que permitieron ampliar mucho el límite. En 1979 se presentó una patente para el uso de cables telefónicos existentes tanto para teléfonos como para terminales de datos que estaban conectados a una computadora remota a través de un sistema de soporte de datos digital.

La motivación para la tecnología de línea de abonado digital fue la especificación de Red Digital de Servicios Integrados (ISDN) propuesta en 1984 por el CCITT (ahora ITU-T) como parte de la Recomendación I.120, luego reutilizada como línea de abonado digital ISDN (IDSL). Los empleados de Bellcore (ahora Telcordia Technologies) desarrollaron la línea de suscriptor digital asimétrica (ADSL) colocando señales digitales de banda ancha en frecuencias superiores a la señal de voz analógica de banda base existente transportada por cableado de par trenzado convencional entre las centrales telefónicas y los clientes. AT&T Bell Labs presentó una patente sobre el concepto básico de DSL en 1988.

La contribución de Joseph W. Lechleider al DSL fue su percepción de que un arreglo asimétrico ofrecía más del doble de la capacidad de ancho de banda del DSL simétrico. Esto permitió a los proveedores de servicios de Internet ofrecer un servicio eficiente a los consumidores, quienes se beneficiaron enormemente de la capacidad de descargar grandes cantidades de datos pero rara vez necesitaron cargar cantidades comparables. ADSL admite dos modos de transporte: canal rápido y canal intercalado. Se prefiere el canal rápido para la transmisión de multimedia, donde un bit perdido ocasional es aceptable, pero los retrasos son menores. El canal intercalado funciona mejor para las transferencias de archivos, donde los datos entregados deben estar libres de errores pero la latencia (retraso de tiempo) incurrido por la retransmisión de paquetes que contienen errores es aceptable.

El ADSL orientado al consumidor fue diseñado para operar en líneas existentes ya acondicionadas para servicios RDSI de interfaz de tarifa básica. Los ingenieros desarrollaron instalaciones DSL de alta velocidad, como la línea de suscriptor digital de alta tasa de bits (HDSL) y la línea de suscriptor digital simétrica (SDSL) para proporcionar servicios tradicionales de señal digital 1 (DS1) a través de instalaciones de par de cobre estándar.

Los estándares ADSL más antiguos proporcionaban 8 Mbit/s al cliente a través de unos 2 km (1,2 mi) de cable de cobre de par trenzado sin blindaje. Las variantes más nuevas mejoraron estas tasas. Las distancias superiores a 2 km (1,2 mi) reducen significativamente el ancho de banda utilizable en los cables, lo que reduce la velocidad de datos. Pero los extensores de bucle ADSL aumentan estas distancias al repetir la señal, lo que permite que el operador de intercambio local (LEC) entregue velocidades DSL a cualquier distancia.

DSL SoC

Hasta finales de la década de 1990, el costo de los procesadores de señales digitales para DSL era prohibitivo. Todos los tipos de DSL emplean algoritmos de procesamiento de señales digitales muy complejos para superar las limitaciones inherentes de los cables de par trenzado existentes. Debido a los avances de la tecnología de integración a muy gran escala (VLSI), el costo del equipo asociado con una implementación de DSL se redujo significativamente. Los dos equipos principales son un multiplexor de acceso a línea de abonado digital (DSLAM) en un extremo y un módem DSL en el otro extremo.

Se puede implementar una conexión DSL sobre el cable existente. Tal despliegue, incluso incluyendo el equipo, es mucho más económico que instalar un nuevo cable de fibra óptica de gran ancho de banda en la misma ruta y distancia. Esto es cierto tanto para las variaciones de ADSL como de SDSL. El éxito comercial de DSL y tecnologías similares refleja en gran medida los avances realizados en la electrónica durante décadas que han aumentado el rendimiento y reducido los costos, incluso cuando la excavación de zanjas en el suelo para nuevos cables (cobre o fibra óptica) sigue siendo costosa.

Estas ventajas hicieron de ADSL una mejor propuesta para los clientes que requieren acceso a Internet que el acceso telefónico medido, al mismo tiempo que permite recibir llamadas de voz al mismo tiempo que una conexión de datos. Las compañías telefónicas también estaban bajo presión para cambiar a ADSL debido a la competencia de las compañías de cable, que utilizan la tecnología de módem por cable DOCSIS para alcanzar velocidades similares. La demanda de aplicaciones de gran ancho de banda, como video y archivos compartidos, también contribuyó a la popularidad de la tecnología ADSL.

El primer servicio DSL requería un bucle seco dedicado, pero cuando la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) de EE. UU. exigió a los operadores de intercambio local (ILEC) titulares que arrendaran sus líneas a proveedores de servicios DSL de la competencia, el DSL de línea compartida estuvo disponible. También conocido como DSL sobre elemento de red desagregado, esta desagregación de servicios permite que un solo suscriptor reciba dos servicios separados de dos proveedores separados en un par de cable. El equipo del proveedor de servicios DSL se ubica en la misma central telefónica que el ILEC que suministra el servicio de voz preexistente del cliente. El circuito del suscriptor se vuelve a cablear para interactuar con el hardware suministrado por ILEC, que combina una frecuencia DSL y señales POTS en un solo par de cobre.

En 2012, algunos operadores en los Estados Unidos informaron que las terminales remotas DSL con backhaul de fibra estaban reemplazando a los sistemas ADSL más antiguos.

Operación

Los teléfonos están conectados a la central telefónica a través de un bucle local, que es un par físico de cables. El bucle local originalmente estaba destinado principalmente a la transmisión de voz, abarcando un rango de frecuencia de audio de 300 a 3400 hercios (ancho de banda comercial). Sin embargo, a medida que los troncales de larga distancia se convirtieron gradualmente de funcionamiento analógico a digital, la idea de poder pasar datos a través del bucle local (utilizando frecuencias por encima de la banda de voz) se afianzó, lo que finalmente condujo a DSL.

El bucle local que conecta la central telefónica con la mayoría de los suscriptores tiene la capacidad de transportar frecuencias mucho más allá del límite superior de 3400 Hz de POTS. Según la longitud y la calidad del bucle, el límite superior puede ser decenas de megahercios. DSL aprovecha este ancho de banda no utilizado del bucle local creando canales de 4312,5 Hz de ancho que comienzan entre 10 y 100 kHz, según cómo esté configurado el sistema. La asignación de canales continúa a frecuencias más altas (hasta 1,1 MHz para ADSL) hasta que los nuevos canales se consideren inutilizables. La usabilidad de cada canal se evalúa de la misma manera que lo haría un módem analógico en una conexión POTS. Más canales utilizables equivalen a más ancho de banda disponible, por lo que la distancia y la calidad de la línea son un factor (las frecuencias más altas utilizadas por DSL viajan solo distancias cortas).

El grupo de canales utilizables luego se divide en dos bandas de frecuencia diferentes para el tráfico ascendente y descendente, según una proporción preconfigurada. Esta segregación reduce la interferencia. Una vez que se han establecido los grupos de canales, los canales individuales se unen en un par de circuitos virtuales, uno en cada dirección. Al igual que los módems analógicos, los transceptores DSL monitorean constantemente la calidad de cada canal y los agregarán o eliminarán del servicio dependiendo de si se pueden usar. Una vez que se establecen los circuitos ascendentes y descendentes, un suscriptor puede conectarse a un servicio como un proveedor de servicios de Internet u otros servicios de red, como una red MPLS corporativa.

La tecnología subyacente de transporte a través de las instalaciones de DSL utiliza la modulación de ondas portadoras de alta frecuencia, una transmisión de señal analógica. Un circuito DSL termina en cada extremo en un módem que modula patrones de bits en ciertos impulsos de alta frecuencia para la transmisión al módem opuesto. Las señales recibidas del módem del extremo lejano se demodulan para producir un patrón de bits correspondiente que el módem transmite, en forma digital, a su equipo interconectado, como una computadora, un enrutador, un conmutador, etc.

A diferencia de los módems de acceso telefónico tradicionales, que modulan bits en señales en la banda base de audio de 300 a 3400 Hz, los módems DSL modulan frecuencias desde 4000 Hz hasta 4 MHz. Esta separación de banda de frecuencia permite que el servicio DSL y el servicio telefónico simple (POTS) coexistan en los mismos cables. En el extremo del circuito del suscriptor, se instalan filtros DSL en línea en cada teléfono para pasar las frecuencias de voz pero filtrar las señales de alta frecuencia que de otro modo se escucharían como silbidos. Además, los elementos no lineales del teléfono podrían generar una intermodulación audible y afectar el funcionamiento del módem de datos en ausencia de estos filtros de paso bajo. Las modulaciones DSL y RADSL no utilizan la banda de frecuencia de voz, por lo que se incorporan filtros de paso alto en los circuitos de los módems DSL para filtrar las frecuencias de voz.

Un módem DSL

Debido a que DSL funciona por encima del límite de voz de 3,4 kHz, no puede pasar a través de una bobina de carga, que es una bobina inductiva diseñada para contrarrestar la pérdida causada por la capacitancia de derivación (capacitancia entre los dos cables del par trenzado). Las bobinas de carga se configuran comúnmente a intervalos regulares en las líneas POTS. El servicio de voz no se puede mantener más allá de cierta distancia sin dichas bobinas. Por lo tanto, algunas áreas que están dentro del alcance del servicio DSL quedan descalificadas de la elegibilidad debido a la ubicación de la bobina de carga. Debido a esto, las compañías telefónicas se esfuerzan por eliminar las bobinas de carga de los bucles de cobre que pueden funcionar sin ellas. Las líneas más largas que las requieran se pueden reemplazar con fibra hasta el vecindario o nodo (FTTN).

La mayoría de las implementaciones de DSL para oficinas pequeñas y residenciales reservan frecuencias bajas para POTS, de modo que (con filtros y/o divisores adecuados) el servicio de voz existente continúa funcionando independientemente del servicio de DSL. Por lo tanto, las comunicaciones basadas en POTS, incluidas las máquinas de fax y los módems de acceso telefónico, pueden compartir los cables con DSL. Solo un módem DSL puede usar la línea de suscriptor a la vez. La forma estándar de permitir que varias computadoras compartan una conexión DSL utiliza un enrutador que establece una conexión entre el módem DSL y una red local Ethernet, de línea eléctrica o Wi-Fi en las instalaciones del cliente.

Los fundamentos teóricos de DSL, como gran parte de la tecnología de la comunicación, se remontan al artículo fundamental de Claude Shannon de 1948, "Una teoría matemática de la comunicación". En general, las transmisiones de mayor tasa de bits requieren una banda de frecuencia más amplia, aunque la relación entre la tasa de bits y la tasa de símbolos y, por lo tanto, el ancho de banda no son lineales debido a las importantes innovaciones en el procesamiento de señales digitales y los métodos de modulación digital.

Según el hijo de Baum, Harry Neal, el autor solía contarles a sus hijos "historias extravagantes antes de que se convirtieran en material para sus libros". Harry llamó a su padre el "hombre más estupendo que conocí", " un hombre que fue capaz de dar una razón decente de por qué los pájaros negros cocinados en un pastel podrían luego salir y cantar.

Muchos de los personajes, accesorios e ideas de la novela se extrajeron de la vida y las experiencias personales de Baum. Baum tuvo diferentes trabajos, se mudó mucho y estuvo expuesto a muchas personas, por lo que la inspiración para la historia podría haber sido tomada de muchos aspectos diferentes de su vida. En la introducción a la historia, Baum escribe que "aspira a ser un cuento de hadas modernizado, en el que se conservan el asombro y la alegría y se dejan de lado los dolores de cabeza y las pesadillas".

El Espantapájaros y el Leñador de Hojalata

De niño, Baum solía tener pesadillas en las que un espantapájaros lo perseguía por un campo. Momentos antes de que los 'dedos de heno irregulares' del espantapájaros casi agarraba su cuello, se desmoronaría ante sus ojos. Décadas más tarde, ya adulto, Baum integró a su torturador en la novela como el Espantapájaros. A principios de la década de 1880, se estaba representando la obra de Baum Matches cuando un "parpadeo de una lámpara de queroseno encendió las vigas", lo que provocó que las llamas consumieran el teatro de la ópera de Baum.. El erudito Evan I. Schwartz sugirió que esto podría haber inspirado el terror más severo del Espantapájaros: "Solo hay una cosa en el mundo a la que le tengo miedo". Un fósforo encendido."

Ejemplo de un DSLAM de 2006

En el lado del cliente, un módem DSL está conectado a una línea telefónica. La compañía telefónica conecta el otro extremo de la línea a un DSLAM, que concentra una gran cantidad de conexiones DSL individuales en una sola caja. El DSLAM no puede ubicarse demasiado lejos del cliente debido a la atenuación entre el DSLAM y el módem DSL del usuario. Es común que algunos bloques residenciales estén conectados a un DSLAM.

DSL Connection schematic

La figura anterior es un esquema de una conexión DSL simple (en azul). El lado derecho muestra un DSLAM que reside en la central telefónica de la compañía telefónica. El lado izquierdo muestra el equipo de las instalaciones del cliente con un enrutador opcional. El enrutador administra una red de área local que conecta PC y otros dispositivos locales. El cliente puede optar por un módem que contenga tanto un enrutador como un acceso inalámbrico. Esta opción (dentro de la burbuja discontinua) a menudo simplifica la conexión.

Equipo de intercambio

En el intercambio, un multiplexor de acceso a línea de suscriptor digital (DSLAM) termina los circuitos DSL y los agrega, donde se entregan a otros transportes de red. El DSLAM finaliza todas las conexiones y recupera la información digital original. En el caso de ADSL, el componente de voz también se separa en este paso, ya sea por un filtro integrado en el DSLAM o por un equipo de filtrado especializado instalado antes.

Equipamiento del cliente

DSL Modem schematic

El extremo del cliente de la conexión consta de un módem DSL. Esto convierte los datos entre las señales digitales utilizadas por las computadoras y la señal de voltaje analógico de un rango de frecuencia adecuado que luego se aplica a la línea telefónica.

En algunas variaciones de DSL (por ejemplo, HDSL), el módem se conecta directamente a la computadora a través de una interfaz serial, usando protocolos como Ethernet o V.35. En otros casos (particularmente ADSL), es común que el equipo del cliente se integre con una funcionalidad de nivel superior, como enrutamiento, cortafuegos u otro hardware y software específico de la aplicación. En este caso, el equipo se denomina puerta de enlace.

La mayoría de las tecnologías DSL requieren la instalación de filtros DSL apropiados para separar la señal DSL de la señal de voz de baja frecuencia. La separación se puede realizar ya sea en el punto de demarcación, o con filtros instalados en las tomas telefónicas dentro de las instalaciones del cliente.

Las puertas de enlace DSL modernas a menudo integran enrutamiento y otras funciones. El sistema arranca, sincroniza la conexión DSL y finalmente establece los servicios IP de Internet y la conexión entre la red local y el proveedor de servicios, utilizando protocolos como DHCP o PPPoE.

Protocolos y configuraciones

Muchas tecnologías DSL implementan una capa de modo de transferencia asíncrona (ATM) sobre la capa de flujo de bits de bajo nivel para permitir la adaptación de varias tecnologías diferentes sobre el mismo enlace.

Las implementaciones de DSL pueden crear redes puenteadas o enrutadas. En una configuración en puente, el grupo de computadoras del suscriptor se conecta efectivamente a una sola subred. Las primeras implementaciones usaban DHCP para proporcionar la dirección IP al equipo del suscriptor, con autenticación a través de la dirección MAC o un nombre de host asignado. Las implementaciones posteriores suelen utilizar el Protocolo punto a punto (PPP) para autenticarse con un ID de usuario y una contraseña.

Métodos de modulación de transmisión

Los métodos de transmisión varían según el mercado, la región, el operador y el equipo.

• Modulación multitona discreta (DMT), el tipo más común, también conocido como multixing de frecuencia-división ortogonal (OFDM)
• Modulación de pulso-amplitud codificada por Trellis (TC-PAM), utilizada para HDSL2 y SHDSL
• Modulación de fase de amplitud sin portador (CAP), deprecatada en 1996 para ADSL, utilizado para HDSL
• Dos binarios, un cuarto (2B1Q), usados para IDSL y HDSL

Tecnologías DSL

Las tecnologías DSL (a veces resumidas colectivamente como xDSL) incluyen:

• Línea de suscriptor digital simétrico (SDSL), término paraguas para xDSL donde el bitrate es igual en ambas direcciones.
  • ISDN línea de suscriptores digitales (IDSL), tecnología basada en ISDN que proporciona un bitrate equivalente a dos portadores ISDN y un canal de datos, 144 kbit/s simétrico sobre un par
  • Línea de suscriptor digital de alta calidad (HDSL), ITU-T G.991.1, la primera tecnología DSL que utilizó un espectro de frecuencia más alto que ISDN, 1.544 kbit/s y 2.048 kbit/s servicios simétricos, ya sea en 2 o 3 pares a 784 kbit/s cada uno, 2 pares a 1,168 kbit/s cada uno, o un par a 2.320 kbit/s
  • Línea de suscriptor digital de alta calidad 2/4 (HDSL2, HDSL4), ANSI, 1,544 kbit/s simétrico sobre un par (HDSL2) o dos pares (HDSL4)
  • Línea de suscriptor digital simétrica (SDSL), tecnología patentada específica, hasta 1,544 kbit/s simétrica sobre un par
  • Línea de suscriptor digital de alta velocidad (G.SHDSL), ITU-T G.991.2, sucesor estandarizado de HDSL y SDSL propietario, hasta 5.696 kbit/s por par, hasta cuatro pares
• Línea de suscriptor digital asimétrica (ADSL), término paraguas para xDSL donde el bitrate es mayor en una dirección que la otra.
  • ANSI T1.413 Edición 2, hasta 8 Mbit/s y 1 Mbit/s
  • G.dmt, ITU-T G.992.1, up to 10 Mbit/s and 1 Mbit/s
  • G.lite, ITU-T G.992.2, más resistente al ruido y la atenuación que G.dmt, hasta 1.536 kbit/s y 512 kbit/s
  • Asymmetric digital subscriber line 2 (ADSL2), ITU-T G.992.3, up to 12 Mbit/s and 3.5 Mbit/s
  • Línea de suscriptor digital asimétrica 2 más (ADSL2+), ITU-T G.992.5, hasta 24 Mbit/s y 3.5 Mbit/s
  • Línea de suscriptores digitales de muy alto nivel (VDSL), ITU-T G.993.1, hasta 52 Mbit/s y 16 Mbit/s
  • Línea de suscriptor digital de alta velocidad 2 (VDSL2), ITU-T G.993.2, una versión mejorada de VDSL, compatible con ADSL2+, suma de ambas direcciones hasta 200 Mbit/s. G.vector crosstalk función de cancelación (ITU-T G.993.5) se puede utilizar para aumentar el rango a un bitrate dado, por ejemplo. 100 Mbit/s a hasta 500 metros.
  • G.fast, ITU-T G.9700 and G.9701, up to approximately 1 Gbit/s aggregate uplink and downlink at 100m. Aprobado en diciembre de 2014, despliegues previstos para 2016.
• Anillos DSL Bonded (Anillos DSL), una topología de anillo compartida a 400 Mbit/s
• Puerta de cable/DSL
• Etherloop Ethernet local loop
• Enlace de voz y datos de alta velocidad
• Línea de suscriptor digital (RADSL), diseñada para aumentar el rango y la tolerancia al ruido al sacrificar la velocidad
• Uni-DSL (Uni línea de suscriptores digitales o UDSL), tecnología desarrollada por Texas Instruments, compatible con todos los estándares DMT
• Las redes de acceso híbrido combinan implementaciones xDSL existentes con una red inalámbrica como LTE para aumentar el ancho de banda y la calidad de experiencia equilibrando el tráfico sobre las dos redes de acceso.

Las limitaciones de longitud de línea desde la central telefónica hasta el suscriptor imponen límites estrictos a las tasas de transmisión de datos. Tecnologías como VDSL proporcionan enlaces de muy alta velocidad pero de corto alcance. VDSL se utiliza como un método para brindar servicios de triple play (típicamente implementado en arquitecturas de red de fibra hasta la acera).