Rede Telefónica Pública Comutada - Estrutura geral: rede ...cadeiras.iscte-iul.pt/STG/Acetatos/Acetatos3.pdf · dos lados do circuito a 4 fios); • Atenuação do anel: A a = 2

Sistemas de Telecomunicações Guiados - ISCTE - Acetatos 3 1

Rede Telefónica Pública Comutada- Estrutura geral: rede local ou de acesso -

• Uma grande parte da rede local é constituída pela infra-estrutura de cobre [fios de cobre entrelaçados (cooper twisted pair) - par simétrico]que liga os telefones dos assinantes às centrais locais.

• As áreas de serviço podem ter diferentes dimensões, desde uma dezena de km2 nas áreas urbanas até algumas centenas nas áreas rurais.

Central local

Limite da área de serviço

Interface de área de serviço

Grupos de casas

Centenas ou milhares de pares simétricos

Área de serviço


Estrututa simplificada da central local

Acesso primário

• A central local é constituída pelo repartidor principal, a interface da linha do assinante (ILA), os multiplexadores TDM e o comutador

� conversão de 2 para 4 fios (e vice-versa)� conversão analógica digital e gerar o sinal PCM a 64 kbit/s correspondente ao sinal de voz

� conversão de 2 para 4 fios (e vice-versa)� conversão analógica digital e gerar o sinal PCM a 64 kbit/s correspondente ao sinal de voz

ILA

� agregação dos sinais a 64 kbit/s gerados pela ILA para formar o sinal correspondente às tramas E1(2 Mbit/s) antes de ser encaminhado para a rede pelo comutador

� agregação dos sinais a 64 kbit/s gerados pela ILA para formar o sinal correspondente às tramas E1(2 Mbit/s) antes de ser encaminhado para a rede pelo comutador

Mux/Demux TDM

Para desligar o telefone de um assinante, basta remover o cordãoexistente no repartidor principal que liga o par simétrico à ILA


Aspectos da infraestrutura das redes telefónicas- Rede de acesso convencional: serviço POTS -

��

��

Assinantes

Pares simétricos

Central local

ILA

Lacete de assinante

Características de transmissão dos pares simétricos:• Distorção de amplitude - Pupinização;• Distorção de fase (não é relevante);• Atenuação máxima admissível no lacetede assinante: 8 dB (@ 1 kHz).

RP+

ILA - Interface da linha do assinanteRP - Repartidor PrincipalASR - Armário de sub-repartiçãoCD – Caixa de distribuição

ASR CD

CD

CD


Rede de acesso usando unidades remotas

��

��

Assinantes

Fibra ópticaFeixes hertzianos

Central local

MUX/DEMUX

Lacete de assinante

+

MUX – Multiplexador TDMUR – Unidade remotaCD – Caixa de distribuição

CD

CD

CD

UR

Pares simétricos

MU

X/

DE

MU

X


Unidades Remotas

• Com concentração: atribuição de time-slots disponíveis aos assinantes consoante estes necessitem– Introduz bloqueio– Solução utilizada em áreas com tráfego

reduzido

N Assinantes

Unidade remota

(concentrador)

K time-slots (K<N)

• As unidades remotas podem funcionar em modo com concentração ou sem concentração

Central local

N Assinantes

N time-slots

Central local

��

• Sem concentração: o número de time-slots disponíveis na trama (K) é igual ao número de assinantes (N)

Unidade remota


Acesso à Internet através da rede telefónica

• O utilizador liga-se ao POP (Point of Presence) da rede telefónica. Este por sua vez, liga-se ao POP dos ISPs através de circuitos alugados ou canais virtuais permanentes estabelecidos através de uma rede ATM

Banda estreita

Acesso usa a rede telefónica para aceder aos ISP (Internet

Service Providers)

Directo – utilizadores empresariais

Indirecto – utilizadores domésticos

Banda larga

Modems na banda

de voz

ADSL; soluções

ópticas (PON)


Acesso de banda larga

• Cada DSLAM interliga várias centenas de modems ADSL à rede IP através de uma rede de banda larga ATM

• Para separar os sinais de banda estreita dos de banda larga, utiliza-se um filtro (splitter) para separar a banda dos 0 a 4 kHz do resto da banda

• O acesso de banda larga baseado no ADSL, inclui na rede de acesso, para além do modem ADSL (cliente), os multiplexadores DSLAM - Digital Subscriber Line Acess Multiplexer – (central local) e a ligação aos ISPs é feita utilizando o ATM


Desagregação do lacete local

• Descreve a obrigação dos operadores históricos da rede fixa alugarem (ou venderem) a sua infra-estrutura de acesso baseada nos pares simétricos a outros operadores

Incentivar a concorrência no sector das telecomunicações

O operador alternativo instala o seu comutador local e o seu DSLAM nas

instalações do operador histórico


Equipamento terminal de assinante (telefone)

• Exemplos de equipamento terminal: – Telefones residenciais, cabines públicas;

• Características gerais do equipamento telefónico:– É alimentado por uma bateria situada na central

local que fornece uma tensão contínua de −48V;– Valores típicos para as correntes que percorrem o

lacete: 20 - 100 mA;– Dispositivo regulador que garante que a corrente

que percorre o microfone é independente do comprimento do lacete do assinante;

– Circuito híbrido: conversão de 4 fios (auscultador + microfone) para 2 fios, porque no lacete do assinante os sinais correspondentes à emissão e recepção viajam no mesmo par de fios.

Auscultador

Microfone

Central local

Gancho

I

Campainha (tensão alternada de 75 V àfrequência de 25 Hz)

Bateria(− 48 V)

Circuito do

telefone

Auscultador

MicrofoneCircuito de equilíbrio,

Ze

Linha telefónica

ZL

Marcador

•A

dapt

ação

de

impe

dânc

ias

•Is

olar

o m

icro

fone

do

ausc

ulta

dor

Híbrido


Equipamento terminal da central local

• Funções de uma central local digital que serve lacetes de assinante analógicos (BORSCHT) – implementadas na interface da linha do assiante (ILA):

– Alimentação da linha (Battery):• Bateria central com uma tensão contínua de −48 V;

– Protecção contra sobretensões (Over-voltage protection):• Originadas, por exemplo, por descargas atmosféricas;

– Toque da campainha (Ringing):• Tensão alternada de 75 V a 25 Hz; on = 2s, off = 4s

– Supervisão (Supervision):• Análise do estado do lacete de assinante, detectando a presença ou ausência do fluxo de corrente

contínua nesse lacete;

– Codificação (Coding):• Conversão A/D e D/A;

– Circuito híbrido (Hybrid):• Responsável pela conversão de 2 para 4 fios e vice-versa;

– Teste (Testing):• Detecção de possíveis falhas e manutenção; testes periódicos ao lacete de assinante.


Circuitos de 2 e 4 fios

• Na rede de acesso usa-se a transmissão a dois fios (razões económicas);

• Para distâncias superiores a 50 km é necessário separar fisicamente as duas direcções de transmissão, porque:

– existe a necessidade de amplificação do sinal e tanto os amplificadores como os regeneradores são dispositivos unidireccionais;

– é mais económico, visto que muitas das chamadas telefónicas de longa distância são multiplexadas no tempo (TDM) e essa técnica requer que os sinais nas duas direcções sejam enviados em time-slots distintos;

– a comutação digital é feita a 4 fios.


Circuitos de 2 e 4 fios (cont.)

• Surge assim a necessidade de um circuito híbrido para a conversão de 2 para 4 fios e vice-versa;

• Características do circuito híbrido:– Teoricamente a atenuação de equilíbrio Bs devia ser infinita. Na prática não se verifica

Amplificador

HíbridoA B

ida

volta

ZeBs

3 dB

3 dB

Parâmetros importantes:• Atenuação total entre os pontos A e B a dois fios: A2 = 6 − G dB (G é o ganho de um dos lados do circuito a 4 fios);• Atenuação do anel: Aa = 2 ( A2 + Bs ) dB.

O híbrido pode comportar-se como um oscilador se:• a atenuação do anel, Aa, apresentar um valor negativo, i.e. se a malha apresentar ganho;• o sinal reflectido depois de uma volta completa na malha estiver em fase com o sinal principal.

Fenómeno “Singing”

Aa > 6 dB

• “Singing”• Ecos

Bs é a parcela de atenuação atribuível à desadaptação de impedâncias da linha ZL e da malha de adaptação Ze.

Margem de estabilidade

Para se evitar esta situação � A2 > 3 - Bs dBRDI �� G = 0


Origem e tipos de ecos

• Origem do eco:– Surge do facto da atenuação de equilíbrio Bs não ser infinita;

• Dois tipos distintos de ecos:– Eco do falante (o locutor ouve uma versão atrasada da sua própria voz);

– Eco do ouvinte (o ouvinte ouve uma versão atrasada da voz do locutor);

Atenuação: Aef = 2A2 + BsAtraso: δTef = 2 ( T2 + T4 )

Atenuação: Aeo = 2 ( A2 + Bs )Atraso: δTeo = 2 T4

Atrasos superiores a 400ms, devem ser evitados

Sofre uma atenuação maior que o eco do falante.

ZeZZeZ

BL

Ls −

+= 10log20


Controlo do eco

• Os efeitos do eco podem ser reduzidos se se aumentar a atenuação do percurso A2:– não funciona para ligações com comprimentos elevados;

• Solução:

– Supressores de eco:• A ideia é interromper um sentido da transmissão logo que um detector de nível de voz constate

a presença de um sinal de voz no outro sentido da transmissão � Ligação half-duplex;• Surgem problemas quando os interlocutores falam ao mesmo tempo e surgem também

problemas na transmissão de dados com esta técnica (pedidos de retransmissão);

– Canceladores de eco:• o cancelador de ecos sintetiza uma réplica do eco a partir do sinal y(t) ;

Filtro adaptativo

−

+ x(t)

r(t)

y(t)

ε(t) ( )tr̂

( )r̂ t


Técnicas de duplexagem

• A comunicação nos dois sentidos é feita utilizando bandas diferentes

Duplexagem por divisão na frequência (DDF)

f1 f2

Banda de guarda

f

Comunicação no sentido descendente

Comunicação no sentido ascendente

• As direcções de transmissão são separadas no domínio do tempo – técnica tanbém conhecida por Time Compressed Multiplexing (TCM)

Duplexagem por divisão no tempo (DDT)

• As direcções de transmissão são separadas usando um cancelador de ecos (associado a um híbrido)

Cancelamento de eco (CE)


Time Compressed Multiplexing

• A ideia subjacente é separar no tempo as direcções de transmissão, i.e. transmissão alternada de blocos de informação num sentido e no outro sobre um único par simétrico;

• O débito binário resultante é maior que o dobro do ritmo binário da sequência;

• rb: ritmo binário da sequência;• ∆t = N / rb;• ∆τ: tempo de propagação na linha;• τg: tempo de guarda.

Desvantagem: rb0 é da ordem dos 400 kbit/s

� Comprimentos máximos de 2 a 3 km

Central local

Assinante

∆t

∆τ τg

( )g

bb

t

rr

ττ +∆∆

−=

21

20

∆τ τg

0b

b

rN

0b

b

rN


Transmissão digital na rede de acesso(sobre pares simétricos)

Acesso em banda base Acesso com modulaçãodigital (passa-banda)

Acesso RDIS, HDSLModems na banda da

voz, ADSL, VDSL

Códigos de linha AMI, 2B1Q

Modulações digitaisQAM, PSK, FSK, DMT

Critério de Nyquist

(zero IIS)( )β+≥ 1

2sR

B ( )β+≥ 1sRB

• β - Factor de excesso de banda• Rs - Débito de símbolo• B - largura de banda do canal de transmissão


Aspectos da transmissão digital na rede de acesso

• Modems:– Transmissão de dados usando modems através das técnicas de modulação [e.g. FSK, PSK

e QAM (para débitos mais elevados)] - 56 kbit/s (ritmo máximo);• Nota: a bidireccionalidade numa ligação a dois fios é atingida usando DDF (débitos < 4.8 kbit/s)

ou o cancelamento de ecos na banda do canal de voz [300 Hz - 3400 Hz]

• DSL (Digital Subscriber Loop)

– Rede Digital com Integração de Serviços (RDIS): 160 kbit/s (acesso básico);– ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Loop): 1.5 - 8 Mbit/s (download), 9.6 - 640 kbit/s

(upload) + canal de voz;– ADSL 2: 5 - 12 Mbit/s (download), 0.8 – 3.5 Mbit/s (upload) + canal de voz;– ADSL 2+: 24 Mbit/s (download), 1 – 3.5 Mbit/s (upload) + canal de voz;– VDSL (Very-high data rate DSL): 13 – 52 Mbit/s (download), 1.5 – 6.4 Mbit/s (upload)

distâncias muito curtas, 300m, a 52 Mbit/s, podendo chegar a 1.5km a 13 Mbit/s – HDSL (High-bit-rate DSL): transmissão simétrica de sinais a 1.544 Mbit/s usando três

cabos de pares simétricos. Cada par simétrico transmite sinais a 784 kbit/s.

Lac

ete

anal

ógic

o do

as

sina

nte

Lac

ete

digi

tal

do a

ssin

ante


Configuração de referência do acesso RDIS

Configuração do acesso básico RDIS

Acesso básico2×64 kbit/s – canais B para comunicação

1×16 kbit/s – canal D para sinalização

Interface U a 2 fios a 160 kbit/s

Acesso primário30×64 kbit/s – canais B para comunicação

1×64 kbit/s – canal D para sinalização

Interface U a 4 fios a 2 Mbit/s

Interface U

• O lacete digital do assinante inclui o par simétrico e os blocos NT1 e LT. A duplexagem normalmente utilizada é o cancelamento de eco e a transmissão é feita em banda base usando a codificação de linha 2B1Q


ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Loop)

• Proporciona a transferência de informação de modo assimétrico• A duplexagem pode ser feita por divisão na frequência (DDF) ou

cancelamento de eco (CE)

DDF-ADSL CE-ADSLSentido ascendente – 640 kbit/sSentido descendente – 6 Mbit/s

Sentido ascendente – 800 kbit/sSentido descendente – 8 Mbit/s

• A diafonia (crosstalk) pode ser um factor limitativo principalmente em CE-ADSL• A atenuação do par simétrico é um factor que condiciona grandemente o alcance

dos sistemas ADSL


ADSL (2)

Débito binário (Mbit/s) Distância (km)

ADSL 1.5 5.4ADSL 2.0 4.8ADSL 6.0 3.6ADSL2 9.0 2.7ADSL2 13.0 1.4

ADSL2+ 26.0 0.9VDSL 52.0 0.3

Maiores débitos binários

Menor alcance dos sistemas ADSL

Central local(ATU-C)

Assinante(ATU-R)


DMT (Discrete Multitone)

• Divide a banda de frequências de 0 kHz até 1.1 MHz em 256 canais de 4.3125 kHz

Cada canal tem 4.3 kHz

Telefone analógico

1.1 MHz

Download(222 canais)

Upload(24 canais)

138 kHz25 kHz

DDF-ADSL

Cada canal tem 4.3 kHz

Telefone analógico

1.1 MHz

Download(248 canais)

Upload(24 canais)

25 kHz

CE-ADSL

• A largura de banda reduzida de cada sub-canal é suficientemente reduzida para que a atenuação e a distorção do sinal sejam mínimas dentro de cada sub-canal


DMT (2)

• A sequência digital com o débito binário Db é convertida em blocos constituídos por bbits que são armazenados numa memória

• Os bits são divididos entre N sub-canais, sendo o número de bits alocados a cada canal dependente da relação sinal-ruído (SNR) do próprio sub-canal

• Os bits alocados a cada sub-canal vão modular uma portadora usando QAM

• 1ª fase do processo de modulação consiste em definir a dimensão da constelação QAM apropriada a cada sub-canal• Processo de inicialização que testa a SNR de cada sub-canal• De acordo com a SNR de cada canal, o modem ADSL adapta automaticamente a dimensão da constelção QAM a ser usada em cada sub-canal de modo a cumprir com o débito binário de transmissão requerido

32-QAM16-QAM

Canal com pior SNR


VDSL (Very high-data rate DSL)

• Extensão do ADSL que permite aumentar os débitos binários, mas que reduz o comprimento da linha para distâncias máximas de 1.5 km

• Pode ser simétrico ou assimétrico

Débito descendente/ascendente

(Mbit/s)Alcance (km)

25.0 0.313.0 1.06.5 1.5

SimétricoDébito descendente

(Mbit/s)Débito ascendente

(Mbit/s)Alcance (km)

54.0 6.4 0.326.0 3.2 1.013.0 1.6 1.5

Assimétrico

Utiliza a técnica deduplexagem DDF


VDSL (2)

• Não é uma tecnologia de acesso autónomo• Geralmente aparece associada a soluções FTTC (Fiber to the curb) ou FTTB (Fiber to

the building) para VDSL de curto-alcance (≤ 0.3 km) e FTTCab (Fiber to the cabinet) para VDSL de longo alcance (≤ 1.5 km)

ONU – Optical Network Unit – reverte o processo da OLT e envia os sinais desmultiplexadospara diferentes modems VDSL

A bidireccionalidade no domínio óptico é obtida usando

duplexagem por divisão no comprimento de onda

OLT – Optical Line Termination – os sinais destinados a todos os utilizadores são agregadosusando multiplexagem e convertidos para o domínio óptico


Soluções ópticas para a rede de acesso

• Ligação ponto-a-ponto– tem-se uma fibra dedicada para interligar cada ONU – topologia física em estrela

• Rede óptica passiva - PON (Passive Optical Network)– a fibra óptica é partilhada por vários utilizadores usando um repartidor de potência– meio partilhado entre múltiplas ONUs que utiliza protocolos para evitar colisões– topologia física em árvore

Para garantir a bidireccionalidade das comunicações utilizam-se em ambas as ligações,duplexagem por divisão no comprimento de onda

APON (ATM-PON)

GPONGigabit-

PON

EPONEthernet

PON


Soluções ópticas para a rede de acesso (2)

��

ADSL (< 6 km)< 8 Mbit/s

Assinantes

Central local

OLT

Rede óptica passiva (PON)

+

ONU

ONU

ONU

Fibras ópticas

Pares simétricos

RO – Repartidor ópticoOLT – Terminação da linha ópticaONU – Unidade óptica de redeNT – Unidade de terminação de redeONT – Unidade óptica de terminação de rede

NT

NT

ONT

NT

ADSL / VDSL (< 1 km)< 26 Mbit/s

VDSL (< 0.3 km)< 52 Mbit/s

Descendente: 622 Mbit/sAscendente: 155 Mbit/s

RO

FTTCab FTTB FTTHFTTEx


Soluções ópticas para a rede de acesso (3)

• Rede em anel– Interliga as diferentes ONUs à OLT usando uma topologia física em anel– Esta tecnologia é implementada usando SDH

��

Assinantes

Central local

OLT

Lacete de assinante

+ UR

ONU

ADM

ADM

ADM

ADM ONU

ONU

Anel SDH

Fibra óptica de serviço

Fibra óptica de protecção

Fibras ópticas

Pares simétricos

ADM – Multiplexador de inserção-extracçãoUR – Unidade remotaNT – Unidade de terminação de rede

NT

NT

NT

Documents

Rede Telefónica Pública Comutada - Estrutura geral: rede ...cadeiras.iscte-iul.pt/STG/Acetatos/Acetatos3.pdf · dos lados do circuito a 4 fios); • Atenuação do anel: A a = 2