ADSL
Cosa significano xDSL e ADSL
Il termine DSL o xDSL significa Digital Subscriber Line (Linea digitale dell'abbonato) e raggruppa l'insieme delle tecnologie messe in opera per un trasporto digitale dell'informazione su una semplice linea telefonica. Le tecnologie xDSL sono divise in due grandi gruppi, quello che utilizza una trasmissione simmetrica e quello che utilizza una trasmissione asimmetrica. Questi due gruppi saranno descritti in seguito.
Il termine ADSL significa Asymmetric Digital Subscriber Line. Questo sistema permette di far coesistere su una stessa linea un canale discendente (downstream) di alta capacità di banda, un canale montante (upstream) di media capacità di banda nonché un canale di telefonia (detto POTS in telecomunicazione che significa: Plain Old Telephone Service).
L'utilità delle tecnologie xDSL e ADSL
Il rapido sviluppo delle tecnologie dell'informazione ha fatto nascere dei nuovi servizi golosi in termini di capacità di trasmissione. L'accesso rapido ad internet, la videoconferenza, l'interconnessione delle reti, il telelavoro, la distribuzione di programmi TV, ecc. fanno parte di questi nuovi servizi multimediali che l'utente desidera ottenere a casa o in ufficio.
Fino ad ora i servizi ad alta capacità di banda esistenti (cavo coassiale, fibra ottica) non erano propriamente adatti ai bisogni reali (cablaggio troppo costoso da sostituire con la fibra ottica o connessione poco stabile in cavo coassiale). L'idea di utilizzare la coppia incrociata sembra la migliore dato che nel mondo più di 800 milioni di connessioni di questo tipo sono già in essere e che basta aggiungere un'apparecchiatura alla centrale telefonica nonché una piccola installazione presso l'utente per poter accedere all'ADSL.
Caratteristiche delle tecnologie ADSL
Il termine DSL xDSL può suddividersi in diversi gruppi: HDSL, SDSL, ADSL, RADSL, VDSL. A ciascuno di questi gruppi corrisponde un utilizzo e delle caratteristiche particolari. Le differenze tra queste tecnologia si diversificano per: la velocità di trasmissione, la distanza massima di trasmissione, la variazione della capacità di debito tra i flussi montanti e i flussi discendenti, il carattere simmetrico o meno del collegamento.
La connessione point to point è effettuata attraverso una linea telefonica fra due apparecchiature, da un lato l'NT (Network Termination) installato presso l'utente e dall'altro l'LT (Line Termination) installato nel centro di raccordo.
Le soluzioni simmetriche
La connessione si effettua attraverso delle coppie incrociate con una capacità di banda identica nei flussi montanti come in quelli discendenti.
HDSL
HDSL (High bit rate DSL) è la prima tecnica nata dal DSL e ha visto la luce all'inizio degli anni 90. Questa tecnica consiste nel dividere il tronco digitale della rete, T1, in America e E1 in Europa su 2 coppie di fili per T1 e 3 coppie di fili per E1.
Con questa tecnica è possibile raggiungere una capacità di banda di 2Mbps nei due sensi su tre coppie incrociate e 1,5 Mbps nei 2 sensi su due coppie incrociate. È possibile che la capacità della banda, se è di 2 Mbps, possa cadere a 384 kbps ad esempio in funzione della qualità della linea e della distanza della linea sull'ultimo chilometro (tra 3 e 7 km secondo il diametro del filo, rispettivamente 0.4mm e 0.8mm).
La connessione può essere permanente ma non vi sono canali di telefonia disponibili durante una connessione HDSL. Il problema effettivo di questa tecnologia è che la sua standardizzazione non è ancora perfetta.
SDSL
SDSL (Single pair DSL, o symmetric DSL) è il precursore dell'HDSL2 (questa tecnologia derivata dall'HDSL dovrebbe offrire le stesse performance di quest'ultima ma su una sola coppia incrociata). Questa tecnica è concepita per una distanza più corta che l'HDSL (vedi la tabella qui sotto). La tecnica SDSL sarà sicuramente destinata a scomparire a profitto dell'HDSL2:
| Downstream : [Kbit/s] | Upstream : [Kbit/s] | Distanza : [km] |
|---|---|---|
| 128 | 128 | 7 |
| 256 | 256 | 6.5 |
| 384 | 384 | 4.5 |
| 768 | 768 | 4 |
| 1024 | 1024 | 3.5 |
| 2048 | 2048 | 3 |
Distanze e capacità di banda di un collegamento SDSL
Le soluzioni asimmetriche
Studiando differenti casi, ci si è accorti che era possibile trasmettere i dati più rapidamente di una centrale verso un utente ma che quando l'utente invia delle informazioni verso la centrale, queste sono più sensibili ai rumori causati dalle perturbazioni elettromagnetiche (più ci si avvicina alla centrale, più la concentrazione di cavi aumenta e questi ultimi generano più diafonia). L'idea è quindi di utilizzare un sistema asimmetrico, imponendo una capacità di banda più bassa dell'abbonato verso la centrale.
ADSL
ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line), come l'HDSL, esiste da una dozzina di anni ed è stata inizialmente sviluppata per ricevere la televisione attraverso la rete telefonica classica. Ma lo sviluppo di internet ha trovato un'altra funzione per questa tecnologia: quella di poter navigare rapidamente sulla rete senza occupare una linea telefonica.
ADSL è oggi anche una delle sole tecnologie disponibili sul mercato capace di offrire il trasporto della TV/video sotto forma digitale (MPEG1 o MPEG2) utilizzando un raccordo telefonico. L'ADSL permette soprattutto il trasporto di dati TCP/IP, ATM e X.25. Lo standard ADSL è stato finalizzato nel 1995 e prevede:
Un canale telefonico con raccordo analogico o ISDN;
Un canale montante con una capacità massima di 800 kbit/s;
Un canale discendente con un debito massimo di 8192 kbit/s.
Come per tutte le tecnologie DSL, la distanza dell'ultimo loop tra la centrale e l'utente non deve superare alcune scale per garantire una buona capacità di banda dei dati (vedi tabella):
| Downstream : [Kbit/s] | Upstream : [Kbit/s] | diametro del filo : [Mm] | Distanza : [km] |
|---|---|---|---|
| 2048 | 160 | 0.4 | 3.6 |
| 2048 | 160 | 0.5 | 4.9 |
| 4096 | 384 | 0.4 | 3.3 |
| 4096 | 384 | 0.5 | 4.3 |
| 6144 | 640 | 0.4 | 3.0 |
| 6144 | 640 | 0.5 | 4.0 |
| 8192 | 800 | 0.4 | 2.4 |
| 8192 | 800 | 0.5 | 3.3 |
Capacità di banda in funzione della distanza e del diametro del cavo
Per la trasmissione dei dati, i produttori di apparecchiature ADSL hanno utilizzato due tecniche:
CAP (Carrierless Amplitude and Phase Modulation) che è una variante della tecnologia QAM (Quadratique Amplitude Modulation). Molto utilizzata all'inizio dell'era ADSL, questo tipo di modulazione non è mai stata correttamente normalizzata e, per questo motivo, non vi interoperabilità possibile fra apparecchiature di produttori differenti;
DMT (Discret Multi Tone) è una tecnica di modulazione più recente. Il suo principio si basa sull'uso di un gran numero di sub-portanti ripartite sulla banda di frequenza utilizzata dal sistema (vedi sotto "Tecniche di modulazione ADSL").
Questo schema rappresenta i diversi blocchi funzionali che compongono una connessione ADSL:
La separazione tra le 2 categorie di servizi è fatta sulla rete e presso il client attraverso lo splitter (vedi capitolo 4.2). Alla fine del 1998, l'UIT (Unione Internazionale delle Telecomunicazioni) ha normalizzato un nuovo standard: l'ADSL-Lite, che è in definitiva una versione alleggerita dell'ADSL. L'ADSL-Lite ha una capacità di banda più bassa rispetto al suo predecessore (intorno agli 1,5 Mbit/s) e non ha bisogno dello splitter.
RADSL
La tecnica RADSL (Rate Adaptive DSL) è basata sull'ADSL. La velocità di trasmissione è fissata in modo automatico e dinamico ricercando la velocità massima possibile sulla linea di raccordo e riadattandola in permanenza e senza interruzioni.
RADSL permetterebbe delle capacità di banda ascendenti da 128kbps a 1Mbps e delle capacità di banda discendenti da 600kbps a 7Mbps, per una lunghezza massima dell'ultimo loop di 5,4 km. Il RADSL utilizza la modulazione DMT (come la maggior parte delle volte per l'ADSL). L'ANSI si sta occupando della normalizzazione del RADSL.
VDSL
VDSL (Very High Bit Rate DSL) è la più rapida delle tecnologie DSL ed è basata sull'RADSL. Essa è capace di supportare, su una semplice coppia incrociata, delle capacità di banda da 13 a 55.2 Mbps in downstream e da 1,5 a 6 Mbps in upstream o, se si desidera farne una connessione simmetrica di una capacità di banda di 34Mbps nei due sensi. Si noti così che la VDSL è utilizzabile in connessione asimmetrica quanto simmetrica.
VDSL è stata principalmente sviluppata per il trasporto dell'ATM (Asynchronous Transfer Mode) ad alta capacità di banda su una distanza corta (fino a 1,5 km). Lo standard è in corso di normalizzazione. Le modulazioni QAM, CAP, DMT, DWMT (Discrete Wavelet MultiTone) e SLC (Simple Line Code) sono in fase di studio.
Per il trasporto dei dati, l'apparecchiatura VDSL è collegata alla centrale di raccordo mediante fibra ottica che forma dei loop SDH a 155 Mbps, 622 Mbps o 2,5 Gbps. Il trasporto della voce tra l'apparecchiatura VDSL e la centrale di raccordo può' ugualmente essere assicurata da linee in rame.
Come far convivere una rete analogica e ADSL su una stessa linea
Descrizione di un cavo in rame
La coppia incrociata è costituita da due conduttori di rame di un diametro compreso fra 0,4 mm e 0,8 mm (raramente 1 mm). I conduttori sono isolati e incrociati così da diminuire la diafonia. La maggior parte delle volte le coppie incrociate sono raggruppate a quattro in un cavo protetto da una copertura in plastica. I cavi utilizzati sulla rete telefonica prevedono da 2 a 2.400 coppie e non sono blindati:
I servizi telefonici tradizionali necessitano di una larghezza di banda di 3,1 kHz (la banda compresa tra 300 Hz e 3400 Hz), ora i cavi che collegano le centrali telefoniche agli utenti hanno tutti una banda superiore, nell'ordine di alcune centinaia di kHz. È su questa rete di accesso cablata che si sono sviluppate le tecniche xDSL.
Ad alte frequenze i problemi legati alla distanza sono più complicati (indebolimento, diafonia, distorsione di fase). Alle basse frequenze, sono invece le difficoltà legate ai rumori impulsionali che dominano senza troppa difficoltà fino a 1 Mhz. Oltre questo livello, il loro utilizzo diventa delicato e si ha bisogno di sistemi di trasmissione con performance elevate.
I limiti della rete analogica
La massima capacità di banda possibile sulla rete analogica è di 33.600 bit/s in upstream e 56.000 (teorica) in downstream. È chiara l'utilità di una tecnologia che va oltre la banda di 3,1 kHz. L'utilizzo di un raccordo ISDN richiama quindi la tecnologia xDSL dato che questa copre uno spettro di frequenza fino q 80 kHz. Come spiegato nel capitolo 2.3.1, la tecnica di modulazione CAP è stata abbandonata per la tecnica DMT scelta per lo standard ANSI T1.413- 1995.
DMT (Discrete Multi Tone) è una forma di modulazione multiportante. Per la sua applicazione all'ADSL, lo spettro di frequenza compreso fra 0 Hz e 1,104 MHz è diviso in 256 sottocanali distinti distanziati da 4,3125 kHz. I sottocanali inferiori sono generalmente riservati ai POTS, invece i sottocanali da 1 a 6 (fino a 25,875 kHz) sono di solito inutilizzati e lasciati alla telefonia analogica.
Secondo T1.413, solo i sottocanali da 1 a 31 possono essere utilizzati per la capacità di banda in upstream. Le bande upstream e downstream sono separate, sia da EC (Echo Cancelling), che permette di utilizzare i sottocanali inferiori (da 1 a 31) per il downstream e l'upstream, sia da FDM (Frequency Division Multiplexing), che è la più utilizzata data la sua semplicità e il suo costo contenuto, che separa i sottocanali upstream/downstream con un filtro passivo.
Ripartizione dei canali DMT su POTS con EC
I sottocanali da 1 a 6 sono utilizzati per la telefonia, i sottocanali da 7 a 31 per i flussi montanti, il sottocanale 32 è riservato, i sottocanali da 33 a 256 sono utilizzati per i flussi discendenti. Da notare che i sottocanali da 16 a 64 sono utilizzati per il trasporto di un segnale pilota e che i canali da 250 a 256 sono utilizzabili solamente su linee di raccordo di lunghezza ridotta. Oltre 1 MHz, le perturbazioni sono troppo importanti per permettere un flusso stabile:
In questo caso, DMT utilizza la tecnica dell'annullamento dell'eco su questi sottocanali da cui risulta un flusso in duplex per i sottocanali da 7 a 31. Se DMT avesse applicato FDM, solamente i sottocanali superiori (da 33 a 256) sarebbero utilizzati per il downstream.
Ripartizione dei canali DMT su ISDN con FDM
Come abbiamo visto precedentemente, ISDN utilizza la banda passante inferiore fino a 80 kHz (per ISDN con 2B1Q - 2 Binary 1 Quaternary; codifica di 2 elementi binari in un momento di modulazione quaternaria). Per permettere l'utilizzo simultaneo dell'ISDN e dell'ADSL sulla stessa linea telefonica, si tengono liberi i sottocanali da 1 a 28:
Per la banda upstream si usano i canali inferiori dato che le apparecchiature degli utenti hanno una potenza di emissione minore rispetto a quelle installate nella centrale quindi, emettendo a frequenze inferiori, il segnale subirà una debole attenuazione.
Per la banda downstream si usano i canali superiori dato che le apparecchiature poste nella centrale sono fortemente disturbate dalle apparecchiature di trasmissione a frequenze elevate quindi è sembrato più efficace emettere su canali superiori cosi' da usufruire di un migliore rapporto segnale/rumore.
Apparecchiature ADSL
Il DSLAM
Il DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer) è un'apparecchiatura solitamente installata nelle centrali telefoniche che assicura la multiplazione dei flussi ATM verso la rete di trasporto.
Questo elemento non ospita solamente delle schede ADSL ma può anche accogliere diversi servizi DSL come l'SDSL o l'HDSL inserendo le schede di multiplazione corrispondenti. Ogni scheda supporta più modem ADSL. Gli elementi raggruppati nei DSLAM sono detti ATU-C (ADSL Transceiver Unit, Central office end).
In effetti tutti i servizi disponibili sulla rete (Internet, LAN-MAN WAN, teleshopping, Video MPEG) arrivano tramite broadband verso una stazione DSLAM per essere in seguito ridistribuiti agli utenti. La manutenzione e la configurazione del DSLAM e delle apparecchiature ADSL si effettua da remoto.
I modem e i router ADSL
Abbiamo visto nel capitolo precedente come i dati sono rinviati all'utente. Ma ora bisogna che questo possa decodificare i dati, e questo è compito del modem, chiamato ATU-R (ADSL Transceiver Unit, Remote terminal end). Attualmente esistono tre tipi di modem secondo i bisogni dell'utente:
Con interfaccia 10/100 baseT, per i PC dotati di scheda Ethernet;
ATMD 25 per i pc dotati di scheda ATM o per ridistribuire l'ADSL su una rete ATM;
Con interfaccia USB, per i PC dotati di interfaccia USB.
Se l'utente desidera ridistribuire l'ADSL sulla propria rete informatica, si preferirà l'utilizzo di un router con interfaccia ADSL.
Lo splitter e il microfiltro
Lo splitter è sempre installato nella centrale telefonica, come avvallo al DSLAM e allo switch audio. In seguito, se l'utente ha una connessione ISDN, dovrà installare uno splitter fra il suo modem e il proprio NT ISDN. Se l'utente ha una connessione analogica tradizionale, non ha bisogno di installare lo splitter, ma basterà un microfiltro prima di ogni apparecchio telefonico.
Ruolo dello splitter: lo splitter è un filtro che separa la banda passante riservata al servizio telefonico da quella utilizzata per la trasmissione ADSL. Assicura uno sdoppiamento sufficiente per evitare che i segnali emessi su una delle bande di frequenza non vada a disturbare il funzionamento dell'altra. Si noti che l'installazione dello splitter è obbligatoria per avere un ADSL con una connessione ISDN:
Ruolo del microfiltro: il microfiltro è un filtro installato sulle connessioni analogiche. Non serve quindi installare uno splitter. Grazie allo standard di diffusione digitale per la rete hertziana terrestre, DVB-T (Digital Video Broadcasting), è possibile ricevere la TV digitale in formato MPEG su un decoder collegato alla televisione.
Foto: © Pixabay.
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