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Redes de Acceso de Banda Ancha Arquitectura, Prestaciones, Servicios y Evolución

Julio Berrocal Enrique Vázquez

Francisco González Manuel Álvarez-Campana

Joan Vinyes Germán Madinabeitia

Víctor García

2003

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CONTENIDO Contenido ............................................................................................................................. iii Índice de figuras ....................................................................................................................v Índice de tablas .....................................................................................................................ix Prólogo de los autores..........................................................................................................xi 1 Introducción ..................................................................................................................1 2 Tecnologías de acceso ..................................................................................................5

2.1 Bucle digital de abonado (xDSL) .......................................................................5 2.2 Redes híbridas de fibra y cable (HFC) ............................................................37 2.3 Fibra óptica (FTTX) ............................................................................................65 2.4 Bucle inalámbrico (LMDS)................................................................................78 2.5 Redes de acceso por satélite..............................................................................94 2.6 Televisión digital terrestre (TDT) ..................................................................116 2.7 Redes locales inalámbricas (WLAN).............................................................149 2.8 Comunicaciones móviles de 3ª Generación (UMTS)...................................168 2.9 Comunicaciones por línea eléctrica (PLC)....................................................190 2.10 Ethernet en la primera milla (EFM)...............................................................206

3 Comparación de tecnologías de acceso .................................................................221 3.1 Redes de acceso con último salto inalámbrico.............................................222 3.2 Redes de acceso cableadas ..............................................................................226 3.3 Adecuación a los servicios ..............................................................................230 3.4 Capacidad de crecimiento...............................................................................231 3.5 Selección de tecnologías ..................................................................................235

4 Aplicación de las tecnologías de acceso ................................................................239 4.1 Escenarios genéricos ........................................................................................239 4.2 Caso práctico.....................................................................................................244 4.3 Evolución a medio plazo.................................................................................246

- Redes de acceso de banda ancha -

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4.4 Evolución a largo plazo .................................................................................. 247 4.5 Resumen............................................................................................................ 248

5 Fomento de la competencia .................................................................................... 251 5.1 Situación en España......................................................................................... 252 5.2 Situación en Europa ........................................................................................ 253 5.3 Situación en Estados Unidos.......................................................................... 254 5.4 Situación en Asia.............................................................................................. 255 5.5 Resumen............................................................................................................ 256

6 Conclusiones ............................................................................................................. 259 Glosario .............................................................................................................................. 261 Referencias ......................................................................................................................... 265

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ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. Anchos de banda y caudales de xDSL ...............................................................5 Figura 2. Evolución de transmisión módem banda vocal y xDSL .................................6 Figura 3. Alcances de ADSL...............................................................................................11 Figura 4. Ejemplo de bucles de prueba para ADSL........................................................12 Figura 5. Paradiafonía y Telediafonía...............................................................................13 Figura 6. Alcances de VDSL...............................................................................................15 Figura 7. Configuración HDSL en “banco de módems”................................................17 Figura 8. Configuración HDSL con transmisión SDH integrada .................................17 Figura 9. Acceso ADSL .......................................................................................................18 Figura 10. Modelo de referencia de acceso a Internet vía ADSL ..................................19 Figura 11. Cuotas de mercado de DSLAM ......................................................................22 Figura 12. Cuotas de mercado de equipos de abonado .................................................22 Figura 13. Esquema de referencia para vídeo sobre ADSL ...........................................26 Figura 14. Conexión entre central y casa del abonado...................................................27 Figura 15. Desagregación de bucle completa ..................................................................30 Figura 16. Desagregación de bucle por compartición de espectro ...............................31 Figura 17. Desagregación de bucle a nivel de caudal digital ........................................32 Figura 18. Modularidades de un DSLAM........................................................................33 Figura 19. Diagrama de referencia de una red de CATV coaxial .................................38 Figura 20. Esquema de principio de una red HFC .........................................................41 Figura 21. Red HFC bidireccional .....................................................................................42 Figura 22. Cabecera de HFC para distribución de TV analógica..................................43 Figura 23. Cabecera con distribución digital y analógica ..............................................45 Figura 24. Cabecera HFC para todos los servicios, telefonía TDM ..............................46 Figura 25. Cabecera HFC para todos los servicios, telefonía sobre IP .........................47 Figura 26. Red troncal a dos niveles, transmisión hacia el usuario..............................48


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Figura 27. Implementación de canal ascendente en red troncal: aproximación 1 ..... 49 Figura 28. Implementación de canal ascendente en red troncal: aproximación 2 ..... 50 Figura 29. Red troncal utilizando DWDM....................................................................... 51 Figura 30. Esquema simplificado de extensor de línea coaxial .................................... 52 Figura 31. Módem de cable................................................................................................ 53 Figura 32. Arquitectura abierta de DOCSIS 2.0 .............................................................. 63 Figura 33. Escalabilidad de una red HFC........................................................................ 64 Figura 34. Tecnología FTTX............................................................................................... 65 Figura 35. Redes ópticas metropolitanas ......................................................................... 66 Figura 36. Tecnologías de fibra directa en empresa ....................................................... 67 Figura 37. Servicios transparentes en la última milla .................................................... 68 Figura 38. Fibra hasta la acera ........................................................................................... 69 Figura 39. a) Fibra hasta el edificio/acera b) Fibra hasta la oficina ............................. 69 Figura 40. Enlaces de fibra óptica con repetidores ......................................................... 69 Figura 41. Fibra hasta el edificio o acera.......................................................................... 70 Figura 42. Aplicaciones punto a punto sobre fibra oscura............................................ 70 Figura 43. Configuración de un sistema B-PON............................................................. 71 Figura 44. Funcionamiento de sistemas de recepción FTTH/FTTC............................ 72 Figura 45. Estructura de una red punto a multipunto................................................... 79 Figura 46. Ejemplo de cobertura LMDS sobre la ciudad de Oviedo ........................... 80 Figura 47. Ejemplos de equipos LMDS............................................................................ 83 Figura 48. Valores de R según ITU-R P.837-3 ................................................................. 93 Figura 49. Red satélite ........................................................................................................ 94 Figura 50. Ejemplo de cobertura del satélite Hispasat/1C, haz europeo.................... 96 Figura 51. Constelación de satélites de baja órbita (LEO) ............................................. 97 Figura 52. Comparación de zonas de cobertura ............................................................. 98 Figura 53. Red satélite híbrida........................................................................................... 99 Figura 54. Ejemplo de sistema DVB-RCS ...................................................................... 100 Figura 55. Usos de satélites GEO y LEO en 1998.......................................................... 104 Figura 56. Constelación Iridium, con 11 planos de 6 satélites cada uno ................... 105 Figura 57. ESAX World Satellite Transponder Index .................................................. 109 Figura 58. Estructura de los datos en TV digital........................................................... 118

- Índice de figuras -

vii

Figura 59. Tablas PAT y PMT ..........................................................................................122 Figura 60. Diagrama de referencia: distribución de TDT ............................................131 Figura 61. Red de distribución primaria con adaptación para SFN...........................132 Figura 62. Modelo de referencia de interactividad terrestre .......................................134 Figura 63. Las WLANs y otras redes inalámbricas.......................................................150 Figura 64. Estructura de red para acceso WLAN en hot spots .....................................151 Figura 65. WLAN de un operador de móviles ..............................................................152 Figura 66. Arquitectura de protocolos de HiperLAN2 ................................................156 Figura 67. Hiperaccess e Hiperlink .................................................................................157 Figura 68. Ejemplo de equipos WLAN...........................................................................157 Figura 69. Caudal y paquetes con error (PER) de HiperLAN2...................................161 Figura 70. Bandas de frecuencia para WLAN ...............................................................166 Figura 71. Ámbito de los sistemas de comunicaciones móviles 3G ...........................168 Figura 72. Evolución de sistemas móviles celulares.....................................................170 Figura 73. Arquitectura general de una red UMTS ......................................................171 Figura 74. Asignación de espectro para sistemas UMTS .............................................172 Figura 75. Modos de operación de la interfaz radio UMTS ........................................173 Figura 76. Distribución del espectro en Europa para operación FDD/TDD ............174 Figura 77. Estructura celular jerárquica para el despliegue de UMTS ......................175 Figura 78. Arquitectura de la red de acceso radio terrestre (UTRAN) ......................175 Figura 79. Topologías de red de acceso UMTS .............................................................177 Figura 80. Ejemplo de topología de red de acceso UMTS ...........................................178 Figura 81. Normalización de sistemas 3G......................................................................179 Figura 82. Calendario de normalización de Releases UMTS ........................................180 Figura 83. Mapa de servicios de UMTS (Release 5) .......................................................185 Figura 84. Tasas de bit requeridas por los principales códecs de vídeo....................185 Figura 85. Niveles de radiación de sistemas de telefonía móvil.................................189 Figura 86. Modelo de referencia de la red de distribución eléctrica ..........................191 Figura 87. Características de los segmentos de baja tensión y red doméstica ..........195 Figura 88. Función de transferencia de un segmento de baja tensión .......................196 Figura 89. Asignación del espectro en PLC ...................................................................197 Figura 90. Proceso de regulación de PLC en Europa ...................................................199


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Figura 91. Escenario de penetración baja de PLC......................................................... 203 Figura 92. Escenario de penetración media de PLC..................................................... 203 Figura 93. Escenario de penetración alta de PLC ......................................................... 204 Figura 94. Ejemplo de distribución de energía en una ciudad (Holanda) ................ 204 Figura 95. Detalle de un segmento de media tensión (Holanda) ............................... 205 Figura 96. Modelo de referencia Ethernet extremo a extremo.................................... 206 Figura 97. Variantes de EFM ........................................................................................... 210 Figura 98. Diagrama de bloques de un nodo de acceso EFM ..................................... 211 Figura 99. Nodo construido apilando conmutadores.................................................. 212 Figura 100. Nodo con dos niveles de conmutación...................................................... 212 Figura 101. Ingresos por el servicio de Gigabit Ethernet en Europa Occidental ..... 214 Figura 102. Escenarios de despliegue de EFM.............................................................. 218 Figura 103. Modelo de la red de acceso ......................................................................... 222 Figura 104. Redes de acceso inalámbricas ..................................................................... 223 Figura 105. Redes de acceso cableadas........................................................................... 226 Figura 106. Cobertura y velocidad de tecnologías de acceso...................................... 229 Figura 107. Previsiones de evolución de tecnologías de acceso ................................. 230 Figura 108. Capacidad de crecimiento de tecnologías inalámbricas ......................... 234 Figura 109. Planta de cobre. Área de servicio ............................................................... 240 Figura 110. Escenario típico de despliegue actual........................................................ 241 Figura 111. Esquema de referencia de HFC .................................................................. 242

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ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1. Características de HDSL ........................................................................................7 Tabla 2. Características de SHDSL ......................................................................................9 Tabla 3. Características de VDSL.......................................................................................16 Tabla 4. Suministradores de DSLAM ...............................................................................34 Tabla 5. Velocidad vs. ancho de banda, canal ascendente.............................................54 Tabla 6. Versiones de DOCSIS...........................................................................................61 Tabla 7: Capacidades máximas de IEEE 802.16...............................................................85 Tabla 8. Bandas de frecuencia para satélites....................................................................95 Tabla 9. Selección de estándares DVB ............................................................................102 Tabla 10. Documentos del IETF relativos al uso de TCP sobre enlaces satélite .......103 Tabla 11. Redes LEO en funcionamiento .......................................................................105 Tabla 12. Redes satélite de nueva generación ...............................................................106 Tabla 13. Ejemplo de prestaciones en un sistema DVB-RCS.......................................109 Tabla 14. Duración de los intervalos de guarda en TDT..............................................126 Tabla 15. Tasa neta de información de la TDT ..............................................................127 Tabla 16. Situación de la TDT en Europa (2002) ...........................................................140 Tabla 17. Principales estándares de WLAN...................................................................149 Tabla 18. Prestaciones de WLANs ..................................................................................160 Tabla 19. Objetivos de servicio UMTS............................................................................169 Tabla 20. Series de especificaciones UMTS/3GPP........................................................180 Tabla 21. Capacidad y alcance típicos de UMTS...........................................................182 Tabla 22. Atributos de calidad de servicio.....................................................................184 Tabla 23. Limites de radiación de sistemas móviles celulares en Europa .................188 Tabla 24. Velocidades y alcances de los tipos de EFM.................................................215 Tabla 25. Tecnologías de acceso de banda ancha..........................................................221 Tabla 26. Adecuación de tecnologías de acceso a los servicios...................................230


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Tabla 27. Distribución porcentual de ingresos por operaciones ................................ 252 Tabla 28. Distribución porcentual de clientes de acceso directo ................................ 252 Tabla 29. Distribución porcentual de ingresos por servicios de Internet.................. 253 Tabla 30. Penetración de la banda ancha en Asia......................................................... 255 Tabla 31. Penetración de banda ancha y PIB en Asia................................................... 255

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PRÓLOGO DE LOS AUTORES

Las redes de acceso constituyen un elemento clave de la cadena de valor de la industria de telecomunicaciones, tanto por su influencia sobre la oferta y calidad de los servicios, como por la importancia que adquieren en los mercados liberalizados. En particular, las redes de acceso de banda ancha juegan un papel destacado en el desarrollo de los nuevos servicios de la Sociedad de la Información. Aunque no es el único condicionante, la red de acceso resulta determinante en la oferta y calidad de los nuevos servicios, pudiendo servir de instrumento catalizador o inhibidor del proceso global, en función de sus prestaciones.

Durante los últimos años se han producido avances significativos en la oferta de servicios de acceso a Internet, destacando la tarifa plana, el rápido despliegue de ADSL y el aumento de la oferta, mediante las redes desplegadas por los operadores de cable y de bucle inalámbrico. Los servicios de televisión también han evolucionado considerablemente, con los avances de la televisión por cable, la televisión digital y el desarrollo de los servicios de pago por visión. Son precisamente estos dos servicios, acceso a Internet y televisión, junto con la telefonía y los juegos en red, los que imponen los requisitos más exigentes a las redes de acceso de banda ancha.

Esta publicación presenta un riguroso análisis de diez tecnologías de red de acceso de banda ancha, incluyendo tanto las inalámbricas como las que emplean cable. El estudio aborda tecnologías consolidadas, como HFC, LMDS y ADSL, pero también se analizan otras, como Ethernet sobre par telefónico o fibra óptica, que pueden constituir la base de las futuras redes de acceso. Se ha realizado un esfuerzo de estructuración y síntesis de la información disponible sobre cada tecnología, con el doble objetivo de facilitar su lectura individual y de comparar sus características.

El libro puede leerse completo o accediendo directamente a determinados capítulos, en función de las necesidades del lector. Cada una de las secciones del capítulo 2 revisa una tecnología de acceso y puede leerse de manera independiente del resto del libro. Para obtener una visión amplia y comparada de la oferta tecnológica disponible, se recomienda el capítulo 3; en caso de que el lector precise más detalles o aclaración de algún punto siempre puede acudir al capítulo 2. Los lectores interesados en un análisis comparativo de cierta profundidad entre ADSL y HFC deben leer los capítulos 4 y 5, donde se estudian, por un lado, las posibilidades de estas dos tecnologías para abordar el despliegue de redes de acceso multiservicio sobre varios escenarios típicos; y por otro, el grado de competencia en que se encuentran los mercados internacionales analizados.

Antes de cerrar este prólogo, queremos dejar constancia de nuestro agradecimiento a las numerosas personas que han contribuido a mejorar esta obra.

A Roberto Paraja, Melquíades Fernández y Jesús Pérez, de Telecable de Asturias,


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por la confianza depositada en los autores para elaborar una versión preliminar del estudio. Sus comentarios críticos, emitidos desde el respeto a la independencia de opinión, han servido para enriquecer el libro en su conjunto, pero especialmente los capítulos 3 y 4. Debemos también extender nuestro agradecimiento a los profesionales e instituciones consultados sobre aspectos concretos del estudio; aunque hemos procurado citar todas las referencias consultadas, es posible que exista alguna omisión, por lo que aprovechamos para pedir disculpas. A Anatolio Alonso, por su decisiva participación en las gestiones para que el Ministerio de Ciencia y Tecnología publicase este estudio; y al citado Ministerio, por los recursos asignados a la edición del libro.

Por último, deseamos agradecer la labor de los respectivos compañeros de Departamento de los autores, que han contribuido generosamente con sus comentarios y críticas constructivas a mejorar los sucesivos borradores del estudio. Mención especial a Concepción Vallejo, por la profesionalidad y eficacia que demuestra constantemente en su trabajo; en esta ocasión, debemos anotar en su haber la edición final de las más de 100 figuras y 30 tablas del documento.

LOS AUTORES

Madrid, febrero de 2003

1

1 INTRODUCCIÓN El fenómeno Internet está produciendo una revolución en la forma de comunicarse de la sociedad. Se habla de Sociedad de la Información desde mediados de los años ochenta, pero ha sido la segunda mitad de los años noventa la que nos ha ofrecido la primera oleada de acceso general a la información disponible en Internet.

Este incesante auge en el acceso a la información y a los servicios de todo tipo a través de Internet contrasta con los escasos avances en la consecución de una competencia efectiva entre operadores de telecomunicación. Así, se está cuestionando, tanto en Europa como en Estados Unidos, los resultados de las políticas que regulan y fomentan el despliegue de las denominadas tecnologías de telecomunicación de “Banda Ancha”.

Como muestra de la actualidad del debate en torno a la provisión de accesos de Banda Ancha, podemos destacar la opinión de uno de los “padres” de Internet, Vinton Cerf, que reprochaba recientemente1 al Presidente de la Federal Communications Commission (FCC) su relajación en la política de defensa de la competencia en el ámbito de la Banda Ancha. Cerf basaba su crítica en las cesiones realizadas por la FCC a las compañías telefónicas dominantes, concediéndolas incentivos adicionales para desplegar servicios de banda ancha basados en xDSL (Digital Subscriber Line).

Pero, ¿qué significa concretamente “Banda Ancha”?. El concepto inicial de Redes de Banda Ancha se introduce formalmente en Agosto de 1989 en la Asamblea Plenaria del CCITT (actualmente denominado Unión Internacional de Telecomunicaciones o UIT) celebrada en Brasilia, donde se definieron las nuevas redes públicas de servicios integrados. El aspecto más visible, de cara al abonado, sería el acceso a cadencias iguales o superiores a 155 Mbit/s. La definición oficial de la UIT es algo menos ambiciosa, especificando que un servicio es de banda ancha cuando requiere canales de transmisión con capacidad mayor que un acceso primario (2,048 Mbit/s).

De ese concepto inicial anunciando una verdadera revolución tecnológica en el acceso de abonado, el mercado ha pasado a utilizar la expresión “Banda Ancha” para referirse a tecnologías que permiten velocidades de acceso de usuario del orden de Mbit/s.

Sin embargo, los estudios de prospectiva ya empiezan a cuestionar este escenario y abogan por escenarios de banda ancha con velocidades por encima de 10 Mbit/s. En el estudio de Gartner2, publicado en Agosto de 2002, se argumenta que una “verdadera” infraestructura de Banda Ancha (con accesos a 10 Mbit/s) puede incrementar notablemente el PIB. Como ejemplo, indica que, en Estados Unidos, el

1 Vinton Cerf, “Letter to Michael Powell, Federal Communications Commission Chairman”. Mayo 2002 2 Gartner Dataquest, “'True' Broadband Can Grow GDP”. Agosto 2002


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PIB podría aumentar en 500.000 millones de dólares acumulados sobre los próximos diez años. No obstante, el estudio reconoce que, en el mejor de los casos, con un acuerdo nacional y objetivos unificados, el despliegue de esa “verdadera” Banda Ancha requeriría varios años hasta convertirse en realidad.

En este estudio se presentan las tecnologías de redes de acceso que han sido consideradas de “Banda Ancha”, incluyendo tanto las que actualmente se emplean para ofrecer servicios comerciales, como aquellas otras que, aún con un nivel de madurez insuficiente, pueden constituir la base para las futuras redes de acceso. Concretamente, se han seleccionado las siguientes tecnologías, agrupadas en función del soporte físico que emplean:

• Tecnologías sobre Cable:

o Bucle digital de abonado (xDSL)

o Redes híbridas de fibra y cable (HFC)

o Fibra óptica (FTTx)

o Comunicaciones por línea eléctrica (PLC)

o Ethernet en la primera milla (EFM)

• Tecnologías Inalámbricas:

o Bucle inalámbrico (LMDS)

o Redes de acceso por satélite

o Redes locales inalámbricas (WLAN)

o Comunicaciones móviles de tercera generación (UMTS)

o Televisión digital terrestre (TDT)

El análisis de cada una de las tecnologías de acceso (ver secciones del capítulo 2) ha seguido una estructura predefinida, con el objetivo de facilitar su comparación. Esta estructura es la siguiente:

1. Motivación original y evolución 2. Estructura y elementos de red 3. Normalización 4. Madurez de la tecnología y del mercado 5. Prestaciones 6. Adecuación a los servicios considerados 7. Aspectos regulatorios 8. Escalabilidad 9. Consideraciones medioambientales, meteorológicas y geográficas

Los tres primeros apartados introducen las características generales de la tecnología de acceso. Se ha considerado interesante dedicar el primer apartado a resumir la evolución que ha seguido la tecnología desde su aparición. Se ha tratado de

- Introducción -

3

identificar el problema que trató de resolver inicialmente y cómo ha ido evolucionando para adecuarse a los nuevos servicios que han ido surgiendo.

Los apartados 2 y 3 presentan la arquitectura de la red y los organismos relevantes en su normalización, respectivamente. Son apartados descriptivos, que sirven de referencia para que, en los apartados posteriores, se valoren las características de la tecnología de acceso en función de los parámetros identificados en el estudio.

En los apartados 4 a 9 se ha realizado una valoración objetiva de la tecnología de acceso, atendiendo tanto a sus características intrínsecamente técnicas, como a otros elementos no menos importantes, como la aceptación que ha tenido la tecnología de acceso por parte del mercado de telecomunicaciones.

El apartado 4 trata de evaluar la madurez de los productos y servicios asociados a la tecnología de acceso, considerando, entre otros indicadores, cifras de negocio a escala mundial y, cuando se ha considerado relevante, en el ámbito europeo y español. En este apartado se incluyen datos sobre el coste de los equipos, especialmente de aquellos que tienen más impacto sobre el coste total de las redes. También se ha aportado información sobre los servicios que se prestan en distintos países, procurando determinar el grado de competencia en que se encuentra el mercado asociada a la tecnología de acceso.

El apartado 5 tiene como objetivo cuantificar las prestaciones técnicas de la tecnología de acceso, en función de parámetros clásicos, como cobertura, capacidad efectiva ofrecida a los abonados y retardo de tránsito. Se ha hecho un esfuerzo especial por establecer las relaciones existentes entre los diversos parámetros que inciden en la calidad de los servicios ofrecidos a los usuarios de la red, indicando también si la tecnología permite garantizar la calidad de servicio.

El apartado 6 está dedicado a valorar la adecuación de la tecnología de acceso para ofrecer los siguientes servicios de telecomunicación:

• Distribución de TV. Se ha tratado de cuantificar el número de canales simultáneos de TV que la tecnología es capaz de transportar hasta el abonado.

• Telefonía. Se ha considerado como referencia de calidad la del servicio ofrecido por la red telefónica fija.

• Acceso a Internet. En este punto se han proporcionado estimaciones sobre el ancho de banda que es posible ofrecer a los usuarios que acceden a Internet a través de la tecnología considerada.

• Juegos en red. Este servicio se caracteriza por requerir un retardo de tránsito bajo, de manera que la interacción entre los jugadores no se vea degradada por la mediación de la red.

• Otros. Además de los anteriores, que actualmente son los de mayor demanda, se han considerando los servicios de videoconferencia y de redes privadas virtuales.


4

Esta evaluación no sólo ha tenido en cuenta las características técnicas de la tecnología de acceso para prestar los servicios considerados, sino también la madurez actual y evolución previsible de los equipos, así como la eficiencia de la solución.

Se ha reservado el apartado 7 para describir la situación regulatoria en España, con algunas alusiones a otros ámbitos cuando se ha considerado preciso.

En el apartado 8 se realiza un estudio sobre la escalabilidad de la tecnología de acceso, es decir, su capacidad para aumentar los niveles de servicio de manera eficiente en coste. Por nivel de servicio se entiende tanto el aumento de la densidad de usuarios en una zona (penetración del servicio), como el incremento de calidad de servicio demandado por los usuarios (más canales simultáneos de TV, más capacidad en el acceso a Internet). En el análisis efectuado se han tratado de identificar los elementos técnicos y regulatorios (por ejemplo gestión del espectro) que limitan el crecimiento de la tecnología.

Por último, el apartado 9 ofrece consideraciones relativas al efecto de las condiciones meteorológicas, geográficas y medioambientales sobre la tecnología de acceso.

El capítulo 3 del libro compara las tecnologías de acceso, empleando como criterios principales sus prestaciones técnicas, adecuación a los servicios considerados y propiedades de escalabilidad. Aquí se realiza una primera valoración en cuanto a sus posibilidades para constituir el despliegue de infraestructuras integradas de acceso multiservicio (TV, telefonía, Internet y otros servicios) con cobertura global.

Seguidamente, el capítulo 4 aborda la problemática del despliegue de las tecnologías seleccionadas para constituir redes de acceso multiservicio. En primer lugar, en la sección 4.1, se identifican los elementos que condicionan el despliegue de la red para dos tipos de zonas: grandes concentraciones geográficas y núcleos pocos densos y dispersos. La sección 4.2 contiene un ejemplo concreto de aplicación de los resultados obtenidos. El capítulo termina con algunas consideraciones sobre la posible evolución a medio y largo plazo de las tecnologías consideradas.

En el capítulo 5 se realiza un análisis de algunos mercados de telecomunicación, incluyendo el español, con el objetivo de extraer conclusiones sobre el nivel de competencia en que se encuentran los servicios de acceso de banda ancha.

Por último, en el capítulo 6 se presentan las principales conclusiones del estudio.

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2 TECNOLOGÍAS DE ACCESO

2.1 Bucle digital de abonado (xDSL)

2.1.1 Motivación original y evolución Bajo las siglas xDSL se agrupan un conjunto de tecnologías que, utilizando códigos de línea y técnicas de modulación adecuados, permiten transmitir regímenes de datos de alta velocidad sobre el par trenzado telefónico.

En la Figura 1 se muestran los anchos de banda requeridos por cada tecnología xDSL, así como los regímenes binarios que proporcionan. En la Figura 2 se muestra la evolución de las velocidades obtenidas por las técnicas xDSL en los últimos años, en comparación con el crecimiento de las velocidades de los módem en banda vocal (300-3400Hz).

DEP

Frecuencia200 kHz 400 kHz 1 MHz 20 MHz

RDSI

HDSL SHDSLADSL up

ADSL down

300POTS Hz - 3.4 kHz 56 kbit/s0RDSI Hz - 50 kHz 144 kbit/s0HDSL Hz - 292 kHz 2 Mbit/s0SHDSL Hz - 386 kHz 2 Mbit/s

138ADSL down kHz - 1,1 MHz 8 Mbit/s25ADSL up kHz - 138 kHz 640 kbit/s

200VDSL kHz - 20 MHz 52 Mbit/s

VDSL

DEP

Frecuencia200 kHz 400 kHz 1 MHz 20 MHz200 kHz 400 kHz 1 MHz 20 MHz

RDSI

HDSL SHDSLADSL up

ADSL down







VDSL

Figura 1. Anchos de banda y caudales de xDSL

A continuación se proporciona una breve descripción de cada una de las tecnologías xDSL siguiendo el orden cronológico de su aparición.


6

0.001

0.01

0.1

1

10

100

1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000

Vel

ocid

ad(M

bit/s

)

Módems en banda vocal

V.26V.27

V.29V.33

V.34 V.34V.90


V.92

ADSLVDSL

VDSL

HDSL

N-ISDN

xDSL

0.001

0.01

0.1

1

10

100

0.001

0.01

0.1

1

10

100

1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000

Vel

ocid

ad(M

bit/s

)


V.26V.27V.27

V.29V.33

V.34 V.34V.90


V.92

ADSLVDSL

VDSL

HDSL

N-ISDN

xDSL

Figura 2. Evolución de transmisión módem banda vocal y xDSL

2.1.1.1 Digital Subscriber Line (DSL). Acceso Básico RDSI Desarrollado a principio de los 80 como tecnología de acceso para líneas de abonado RDSI (Red Digital de Servicios Integrados). Su objetivo es usar los pares de cobre del servicio telefónico para proporcionar dos canales de 64 kbit/s (canales B), que pueden ser utilizados para voz y datos en modo circuito, más un canal de 16 kbit/s (canal D) para señalización o datos en modo paquete. El caudal útil total es por tanto de 144 kbit/s, al que hay que añadir una tara de 16 kbit/s adicional para funciones de mantenimiento, resultando en un régimen binario total de 160 kbit/s.

En principio se utilizó un código 4Binario/3Ternario (4B3T) que fue pronto sustituido por un código 2Binario/1Cuaternario (2B1Q) que ocupa menos ancho de banda y por tanto tienen alcances mayores. En la actualidad en España existen aún algunas líneas que utilizan 4B3T aunque la mayoría utiliza 2B1Q. Sin embargo, en Alemania, país con el mayor despliegue mundial de RDSI, se utiliza 4B3T debido a su temprano despliegue.

Existe también un Acceso Primario RDSI cuyo régimen binario es de 2 Mbit/s, transportando 30 canales B de 64 kbit/s y un canal D de 64 kbit/s. Su aplicación principal es la conexión de centralitas privadas digitales. En principio utilizó los códigos de línea habituales en la transmisión PCM (HDB3). En la actualidad se utiliza transporte HDSL (ver más adelante) en algunas ocasiones.

En España, a pesar de disponer de una muy amplia cobertura del servicio RDSI (centrales capaces de soportarlo) su difusión comercial ha estado un tanto refrenada debido a la existencia de servicios alternativos más rentables (como, por ejemplo, el servicio Ibermic de líneas alquiladas). Actualmente [1], el número de Accesos Básicos desplegados en nuestro país es de 1.000.629, de los cuales 888.387 se encuentran en servicio, frente a 19.910.553 y 16.592.132 respectivamente de telefonía

- Tecnologías de acceso -

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básica. El número de Accesos Primarios desplegados es de 69.072, encontrándose en servicio la práctica totalidad (69.034) de los mismos.

En EE.UU. se ha desplegado un sistema denominado IDSL (ISDN Digital Subscriber Line), desarrollado por Ascend (ahora Lucent), que utiliza el código de línea del Acceso Básico RDSI y proporciona 144 kbit/s de forma permanente; esto es, sin ser conmutado por ninguna central RDSI, entre la terminación de red del usuario y la terminación de línea del proveedor de servicio Internet (ISP). Fuera de EE.UU. este sistema ha tenido poco despliegue.

Otra variante del acceso RDSI es el sistema AODI (Always On-line Dynamic ISDN); en el que el canal D (16 kbit/s) está disponible permanentemente para el intercambio de datos y señalización. En caso de requerir más caudal, el sistema se encarga de activar uno o los dos canales B (64 kbit/s); liberándolos cuando no son necesarios.

2.1.1.2 High Speed Digital Subscriber Line (HDSL) Proporciona enlaces primarios E1 a 2 Mbit/s (o T1 a 1,5 Mbit/s, en países que siguen normativa ANSI) sobre uno o varios pares telefónicos convencionales evitando el empleo de repetidores3. Como muestra la Tabla 1, existen diversas variantes de esta tecnología, que difieren en cuanto a códigos de línea, velocidades de transmisión, distancias máximas alcanzables, así como el número de pares requeridos, el cual puede variar entre uno y tres4.

Tabla 1. Características de HDSL

ETSI ANSI

Código de línea

128 CAP cód.Trellis

64 CAP cód.Trellis 4 PAM, 2B1Q no codificado

Nº de pares 1 2 2 2 3 2

Velocidad aplicación

1 x 2,320 kbit/s

2 x 1,168 kbit/s

1 x 2,320 kbit/s

2 x 1,168 kbit/s

3 x 784 kbit/s

2 x 784 kbit/s

Frecuencia de Nyquist 420 kHz 255 kHz 485 kHz 292 kHz 196 kHz 196 kHz

Máx. alcance a vel. máx. 2,1 km 2,8 km 2,0 km 2,4 km 2,8 km 2,8 km

Principal aplicación

Sustitución E1

Sustitución E1

Sustitución E1

Sustitución E1

Sustitución E1

Sustitución T1

3 Al menos en la mayoría de los casos, existiendo la posibilidad de utilizar repetidores HDSL en caso contrario. 4 Cuando se utiliza un par a veces se denomina Single Line Digital Subscriber Line o SDSL. Estas siglas han creado cierta confusión con otra tecnología para transmitir 2 Mbit/s por un par, analizada más adelante, que también se denominó durante un tiempo SDSL o SDSL ETSI. Para evitar confusiones, al referirnos a esta última utilizaremos la denominación SHDSL (o HDSL 2, en su versión ANSI).


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Los sistemas HDSL se emplean para proporcionar accesos primarios RDSI, así como para el suministro de líneas alquiladas. Otra aplicación habitual de este tipo de sistemas es la interconexión de equipos de red situados en la planta exterior de acceso del operador (por ejemplo, estaciones base de telefonía móvil o concentradores remotos de abonados).

Debido a que los sistemas HDSL emplean distintos sistemas de transmisión de línea, así como a la existencia de realizaciones propietarias de la operación y mantenimiento, los equipos de central y de usuario han de ser suministrados por el mismo proveedor.

En el año 2002, el total de líneas HDSL instaladas mundialmente se estima en 12,6 millones. Los precios de una línea HDSL, incluyendo equipo lado central y equipo lado usuario pueden oscilar entre 550 y 1.000 euros5, variando mucho por volúmenes de compra y mercado.

Como se indica en el siguiente apartado, el HDSL se verá sustituido a relativo corto plazo por sistemas HDSL-2 en regiones ANSI y por sistemas SHDSL en regiones que siguen normativa ETSI.

2.1.1.3 Symmetric High speed Digital Subscriber Line (SHDSL) 6

• El sistema SHDSL (o su variante ANSI: HDSL-2) requiere un solo par y tiene mayor alcance que los sistemas HDSL monopar. Una de sus principales ventajas es su compatibilidad espectral con otros sistemas DSL, particularmente ADSL, con los que pueden coexistir en el mismo mazo de pares. Además, existe una normativa sobre su implementación, con lo que los equipos de abonado y central pueden ser de distintos suministradores.

• Por todo ello, se prevé que en el año 2005 todas las ventas de HDSL habrán sido reemplazadas por SHDSL y HDSL-2. La especificación de estas tecnologías se ha desarrollado en tres frentes de normalización, dando lugar a los tres estándares siguientes, cuyas principales características se resumen en la Tabla 2:

• ANSI: T1E1.4/2001-174, para Norteamérica

• ETSI TS 101524, para Europa

• ITU-T (G.991.2), para todo el mundo

El SHDSL está diseñado para el transporte de datos de forma simétrica, a regímenes que se adaptan a las características del canal y que van desde 192 kbit/s hasta 2,3 Mbit/s (o desde 384 kbit/s hasta 6 Mbit/s sobre dos pares). El código de línea

5 Access Systems: Western Europe, y Asia Pacific 1995-2004, Market Statistics, estimaciones del Gartner Group. 6 Aquí no seguimos el orden cronológico, ya que el SHDSL es el de más reciente aparición, pero lo hacemos por claridad al ser principalmente una sustitución y evolución del HDSL.


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utilizado es TC-PAM (Trellis Coded Pulse Amplitude Modulation), utilizando 16 niveles en línea (4B1H). Además, la señal se conforma en frecuencia para mejorar la compatibilidad espectral respecto a otros sistemas que compartan el mismo mazo.

Tabla 2. Características de SHDSL

ITU G.SHDSL G.991.2 ANSI

ANSI Anexo A ETSI Anexo B

Un par HDSL2 MultiRate HDSL2

ETSI-SDSL TS 101 524-1

Código de línea 16 PAM, 4B1H, 3 bits de información, 1 bit redundante para código Trellis

Velocidades de aplicación 1,552 kbit/s fijo 144 - 1,552 kbit/s 192 – 2,320 kbit/s

Frecuencia de Nyquist 260 kHz - 260 kHz - 387 kHz

Máx. alcance para máx. vel. 2,8 km 2,8 km 2,4 km

Aplicación principal Sustitución T1 SOHO SOHO

Mientras las aplicaciones de HDSL se limitan al transporte de servicios de Múltiplex por División en el Tiempo (TDM), desde un principio SHDSL está siendo utilizado para transportar cargas tanto TDM como ATM.

Existen también repetidores para aumentar el alcance de estos sistemas de línea.

El volumen de mercado para el 2004 de esta tecnología (considerando que está empezando a desplegarse en el 2002) será superior a los 1.000 millones de euros7.

2.1.1.4 Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) Es el sistema más desplegado en la actualidad, con previsiones de 32 millones de abonados a finales del 2002; llegando a 90 millones en el 2005. En la Unión Europea, a finales de 2001, destacaban países como Alemania (2 millones de líneas), Francia (750.000 líneas), España (500.000 líneas) y Holanda (500.000 líneas), según la firma IDC. La misma firma estima que para el 2005 se sobrepasarán los 35 millones de líneas ADSL en el conjunto de los actuales miembros de la UE. Se trata de un sistema de gran popularidad debido a su comercialización en el segmento residencial (en EE.UU., un 77% de los abonados ADSL son residenciales).

El nombre ADSL fue acuñado por Bellcore (actualmente, Telcordia) en 1989. Es importante situarse en esta fecha, en la que se estaba definiendo la non-nata Red Digital de Servicios Integrados de Banda Ancha (RDSI-BA), para explicarse algunas de las características del ADSL. Así, en 1989 el ITU-T (por entonces, el CCITT)

7 Extrapolando del mercado total HDSL y SHDSL de las estimaciones del Gartnet Group.


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escoge ATM como tecnología de transporte para la RDSI-BA y define salomónicamente la longitud de la celda.

Por entonces, los operadores de telefonía establecidos apuntaban a introducirse en el servicio de televisión, es la época de los éxitos y mayores despliegues de los operadores de cable en EE.UU. Las operadoras tradicionales vieron en ADSL la solución para revalorizar su planta de cobre instalada ofreciendo servicios de vídeo (“convertir el cobre en oro”). Este cúmulo de circunstancias condujo a considerar el empleo de ATM sobre ADSL como forma de establecer prioridades para los tráficos de tiempo real (vídeo, audio y voz) frente a los tráficos de datos, y además determinó los objetivos iniciales de capacidad (8 Mbit/s hacia el abonado y 640 kbit/s en sentido inverso), que hacían posible la transmisión de más de un canal de TV comprimido hacia el abonado.

Las expectativas puestas por los operadores en los servicios de vídeo para el despliegue de ADSL no se cumplieron. Sin embargo, pronto aparecería una aplicación que actuaría como verdadero catalizador en el despliegue de esta tecnología: el acceso a Internet. En este nuevo escenario se cuestionó, entre otros por Bellcore, la utilización de ATM, proponiéndose el transporte directo de tramas Ethernet sobre ADSL. Pero en octubre de 1996 el Joint Procurement Consortium, formado por las operadoras Ameritech, BellSouth, Pacific Bell y SBC Communications, decidió optar por una solución ADSL basada en transporte ATM, marcando la tendencia definitiva.

Una característica importante de ADSL es la compartición del espectro disponible en el par telefónico (ver Figura 1) con el servicio telefónico (o con el servicio RDSI), permitiendo el acceso simultáneo a la red telefónica y a Internet. Esto se logra mediante el empleo de un splitter (filtro separador de bandas) en casa del abonado.

La simultaneidad de la voz y los datos, unida a las considerables tasas de bit proporcionadas, hace de ADSL una técnica muy atractiva. Gracias a ella se puede disponer de un acceso permanente a Internet, con tarifa plana, y sin necesidad de contratar una línea adicional ni de cambiar los aparatos telefónicos. Todo ello, sin duda, constituye un factor diferencial frente a las técnicas HDSL y SHDSL vistas anteriormente8.

Enumeramos a continuación los factores que afectan y limitan esta técnica de transmisión:

Alcance y tipos de bucle. El objetivo de los sistemas ADSL es llegar a la mayor parte de los abonados dentro del Área de Servicio, zona geográfica servida por una central de conmutación o una Unidad Remota de abonados, en donde se ubica el

8 Existe, además, un efecto colateral debido al hecho de tener servicio telefónico en el mismo par: la alimentación en continua desde la central del aparato telefónico produce lo que en jerga telefónica se conoce como “mojado” del par (un circuito por el que pasa corriente continua se dice que está “mojado”), y esto impide que se formen contactos resistivos en los empalmes. En las técnicas HDSL y SHDSL este problema surge en determinadas circunstancias, y de hecho las normas SHDSL prevén que el módem de central provea una corriente continua de “mojado”.


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banco de módems y el multiplexor digital DSL (conocido como DSLAM, Digital Subscriber Line Access Multiplexer).

Para calcular el alcance desde una central, normalmente se utiliza un cálculo resistivo. Los elementos que alimentan el bucle de abonado se suelen especificar en ohmios; así se dice del circuito de línea de una central que soporta bucles de 1200 a 1900 ohmios, es decir, la suma de la resistencia del par más el teléfono pueden alcanzar como máximo esos valores. Estos valores, junto con la tensión de alimentación que suministra la central y la resistencia interna de este suministro de alimentación (tradicionalmente conocida como el puente de alimentación), nos dan un valor mínimo de corriente en el bucle que permite el funcionamiento del aparato telefónico. Las tensiones de alimentación normalmente utilizadas son –48 y –60 Voltios. Obsérvese que tensiones superiores a estos valores, de corriente continua, pueden presentar peligro al personal de mantenimiento.

A partir de las estadísticas de los operadores, se estima que un 90% de los abonados en EEUU. y la mayoría de los abonados en Europa están a una distancia menor de 6 km con pares de 0,5 mm, o de 4,5 km con pares de 0,4 mm. En la práctica, sin embargo, es necesario tener en cuenta las posibles irregularidades que pueden presentarse en la planta telefónica, como empalmes de distinto calibre y derivaciones sin terminar (bridge taps). En estos casos, puede ser necesario compensar las discontinuidades de impedancias y reflexiones que se producen a lo largo del par. Otra situación particular a considerar son los bucles con bobina de carga, que al limitar el ancho de banda al estrictamente necesario para telefonía, quedan totalmente descartados para aplicaciones DSL. En Europa, afortunadamente, estos bucles son poco frecuentes.

En la Figura 3 se muestra el concepto de área de servicio, pero ahora incluyendo los alcances ADSL.

CO

6 Mbit/s (1,5 Mbit/s)* - 128 kbit/sADSL 4 km

Área deservicio

~ 4-6 km

1,5 Mbit/s (384 kbit/s)*

ADSL 6 km

* Ofertas comerciales máscomunes entre paréntesis

CO

6 Mbit/s (1,5 Mbit/s)* - 128 kbit/sADSL 4 kmADSL 4 km

Área deservicio

~ 4-6 km

1,5 Mbit/s (384 kbit/s)*

ADSL 6 kmADSL 6 km

* Ofertas comerciales máscomunes entre paréntesis

Figura 3. Alcances de ADSL


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En [2] se muestran los distintos bucles de prueba para ADSL (existen especificaciones análogas para otros xDSL). Estos bucles simulan condiciones reales que pueden encontrarse en la planta exterior. En la Figura 4 se representan un par de ejemplos. Esta variedad de configuraciones físicas de los bucles justifica las diferencias entre los máximos teóricos para una distancia dada, y la oferta comercial, que es lo que el operador puede garantizar de manera generalizada.

1000 m0.4mm

2000 m0.4mm

500 m0.4mm

500 m0.4mm

500 m0.4mm

500 m0.4mm

3000 m0.4mm

650 m0.5mm

500 m0.4mm

500 m0.4mm

175 m0.5mm

175 m0.5mm

1000 m0.4mm

2000 m0.4mm

500 m0.4mm

500 m0.4mm

500 m0.4mm

500 m0.4mm

3000 m0.4mm

650 m0.5mm

500 m0.4mm

500 m0.4mm

175 m0.5mm

175 m0.5mm

Figura 4. Ejemplo de bucles de prueba para ADSL

Ruido de fondo. Estudios realizados por Telcordia durante el proceso de estandarización concluyeron que el ruido de fondo, en el caso peor, puede modelarse como un ruido blanco gaussiano aditivo, con un nivel de potencia de -140 dBm/Hz o, de forma equivalente, 30 nV/√Hz sobre 100 ohmios.

Ruido impulsivo. Son ráfagas de gran amplitud de ruido, con duración variable desde unos pocos hasta unos cientos de microsegundos, procedentes de diversas fuentes: impulsos de disco, corriente de llamada, cambios de polaridad en la línea, rayos, etc.

Interferencias de emisiones de radio. Aunque el par trenzado telefónico es teóricamente un sistema de transmisión equilibrado, este equilibrio decrece con la frecuencia. Además, la planta externa tiene recorridos en el espacio abierto (fachadas, interior de las casas, zonas rurales en postes) que incluso en algunos tramos se realizan con pares paralelos en vez de trenzados. Todo esto hace que estas partes de la planta se conviertan en antenas captadoras de las emisiones de radio, tanto en onda larga, como media o corta, especialmente las emisiones de radioaficionados.

Coexistencia con el servicio telefónico. Además de los efectos de ruido impulsivo mencionados más arriba, una línea telefónica presenta cambios de impedancia dependiendo de si el aparato telefónico está colgado o descolgado.


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Diafonía. La diafonía es el acoplamiento inductivo y capacitivo entre diferentes hilos dentro del mismo mazo o mazos adyacentes. Es el efecto que más limita la capacidad de los sistemas xDSL.

Aunque este efecto existe a frecuencias vocales, y de ahí el que los pares del bucle de abonado sean trenzados en la mayor parte de su recorrido, a las altas frecuencias de los sistemas DSL adquiere nueva relevancia (el paso del trenzado para audio no es el idóneo para estas frecuencias).

Existen dos tipos de diafonía: la paradiafonía (NEXT) cuando la fuente de la señal perturbadora está colocada en el mismo extremo que el receptor perturbado; y la telediafonía (FEXT), cuando el receptor esta colocado en el lado remoto. En la Figura 5 se ilustran estos conceptos.

NEXT FEXT

Par perturbador

Par perturbado

DSLAMmodem

modem

NEXT FEXT

Par perturbador

Par perturbado

DSLAMmodem

modem

Figura 5. Paradiafonía y Telediafonía

La diafonía además puede ser auto, cuando es producida por sistemas de la misma tecnología, o foránea, cuando son sistemas diferentes. Fácilmente se comprende que el tipo de diafonía más perjudicial es la auto-paradiafonía, causada por el acoplamiento de la señal sin atenuar a la salida de un módem sobre el receptor de otro módem. Para evitar este efecto, en ADSL se suele emplear duplexado por división en frecuencia, es decir, bandas distintas en cada extremo para recepción y transmisión. Otra alternativa es el duplexado por división en el tiempo (“ping-pong”), en donde la transmisión y recepción se alternan en el tiempo. En este caso, sin embargo, se requiere que todos los emisores y receptores de la red estén sincronizados, lo cual puede presentar problemas en entornos multioperador.

En lo que a prestaciones (velocidad, distancia) se refiere, es la paradiafonía foránea, causada por otros sistemas de transmisión digital, la que mayores limitaciones plantea en la práctica. Los sistemas más perturbadores son las transmisiones de 2 Mbit/s en código HDB3, las interfaces de línea (interfaz U) de RDSI y las líneas HDSL.

Las principales técnicas de modulación utilizadas en los sistemas ADSL son CAP (Carrier-less Amplitude and Phase modulation) y DMT (Discrete Multi-Tone). A continuación se examinan brevemente las principales características de estos sistemas de modulación, así como la controversia existente sobre ellos en los foros de estandarización y, principalmente, en los mercados.

La técnica CAP utiliza una sola portadora por sentido de transmisión para modular en amplitud y fase la información binaria (en VDSL existen sistemas multibanda, pero en cualquier caso el número de portadoras es muy reducido). DMT, por su


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parte, trata de aproximarse al máximo teórico de capacidad de un canal en función de la frecuencia, dividiéndolo en numerosos subcanales. Cada uno de ellos se modula en amplitud y fase, adaptándose la tasa de bit a la capacidad real de dicho subcanal, dada por la relación señal-ruido del mismo. En ADSL se emplean 256 subportadoras, mientras que en VDSL son hasta 4.096. El espaciado entre las portadoras es de 4,3215 kHz, escogido en relación con la duración del símbolo, a fin de reducir las interferencias entre portadoras y entre símbolos.

Los sistemas DMT son superiores a los sistemas CAP, ya que aproximan mejor el límite de capacidad teórico de Shannon-Hartley. Traducido en términos prácticos, DMT proporciona más alcance para la misma velocidad, o más velocidad para el mismo alcance. Estas ventajas se pagan en más complejidad (más área de silicio), así como en una relación de potencia de pico (todas las portadoras transmitiendo en fase) respecto a potencia media que hace que los márgenes dinámicos sean extremadamente amplios (convertidores A/D de más resolución, dispositivos analógicos con grandes márgenes dinámicos). Todo esto ha hecho que los sistemas CAP aparezcan antes en el mercado, aunque en la actualidad los sistemas DMT se están desplegando en mayores volúmenes en el caso de ADSL. Ambas soluciones están recogidas en los estándares y esta tendencia se mantiene en la estandarización de VDSL, donde en la actualidad prevalece la solución CAP multibanda.

Una de las ventajas más notables de la tecnología ADSL es su grado de normalización e interoperabilidad, demostrada en el campo. El ITU-T recoge esta normalización en sus recomendaciones G.992.1, para ADSL DMT, y G.992.2, para el denominado ADSL-lite. Esta última variante proporciona menor caudal, pero tiene la ventaja de no requerir splitter en casa del abonado, lo que, en principio (ver consideración al respecto más adelante), permite evitar el desplazamiento de personal de la operadora a casa del abonado para la instalación del servicio. En mayo de 2002 se acordó una evolución de estas normas, conocidas de forma genérica como ADSL2 (recomendaciones G.992.3 y G.992.4), que introducen una serie de mejoras derivadas de la experiencia obtenida con los despliegues realizados:

• Mejoras en las pruebas de interoperabilidad, así como en señales y mensajes de iniciación.

• Mejoras en prestaciones de alcance/caudal

• Modo de bajo consumo

• Posibilidad de usar todo el espectro para el transporte de la señal digital, desde 0 Hz, en aquellas aplicaciones en que no se requiera servicio telefónico simultáneo (all digital mode)

• Posibilidad de usar varios pares simultáneamente: 32 Mbit/s sobre 4 pares, 24 Mbit/s sobre 3 pares, 16 Mbit/s sobre 2 pares (inverse multiplex bonding)

• Capa de convergencia para transportar directamente Ethernet sobre ADSL

Existen, además, otras líneas de evolución previstas. Así, el ADSL+ amplia la banda utilizable hasta 2,2 MHz (el doble de la actual) y el ADSL++ hasta 3 ó 3,75 MHz, si


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bien en ambos casos el alcance es menor que en ADSL convencional. Otra línea de evolución, en sentido contrario al anterior, es la propuesta Low Frequency DSL del DSL Forum [3], que utiliza una región del espectro situada por debajo de la banda descendente (red a usuario) de ADSL. Esta nueva banda se usa en los dos sentidos de forma solapada, lo que permite velocidades de unos 180 kbit/s y alcances de hasta 12 km con pares de calibre 0,5.

2.1.1.5 Very high speed Digital Subscriber Line (VDSL) Extendiendo los límites de la tecnología del ADSL es posible utilizar un ancho de banda mayor sobre el par de cobre, hasta alcanzar los 11 MHz. Por supuesto, esto sólo es factible para alcances más reducidos que los vistos en ADSL. Así, mientras el objetivo de alcance en ADSL era cubrir el área de servicio de la central, en VDSL las zonas geográficas cubiertas son mucho menores, tal como se representa en la Figura 6. Por este motivo, la tecnología VDSL va acompañada de un amplio despliegue de fibra hasta los nodos desde los cuales se alcanza al abonado mediante tiradas de cobre muy cortas. En la Tabla 3 se especifican los alcances y velocidades de VDSL.

nodoVDSL

~ 50 Mbit/sVDSL 0,3 km

Área de servicio

~ 4-6 km

~ 13 Mbit/sVDSL 1,5km

~ 26 Mbit/sVDSL 1 kmnodo

VDSLnodoVDSL

~ 50 Mbit/sVDSL 0,3 kmVDSL 0,3 km

Área de servicio

~ 4-6 km

~ 13 Mbit/sVDSL 1,5kmVDSL 1,5km

~ 26 Mbit/sVDSL 1 kmVDSL 1 km

Figura 6. Alcances de VDSL

La batalla entre las técnicas de modulación DMT y CAP se ha vuelto a escenificar en VDSL. En el caso de DMT, se usan las mismas frecuencias y el mismo espaciado que en ADSL, lo que permite que un módem VDSL pueda comunicarse con un módem ADSL (a velocidades ADSL). Sin embargo, actualmente la técnica que predomina es una versión de CAP multiportadora, con dos o más subbandas por sentido, lo cual permite gestionar la utilización del ancho de banda en función del alcance y ruido de las líneas.

El VDSL, al igual que el ADSL, permite la coexistencia del servicio telefónico en el par. Existen también versiones de VDSL simétricas, lo que permite su empleo, por ejemplo, para proporcionar accesos de alta velocidad a empresas.


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Tabla 3. Características de VDSL

Tipo de servicio Alcance (km) Descendente (Mbit/s)

Ascendente (Mbit/s)

Corto 0,3 52 34 ó 38,2

6,4 4,3

Medio 1,0 26 19

3,2 2,3

Asimétrico

Largo 1,5 13 6,5

1,6 1,6 ó 0,8

Corto 0,3 34 26 16

34 26 19

Medio 1 13 13 Simétrico

Largo 1,5 6,5 4,3 2,3

6,5 4,3 2,3

El despliegue de fibra óptica que requiere VDSL, hasta distancias de pocos cientos de metros del abonado, dista mucho de ser habitual en las plantas exteriores actualmente desplegadas. Por otro lado, suponiendo que la fibra llega cerca del abonado (por ejemplo, hasta la fachada del edificio), cabe plantearse si merece la pena conservar el último tramo de cobre, o es preferible ya dar el salto final de fibra hasta el usuario.

2.1.2 Estructura y elementos de red

2.1.2.1 Sistemas de HDSL y SHDSL (TDM) Estos sistemas se utilizan principalmente como meras soluciones de transporte para proporcionar accesos de 2Mbit/s. La configuración más típica se muestra en la Figura 7. El sistema consta de un módem o terminal de red en las dependencias del usuario y de un equipo que agrupa los correspondientes módems o terminales de línea en la central. Ambos módems ofrecen interfaces G.703 de 2 Mbit/s, o n x 64 kbit/s, tanto del lado de usuario, como del de red.

Las interfaces G.703 del lado de red se llevan normalmente a un repartidor digital, donde se conectan para entregar la señal a la red destino. A modo de ejemplo, en la Figura 7 se muestra una conexión a un conmutador telefónico de la señal procedente de una centralita digital; y otra conexión a la planta de transmisión para prolongar circuitos alquilados. Como se indicó anteriormente, una aplicación muy común de estos sistemas es la interconexión de estaciones base de sistemas celulares en áreas urbanas.


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Transm.modem

Banco demodems

RepartidorDigital

Centralconmut.

Edificio dela central

Casa delabonado

Casa delabonado

G.703

G.703

Terminal deoperador

RepartidorPrincipal

Interfaz de gestiónpropietario

modem

Transm.modem

Banco demodems

RepartidorDigital

Centralconmut.


Casa delabonado

Casa delabonado

G.703

G.703

Terminal deoperador

RepartidorPrincipal

Interfaz de gestiónpropietario

modem

Figura 7. Configuración HDSL en “banco de módems”

La gestión de este tipo de sistemas suele ser autónoma, esto es, sin formar parte de una red propiamente dicha. Para ello, suelen ofrecer una conexión en el banco de módem de central mediante una interfaz de gestión propietaria. Esto no impide que la gestión se pueda hacer de manera remota (por ejemplo, vía módem), e incluso centralizar la gestión de varios sistemas sobre un único terminal, sin que en ningún caso aparece la idea de una “red”.

En la Figura 8 se muestra un ejemplo de utilización de HDSL o SHDSL para proporcionar accesos TDM en una red de circuitos alquilados.

Transm.SDH

integrado

Banco demodems


G.703

Q3 RepartidorPrincipal

Casa delabonado

modem

Casa delabonado

modem

Transm.SDH

integrado

Banco demodems


G.703

Q3 RepartidorPrincipal

Casa delabonado

modem

Casa delabonado

modem

Figura 8. Configuración HDSL con transmisión SDH integrada


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El equipo de central integra el sistema de transmisión SDH, proporcionándose una interfaz de gestión normalizada para su integración en un sistema de gestión extremo a extremo. La transmisión de línea SHDSL, con una carga útil de 36 canales de 64 kbit/s (2,3 Mbit/s), permite transportar hasta los módems un contenedor virtual VC-12 SDH, en vez de los 2 Mbit/s; esto hace que se pueda realizar una monitorización más estricta de la calidad del servicio hasta el mismo extremo del abonado.

2.1.2.2 Sistemas de ADSL y SHDSL (ATM) Aunque en un principio los sistemas ADSL tenían una topología muy similar a la mostrada en la Figura 7, actualmente la práctica totalidad de las instalaciones se basan en el empleo de DSLAM, desplegándose en escenarios como el de la Figura 9.

Una característica importante en estos sistemas es que el equipo de central incorpora funciones de multiplexión ATM. Ello, junto a las características del tráfico del principal servicio ofrecido en la actualidad, el acceso a Internet de Alta Velocidad, permite obtener ganancia estadística mediante “sobre suscripción”, es decir, la suma de los tráficos “medios” ofrecidos a los abonados es superior al tráfico total que puede suministrar la red. Este hecho está en contradicción con la ventaja, a veces mencionada, del ADSL frente al cable módem. Así, suele argüirse que mientras que el cable módem tiene que compartir el ancho de banda con los otros abonados servidos por el mismo cable, en ADSL el abonado dispone de todo el ancho de banda por tener un par de cobre dedicado. Es evidente que el ADSL también es un medio compartido, en este caso en la conexión que va hacia la red. En ambos casos, el comportamiento del sistema dependerá del grado de sobre suscripción.


Casa delabonado

Splitter

USB ó Ethernet

Splitter

RepartidorPrincipal

1 Gbps Ethernet

ATM a 622 Mbps STM4

ATM a 155 Mbps STM1

ATM a 34 Mbps VC3

ATM a 2 x 2 Mbps IMA

Gestión en bandaSNMP

modem

Centralconmut.

DSLAM


Casa delabonado

Splitter

USB ó Ethernet

Splitter

RepartidorPrincipal

1 Gbps Ethernet

ATM a 622 Mbps STM4

ATM a 155 Mbps STM1

ATM a 34 Mbps VC3


1 Gbps Ethernet

ATM a 622 Mbps STM4

ATM a 155 Mbps STM1

ATM a 34 Mbps VC3


Gestión en bandaSNMP

modem

Centralconmut.

DSLAM

Figura 9. Acceso ADSL


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En la Figura 9 se muestra una lista de las interfaces hacia la red más comunes en ADSL. Generalmente se trata de interfaces ATM sobre SDH y las velocidades más habituales son un VC3 34 Mbit/s ó 155 Mbit/s.

Cuando los sistemas son muy pequeños, se opta por interfaces IMA (Inverse Multiplex ATM) sobre n x E1 (con un valor n máximo de 8). Esta opción puede parecer muy atractiva si se comparan los costes de unos pocos enlaces primarios frente al de enlaces a 34 Mbit/s ó 155 Mbit/s. Sin embargo, han de tenerse en cuenta también los costes de las terminaciones en los conmutadores de la red ATM. En este sentido, hay que considerar tanto los costes directos (no hay mucha diferencia en una terminación de línea de 2 Mbit/s a una de 155 Mbit/s), como los de oportunidad (si se utilizan terminaciones de 2 Mbit/s, ocupando ranuras de circuitos de terminación en el conmutador, se desperdicia la capacidad de conmutación de la matriz ATM).

El deseo de poder ofrecer servicios de vídeo (ver más adelante), está dando lugar a que empiecen a ofrecerse interfaces a velocidades superiores: 622 Mbit/s y 1 Gigabit Ethernet.

La orientación hacia el mundo de los datos hace que estos sistemas hayan optado por un protocolo de gestión SNMP (Simple Network Management Protocol) que normalmente es transportado en ATM, aunque a veces está disponible sobre una conexión Ethernet separada.

En la Figura 10 se muestra un escenario de red típico para la provisión del servicio de Acceso a Internet de Alta Velocidad mediante ADSL.

modem


Casa delabonado

DSLAM

Gestor delservicio

A la red de otrooperador o

de corporación

Servidorde

acceso BA

ISP 1

ISP n

Red de datos(IP)

Red ATMServidor

deacceso BA

modem


Casa delabonado

DSLAM

Gestor delservicio

A la red de otrooperador o

de corporación

Servidorde

acceso BA

ISP 1

ISP n

Red de datos(IP)

Red ATMServidor

deacceso BA

Figura 10. Modelo de referencia de acceso a Internet vía ADSL

Una de las soluciones más habituales consiste en establecer una conexión ATM semipermanente entre cada usuario y el Servidor de Acceso de Banda Ancha, y otra entre éste y cada ISP. Al activar la sesión, el usuario establece contacto, vía el


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servidor de Banda Ancha, con el Gestor de Servicio, a fin de realizar las oportunas funciones de AAA (Authorization, Authentication and Accounting). El gestor de servicio, a su vez, se comunica mediante un protocolo RADIUS (Remote Authentication Dial-In User Service) con el ISP, el cual asigna al usuario una dirección IP libre de su rango. A partir de ese momento, todo el tráfico proveniente del usuario con esa dirección IP origen se redirige al ISP correspondiente. La solución descrita es la más flexible, ya que permite que el usuario pueda elegir el ISP al que desea conectarse en cada sesión.

En el caso de asignación fija entre usuarios e ISP, se puede prescindir de la función de servidor de acceso de banda ancha. En este caso, se configuran mediante gestión caminos ATM semipermanentes entre usuario y proveedor de servicios (otra posibilidad es configurar directamente enrutamientos a nivel IP). Este sería el caso también de un usuario conectado permanentemente a un servidor de Acceso de una corporación, como también se muestra en la figura.

2.1.3 Normalización

2.1.3.1 HDSL El sistema HDSL está normalizado a nivel europeo en la ETR 152 (Transmission and Multiplexing; High bit rate Digital Subscriber Line transmission system on metallic local lines; HDSL core specification and applications for 2048 kbit/s based access digital sections), y a nivel internacional en la Recomendación G.991.1 del ITU-T (High bit rate Digital Subscriber Lines transceivers)

2.1.3.2 SHDSL El sistema SHDSL está especificado en el estándar TS 101 524 de ESTI (Transmission and Multiplexing; Access transmission system on metallic access cables; Symmetrical single pair high bit rate Digital Subscriber Line, SDSL). Dentro del ámbito internacional, rige la Recomendación G.991.2 del ITU-T (Single pair High speed Digital Subscriber Lines transceivers).

2.1.3.3 ADSL Las recomendaciones del ITU-T G.992.1 y G.992.2 especifican los estándares para ADSL DMT y ADSL-lite, respectivamente. En el caso de ADSL-2, las recomendaciones aplicables son las G.992.3 y la G.992.4.


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2.1.4 Madurez de la tecnología y del mercado

2.1.4.1 HDSL Se trata de una tecnología muy madura, con más de 12 millones de líneas9 instaladas en 2002. Su aplicación en líneas de acceso abonado se circunscribe en la mayoría de las ocasiones a grandes operadores instalados. También se usa para interconectar equipos de red (por ejemplo, interconexión de estaciones base de telefonía móvil).

Existe un número importante de suministradores de equipos HDSL, incluyendo tanto grandes fabricantes (por ejemplo, Alcatel, Ericsson, Lucent y Nortel), como medianos (por ejemplo ECI y RAD). Algunos fabricantes ofrecen equipos integrados con SDH (Alcatel, Bosch, Futjitsu)

Debido a la existencia de varios estándares, así como soluciones propietarias, habitualmente los módems de usuario y de central han de ser del mismo suministrador. Debido a este inconveniente, se prevé que a corto plazo HDSL sea reemplazado para nuevas instalaciones por SHDSL/HDSL2, una tecnología normalizada y que, además, es compatible con otros sistemas DSL, y en particular con ADSL.

2.1.4.2 SHDSL Al ser una tecnología de muy reciente introducción (normativa aprobada en 2001), no se dispone de datos de despliegue fidedignos. Está previsto que en su versión TDM reemplace totalmente el mercado HDSL a corto plazo. En su versión ATM, todos los suministradores de DSLAM incluyen en su oferta esta nueva interfaz para dar servicios simétricos (principalmente dirigido al mercado de PYMEs y de tele-trabajadores, como extensión de Redes de Área Local, acceso a servidores web, etc.)

2.1.4.3 ADSL Es una tecnología muy madura con 32 millones de líneas desplegadas a finales del 200210. Los precios de equipos decrecen de manera muy rápida. A mediados de 2002 el coste de una línea DSLAM estaba entre 150 y 250 euros, dependiendo de tamaños, volúmenes, mercados, etc. El módem usuario se podía encontrar por debajo de los 50 euros para versiones USB y de los 500 euros para versiones IAD con telefonía sobre ADSL (precios en volumen para operador).

La interoperabilidad demostrada ha permitido la especialización de los suministradores en dos grandes campos: suministradores de DSLAM (donde se hallan los grandes fabricantes clásicos, como Alcatel, Cisco, Lucent y Siemens y

9 Access Systems: Western Europe, y Asia Pacific 1995-2004, Market Statistics, estimaciones del Gartner Group 10 Estimaciones de Frost & Sullivan


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suministradores de equipo de abonado. En la Figura 11 se muestran las cuotas de mercado acumuladas hasta el primer trimestre del 2002.

Acumulado 1er trimestre 2002Cuotas de mercado DSLAM (puertos)

Alcatel38.0%

ECI Telecom3.9%

Lucent10.0%

NEC 3.3%

Samsung 4.7%

Siemens 6.3%

Sumitomo 4.7%

Otros22.1%

Cisco6.9%

Acumulado 1er trimestre 2002Cuotas de mercado DSLAM (puertos)

Alcatel38.0%

ECI Telecom3.9%

Lucent10.0%

NEC 3.3%

Samsung 4.7%

Siemens 6.3%

Sumitomo 4.7%

Otros22.1%

Cisco6.9%

Figura 11. Cuotas de mercado de DSLAM

En cuanto a los suministradores de equipos de abonado (módem-USB, módem NAT, módem-router, IAD), además de los clásicos (alguno de los cuales ha “externalizado” este segmento, caso de Alcatel con su alianza con Thomson), se encuentran nuevos actores: algunos de Extremo Oriente (por ejemplo, Samsung y Sumitomo) y otros más especializados (ECI, Westell, Zyxel). En la Figura 12 se muestran las cuotas de mercado de 2001.

2001: Equipos de abonado.Cuotas de mercado

Alcatel27%

Siemens21%

ECI Telecom 6%Samsung 6%

Sumitomo 5%

Westell 5%

Zyxel 4%

Otros26%

2001: Equipos de abonado.Cuotas de mercado

Alcatel27%

Siemens21%

ECI Telecom 6%Samsung 6%

Sumitomo 5%

Westell 5%

Zyxel 4%

Otros26%

Figura 12. Cuotas de mercado de equipos de abonado


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Como ya se ha mencionado, ADSL es la tecnología por excelencia del operador establecido para dar servicios de Banda Ancha, ya que posee el recurso básico: la planta de pares de cobre. Debido a esto, los reguladores han establecido normas para que nuevos operadores puedan utilizar esta planta, pagando una cuota al operador establecido, lo que se conoce como Desagregación del Bucle de Abonado o Local Loop Unbundling (ver más adelante apartado específico sobre el tema). Esta modalidad comienza en EE.UU. en 1996, en Europa (Alemania) en 1997 y en Corea en fechas similares.

En EE.UU. los nuevos operadores basados en desagregación de bucle, proporcionando principalmente acceso ADSL, han sufrido un descalabro. Los tres más importantes (Covad, que llegó a superar los 10.000 millones de dólares de capitalización bursátil; Northpoint y Rhythms con más de 1.000 millones de dólares de capitalización), más otros como Telligent y Windstar, se han declarado en quiebra11, y esto ocurre en un mercado donde la demanda del servicio continua creciendo.

Jerry Hausman, del MIT, señala entre las posibles causas del fracaso la desincentivación de la inversión en infraestructura propia motivada por la regulación (el alquiler del bucle resultaba atractivo en términos económicos). Esto, unido a un fácil acceso al mercado de capitales antes de 2001, hizo que estas compañías se concentraran en la expansión, adquiriendo abonados mediante campañas de marketing, sin elaborar ninguna oferta realmente diferencial. La calidad de su servicio dependía de la calidad de los bucles del operador establecido, que no tenía ningún incentivo económico para invertir en la planta de abonado. En consecuencia, no consiguieron retener los abonados que tanto les había costado obtener, al tiempo que sufrían de costes crecientes de adquisición.

En Europa, Alemania ha sido pionera en el uso de desagregación del bucle. Aunque tras cuatro años de vigencia sólo el 2,6% de los servicios DSL12 son suministrados por la competencia a DTAG.

2.1.4.4 VDSL Por encontrarse aún en fase de normalización, se trata de una tecnología muy poco madura. Por otro lado, al requerir fibra hasta la vecindad del abonado, es una tecnología cuyo despliegue está muy ligado a una demanda real. Entre las aplicaciones de VDSL se cita el vídeo, pero existen alternativas más económicas: cable, satélite, e incluso ADSL.

Prácticamente todos los suministradores anuncian la disponibilidad de la tecnología en la actualidad o en breve plazo, aunque sin apreciarse grandes esfuerzos de comercialización. Algunos fabricantes (por ejemplo, Bosch, NEC y Futjitsu) han

11 En el caso de Covad ha sido rescatada de la quiebra por un operador establecido: SBC, entre otros inversores. 12 En Alemania también existe un número significativo de operadores alternativos que ofrecen acceso vía HDSL para abonados de negocios: servicios de conexión de centralitas y datos.


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realizado pruebas de campo con sistemas VDSL, que no han culminado en despliegues reales de red.

2.1.5 Prestaciones

2.1.5.1 HDSL y SHDSL (TDM) Al estar estos sistemas basados en circuitos, la calidad de servicio (QoS) puede medirse en Tasa de Errores y Disponibilidad del Servicio, que en estos casos, y aplicando normas establecidas, se pueden cifrar en 10-7 y 0,99999 respectivamente. En cuanto a los caudales ofrecidos al usuario, son constantes: 2.048 kbit/s para interfaces no estructuradas y 1.984 kbit/s para estructuradas.

2.1.5.2 ADSL y SHDSL (ATM) En estos sistemas, las prestaciones vienen determinadas por las características de las conexiones ATM utilizadas (siendo las más comunes UBR, CBR y VBR-rt), las cuales condicionan tanto la manera en la que se trata el tráfico de usuario en la red, como los caudales medios y de pico admisibles.

Curiosamente, ATM fue diseñado en un principio para ser transmitido sobre transporte óptico con tasas de error típicamente de 10-10. Al utilizarlo en ambientes hostiles como el par de cobre, y no poder hacer uso de retransmisiones, se requiere el empleo de técnicas FEC (Forward Error Correction) muy potentes, unidas a métodos de protección contra ráfagas de errores como el entrelazado convolucional de bloques.

Cuanto mayor es la protección contra ráfagas, mayor es el alcance del bucle de abonado. No obstante, una desventaja de estas técnicas es el retardo que introducen, que ha de sumarse al debido a otros factores como los mecanismos de conformado de tráfico ATM, los encolamientos, y otros propios del ADSL, como el asociado a los filtrados de los splitters.

Márgenes típicos de retardo entre el módem de abonado y el DSLAM pueden ser: 18-52 ms con entrelazado profundo, 6-40 ms con entrelazado medio y 2-28ms sin entrelazado. En la práctica, los operadores suelen programar los módem sin entrelazado, para minimizar los retrasos y soportar servicios que requieren tiempo real (telefonía) o latencias reducidas (juegos).

En cuanto a seguridad, los sistemas de pares gozan de privacidad intrínseca, ya que a cada usuario le llega una conexión exclusiva desde la central, es decir, no pueden ver el tráfico dirigido a otros abonados, como potencialmente sucede en sistemas con medio compartido: cable, radio, sistemas PON.


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2.1.6 Adecuación a los servicios considerados

2.1.6.1 Distribución de TV

2.1.6.1.1 HDSL y SHDSL (TDM) No tienen ninguna aplicación como sistemas de distribución de TV.

2.1.6.1.2 ADSL y SHDSL (ATM) Como se ha indicado, la motivación original de ADSL era ofrecer televisión sobre el par telefónico. Hasta la fecha, sin embargo, esta idea no ha conseguido cuajar, a pesar de que han sido varios los intentos por relanzarla. A continuación se apuntan algunas de las razones de su fracaso:

• Las soluciones propuestas se basaban en el empleo de señalización ATM, utilizando funciones como el establecimiento de la conexión entre dos puntos por un tercero (el centro de control de servicio) que, aunque normalizadas (UNI4.0), no implementaban la mayoría de las redes.

• Los DSLAM tenían, y aún la mayoría tiene, interfaces hacia la red de 155 Mbit/s, capacidad insuficiente para esta aplicación. Ocupadas en su totalidad, estas interfaces permitirían llegar a unos 40 programas en MPEG2. En la práctica, las pruebas de campo suministran entre 15 y 30 canales en distribución. Para hacer un uso efectivo de la red, sería necesario que los nodos hicieran multicast y, más concretamente, en el nodo más próximo al abonado, el DSLAM. Para poder soportar una oferta de programación amplia, y debido a las limitaciones expuestas, la selección y conmutación de los flujos de vídeo ha de hacerse en un punto de la red “más arriba”, llegando incluso a la cabecera. Esto, unido a la sincronización que se produce de los zapping en el visionado de la TV (descanso de partidos, anuncios, etc.), hace que las soluciones sean complejas y, por tanto, caras.

En la actualidad, se han introducido nuevas prestaciones en los DSLAM que prometen resolver los problemas anteriores:

• Mayores capacidades de la interfaz hacia la red: 622 Mbit/s y 1 Gbit/s, que junto a los progresos en la codificación de vídeo (MPEG4) hacen que el número de canales disponibles en cada DSLAM deje de ser un factor limitante.

• Capacidad de multicast interno, con lo que la ocupación de ancho de banda es por programa y no por usuario. Además, algunos suministradores han introducido arquitecturas específicas para soportar la distribución de vídeo (por ejemplo, bus multicast).

• Utilización del IP, y sus capacidades de multicast, en combinación con ATM, para mantener la QoS.

• Solución de la respuesta rápida al zapping en el DSLAM (por ejemplo, mediante IGMP snooping).


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En lo anterior nos hemos ceñido al reto que ha supuesto la distribución de vídeo sobre ADSL. El Vídeo Bajo Demanda con interactividad completa es una aplicación factible, siempre y cuando se disponga de los recursos necesarios desde el servidor de vídeo al usuario.

Otra limitación del ADSL es el número de canales simultáneos que pueden ofrecerse al usuario que, con las velocidades pre-comerciales ofertadas para las aplicaciones de vídeo (5 Mbit/s), sería de dos. En el caso de SHDSL, el ancho de banda disponible es menor, por lo que la distribución de vídeo no es factible. Las limitaciones de estos sistemas podrían ser uno de los estímulos para el VDSL, si bien el despliegue de fibra requerido por esta tecnología no parece viable en la actualidad.

En la Figura 13 se muestra un posible esquema para la provisión de servicios de vídeo sobre ADSL.

CabeceraConmutador ATM

Router IPCodificadorATM

Servidor deVídeo

Satélite

Vídeo analógico

digitalQPSK

ATM

Video:MPEG/UDP/IP/LANE/ATM/OC3c (uni/muticast) DSLAM Señalización (VoD):TCP/IP/LANE/A TM/OC3c (unicast)

Servidor deacceso BA

Contenido local

STB con DSLintegrado

STB10BaseT

PC

coax

PC

coax

Bucle ADSL

Contenido local Modem

Red deISPInternet

Redtroncal

Redperiferia

Bucle ADSL

CabeceraConmutador ATM

Router IPCodificadorATM

Servidor deVídeo

Satélite

Vídeo analógico

digitalQPSK

ATM

Video:MPEG/UDP/IP/LANE/ATM/OC3c (uni/muticast) DSLAM Señalización (VoD):TCP/IP/LANE/A TM/OC3c (unicast)

Servidor deacceso BA

Contenido local

STB con DSLintegrado

STB10BaseT

PC

coax

PC

coax

Bucle ADSL

Contenido local Modem

Red deISPInternet

Redtroncal

Redperiferia

Redperiferia

Bucle ADSL

Figura 13. Esquema de referencia para vídeo sobre ADSL

2.1.6.2 Telefonía

2.1.6.2.1 HDSL y SHDSL (TDM) Siendo sistemas concebidos para el transporte de 2 Mbit/s o nx64 kbit/s, estructurados o no; son en principio transparentes al servicio (a la carga que lleven los canales). En la práctica se utilizan para el transporte de señales telefónicas de centralitas, pero sin intervenir en el servicio.


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2.1.6.2.2 ADSL y SHDSL (ATM) El ADSL, además de ser compatible con el servicio telefónico básico sobre el mismo par, puede proporcionar varias líneas adicionales dentro de la banda del ADSL. Esta técnica, conocida como Voz sobre ADSL, está pensada para proporcionar varias líneas de telefonía a pequeños negocios. El número de teléfonos puede alcanzar un máximo de 16, aunque las ofertas comerciales más comunes llegan a cuatro (hay que tener en cuenta que el ancho de banda hacia la red está limitado por la asimetría del ADSL).

En los locales del abonado se instala un IAD (Integrated Access Device), que ofrece una o varias terminaciones RJ45 para Ethernet (suele tener funciones de router e incluso de cortafuegos); y varias terminaciones RJ11 para terminales telefónicos normales. Se establece una conexión ATM semipermanente, con garantía de calidad de servicio (CBR ó VBR-rt) hasta una pasarela inversa (Inverse Gateway) ubicada junto a una central local, a la que se conecta mediante una interfaz V5.2 (ver Figura 14). Actualmente, los DSLAM cuentan con pasarelas inversas integradas.

centralconmut.

Edificio de la central

Casa delabonadoSplitter

Ethernet

Splitter

DSLAMRepartidorprincipal

Conmut.ATM

Pasarelainversa

V5.2

IAD

centralconmut.

Edificio de la central

Casa delabonadoSplitter

Ethernet

Splitter

DSLAMRepartidorprincipal

Conmut.ATM

Pasarelainversa

V5.2

IAD

Figura 14. Conexión entre central y casa del abonado

La voz entre el IAD y la pasarela inversa se transporta sobre AAL2/ATM, normalmente utilizando un códec compresor de voz con supresión de silencios. La señalización se transporta sobre AAL5 y no existe normalización hasta el presente.

Obsérvese que mediante el procedimiento descrito, un segundo operador utilizando desagregación de bucle (ver sección siguiente), bien en modo de compartición de espectro o bit stream, podría proporcionar servicio de telefonía transportando voz sobre los canales ATM hasta una pasarela integrada centralizada que recogiera el tráfico de varios DSLAM, ubicada en una de sus centrales. Para obtener una calidad adecuada, el operador establecido tendría que ofrecer en sus DSLAM conexiones de


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tipo CBR o VBR-rt, además de las de tipo UBR que habitualmente proporciona para el acceso a Internet. No ofrecer o retrasar el ofrecimiento de esta garantía de servicio es una barrera que los operadores establecidos utilizan para evitar este tipo de competencia.

Por último, señalar que no debe confundirse Voz sobre ADSL, que como vemos es una especie de multiplicador de pares (pair gain), con Voz sobre ATM, donde existe una red ATM que conmuta por llamada, ni con Voz sobre IP, donde la voz iría junto con los datos.

2.1.6.3 Acceso a Internet

2.1.6.3.1 HDSL y SHDSL (TDM) Se utiliza como técnica de acceso en redes de circuitos alquilados, para establecer enlaces hasta los proveedores de servicio. Normalmente sus clientes son negocios de cierta entidad, por lo que su empleo para acceso a Internet no tiene mucho sentido.

2.1.6.3.2 ADSL y SHDSL (ATM) El acceso a Internet es principal aplicación del ADSL en la actualidad. Proporciona ancho de banda suficiente y su asimetría está, afortunadamente, en el sentido del tráfico de los usuarios de acceso a Internet (de la red al usuario). En la sección 2.1.2, al presentar los elementos de los sistemas ADSL, se ha descrito precisamente su estructura para prestar este servicio. A lo ya dicho cabe añadir que actualmente existen tendencias de integrar las funciones IP del Servidor de banda ancha (ver Figura 10) en los DSLAM.

El tráfico Internet va sufriendo variaciones de su perfil: usuarios (sobre todo pequeñas empresas) que ponen en línea sus servidores, intercambio de ficheros, etc. Esto hace que el tráfico se haga más simétrico, o incluso invierta su perfil, situación en la que el SHDSL, un sistema simétrico, puede ser más adecuado13.

2.1.6.4 Servicios interactivos (juegos,...) En servicios interactivos podemos englobar todas las clases de vídeo, música noticias, etc. bajo demanda, con diferentes grados de interactividad. Desde el punto de vista de acceso ADSL, lo que se requiere en estos casos es garantía de ancho de banda hacia el usuario, y unos tiempos de latencia adecuados, que son perfectamente alcanzables con la tecnología actual. En el caso de juegos en Red, el esquema del servicio con los jugadores conectándose a un servidor (game room) e intercambiando básicamente comandos de desplazamientos y acciones sobre escenarios previamente cargados, no suponen exigencias especiales (salvo mantener la latencia baja).

13 Obsérvese que no es posible “darle la vuelta” a un sistema ADSL por la gestión del espectro dentro de los mazos: interferiría con todos los ADSL “normales”.


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2.1.6.5 Otros (videoconferencia, VPN, etc.) Estos servicios generalmente son soportados a nivel IP por funciones de autenticación y seguridad del acceso que residen en los Servidores de Acceso a Banda Ancha. La videoconferencia y las aplicaciones peer to peer requieren adicionalmente simetría en los anchos de banda. Puesto que la calidad de la imagen requerida para una videoconferencia no tiene que ser extremadamente buena, las interfaces SHDSL son las más adecuadas.

2.1.7 Aspectos regulatorios Como cabría esperar, la tecnología ADSL es principalmente una tecnología de operadores establecidos. La planta exterior de pares de cobre pertenece en su inmensa mayoría a los primeros operadores, que la han ido desplegando desde la invención del teléfono en 1876. Este hecho constituye una posición de ventaja competitiva frente a cualquier nuevo operador: el operador establecido, que posee el par (la conexión al usuario), parte con ventaja en cualquier escenario de libre competencia. Es un hecho que se inscribe dentro del concepto, muy contestado, de “monopolio natural”.

La liberación de las telecomunicaciones, comenzada en EE.UU. en 1986 con el Communication Act, y seguida en el resto del mundo con similares medidas que favorecen la competencia, ha llevado al concepto de Desagregación del Bucle de Abonado (Local Loop Unbundling). Su principio es muy sencillo: el operador establecido ha de ceder al nuevo operador la conexión a “su” abonado. El nuevo operador paga una cuota mensual por el mantenimiento del bucle al operador establecido: no podemos olvidar que el par desagregado sigue yendo en un cable con otros pares que pertenecen al operador establecido. Una de las hipótesis del ejercicio es que el par ya está amortizado, e incluso, ha sido subvencionado por los años de monopolio que normalmente ha disfrutado el operador establecido.

La desagregación del bucle es una de las acciones de la Comisión Europea, acordada en la cumbre de Lisboa de Diciembre de 2000, para: favorecer la competencia en las redes de acceso; incrementar la penetración de los servicios de banda ancha: acceso a Internet de Alta Velocidad, Multimedia, etc.; y educir el precio de los servicios avanzados de telecomunicación.

La Comisión recomienda tres alternativas de Desagregación de Bucle, aunque sólo obliga a regular la Desagregación completa, mostrada en la Figura 15. La idea, aunque sencilla, da origen a una reglamentación muy compleja. Un ejemplo es la OBA (Oferta de acceso al Bucle de Abonado [4]) de España, donde se regulan las obligaciones y precios de los distintos servicios que el operador establecido debe procurar al nuevo operador:

• Cuota mensual (que suele ser una cantidad muy parecida a la que paga el usuario particular por su cuota de abono).

• Espacios que el operador establecido debe proporcionar en su edificio, así como el precio de su alquiler.


30

El nuevo operador obtiene acceso al par de cobreEl nuevo operador instala equipo en la Central local del operador establecidoEl nuevo operador puede instalar equipo para ofrecer BA sobre xDSL

Red delestablecidoMDF

Central local deloperador establecido

Nodo delnuevo operador

Conexiónanterior

Edificio de la central local

del establecido

Bucle local

Red delnuevo

operadorCentral del

nuevo operador

El nuevo operador obtiene acceso al par de cobreEl nuevo operador instala equipo en la Central local del operador establecidoEl nuevo operador puede instalar equipo para ofrecer BA sobre xDSL

Red delestablecidoMDF

Central local deloperador establecido

Nodo delnuevo operador

Conexiónanterior

Edificio de la central local

del establecido

Bucle local

Red delnuevo

operadorCentral del

nuevo operador

Figura 15. Desagregación de bucle completa

• Precios de los cableados desde el Repartidor Principal hasta la ubicación del nuevo operador.

• Número máximo de servicios de banda ancha que se pueden proporcionar en un mazo de 25 pares (para evitar problemas de diafonía, trataremos de esto más adelante).

• Medidas de seguridad de acceso al edificio, así como precio que el nuevo operador deberá abonar por acceder al mismo.

Todas estas medidas son el resultado de prolijas negociaciones entre operadores, con el regulador como árbitro. Las negociaciones en sí constituyen una barrera de entrada, ya que retrasan el comienzo del negocio del nuevo operador, lo cual, junto con las tarifas a pagar por cada uno de los servicios, están motivando que la desagregación del bucle no esté siendo el éxito que los reguladores pretendían.

Por el contrario, la desagregación del bucle puede tener efectos contraproducentes al desarrollo de las telecomunicaciones puesto que desincentivan las inversiones del operador establecido en la mejora y modernización de su planta, ya que de alguna forma son forzados a cederla a los nuevos operadores. Y, por el mismo motivo, los nuevos operadores se retraen de invertir en sus propias redes de acceso.

Otro factor que está demorando el uso de la desagregación de bucle, como ya se ha señalado, ha sido la quiebra de muchas empresas pioneras en su utilización, en EE.UU. Estas empresas utilizaron la desagregación del bucle para proporcionar exclusivamente servicios de acceso de datos de Alta Velocidad, en vez de


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proporcionar el portafolio completo de servicios de Telecomunicación. Algunos analistas cuestionan precisamente si ésta es la estrategia correcta.

Las otras dos opciones de desagregación del bucle se dirigen precisamente a operadores que, en principio, sólo pretenden proporcionar servicios de banda ancha. Se trata de la compartición de espectro en el par y el acceso a nivel de datos (bit stream access), representadas en la Figura 16 y Figura 17, respectivamente.

En el caso español, por ejemplo, la opción que más está siendo utilizada es la de bit stream access, mientras que la opción de desagregación completa se encuentra en una fase muy embrionaria, prácticamente inexistente, de despliegue.

En España la normativa está recogida en el documento Oferta de acceso al Bucle de Abonado, (OBA) de abril de 2002, de la Comisión del Mercado de las Telecomunicaciones [4]. En este documento se recogen aspectos que van desde las definiciones, procedimientos, y precios, hasta la gestión del espectro y el establecimiento de los límites de diafonía.

Respecto a este último aspecto, cabe señalar que aunque es posible el establecimiento de modelos teóricos para la evaluación de la diafonía (ver [2]), en la práctica se derivan capacidades máximas en mazos de pares mediante medidas sobre planta real. Los límites se establecen por el número de sistemas DSL que pueden colocarse dentro de un determinado mazo.

En la OBA se definen Unidades Básicas de 25 pares, que se corresponden con los cables mayoritariamente usados en el extremo de abonado. En función de la atenuación en decibelios a 160 kHz, se definen cuatro longitudes: corta (hasta 1400m), media (1400-2300m), larga (2300-3300m) y muy larga (más de 3300m), en términos de atenuaciones en decibelios a 160 kHz.

PC

modemxDSL

Local de abonado

MDFCentral operador

establecido

DSLAM

Splitter

Teléfono

Datos

Edificio del operador establecido

El nuevo operador accede a la parte superior del espectro para DSLEl operador establecido conserva el servicio telefónicoSe necesita instalar splitter en la Central local

Red delestablecido

Red delnuevo

operadorPC

modemxDSL

Local de abonado

MDFCentral operador

establecido

DSLAM

Splitter

Teléfono

Datos


El nuevo operador accede a la parte superior del espectro para DSLEl operador establecido conserva el servicio telefónicoSe necesita instalar splitter en la Central local

Red delestablecido

Red delnuevo

operador

Figura 16. Desagregación de bucle por compartición de espectro


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PC

modemxDSL

Local de abonado

MDFCentral operador

establecido

Splitter

Teléfono

Datos


Red telefónica deloperador

establecido

Red ATM deloperador

establecido

Desde otras centrales

Punto de presenciadel nuevo operador

El nuevo operador accede al chorro de bits del DSLEl operador establecido instala el DSLAM en la centralEl operador establecido entrega los datos multiplexados en el PoP del nuevo operador

DSLAM operador

establecidoPC

modemxDSL

Local de abonado

MDFCentral operador

establecido

Splitter

Teléfono

Datos


Red telefónica deloperador

establecido

Red ATM deloperador

establecido

Desde otras centrales

Punto de presenciadel nuevo operador

El nuevo operador accede al chorro de bits del DSLEl operador establecido instala el DSLAM en la centralEl operador establecido entrega los datos multiplexados en el PoP del nuevo operador

DSLAM operador

establecido

Figura 17. Desagregación de bucle a nivel de caudal digital

A título indicativo, la proporción máxima de líneas ADSL admisible en una Unidad Básica corta sobre líneas telefónicas convencionales es de 25/25 (18/25 si existen más de cinco con velocidades descendentes de 6 Mbit/s). Dicha proporción desciende a 4/25 para ADSL sobre líneas RDSI 2B1Q, pudiendo los pares restantes soportar ADSL sobre líneas telefónicas convencionales. Ejemplos de proporciones para otros tipos de líneas son: 16/25 para SDHSL, 8/25 para HDSL 2B1Q sobre dos pares y 2/25 para HDB3.

2.1.8 Escalabilidad

2.1.8.1 HDSL/SHDSL (TDM) Son sistemas con un crecimiento muy lineal, salvo en lo referente a la instalación inicial del armario de terminación en central. Haciendo abstracción de este escalón inicial, la granularidad en los equipos de central es baja (4-8 líneas por tarjeta), lo que permite un crecimiento ajustado a la demanda.

La instalación requiere una comprobación precisa de los pares, que en cualquier caso está justificada económicamente por los servicios proporcionados sobre estas interfaces.

Aunque la gestión es por elemento (no existe concepto de red), se puede centralizar en plataformas que gestionen de manera remota del orden de mil usuarios.


33

2.1.8.2 ADSL/SHDSL (ATM) En el acceso ADSL, el elemento que determina la escalabilidad es el DSLAM. En la Figura 18 se muestra un esquema conceptual de un DSLAM, señalando aquellos elementos que determinan su escalabilidad.

nº de ranuras detarjetas/armazón

nº de líneas/tarjeta

nº de armazones/armario

Ancho de banda de interconexiones

internas

armario

Control ytransmisión

Ancho de banda de conexión a la red

nº de ranuras detarjetas/armazón

nº de líneas/tarjeta

nº de armazones/armario

Ancho de banda de interconexiones

internas

armario

Control ytransmisión

Ancho de banda de conexión a la red

Figura 18. Modularidades de un DSLAM

El primer mercado objetivo de los DSLAM ha sido los modelos para centrales locales de operadores establecidos, obteniendo la mejor eficiencia en coste para estas configuraciones. En la práctica, el único servicio ofrecido es el Acceso Internet a Alta Velocidad (o acceso a servidores de corporaciones). Al tratarse de tráfico a ráfagas y asimétrico, se puede obtener una ganancia estadística razonable y hacer sobre-suscripción de ancho de banda. Con estas premisas se realizan configuraciones lo más grandes posibles en cuanto al número de abonados, de forma que se minimiza la repercusión en coste de las partes comunes, tanto en lo relativo a control y transmisión, como a la infraestructura mecánica, de alimentación, de refrigeración, alarmas visuales y externas.

• Control y Transmisión: controla el establecimiento, monitorización y prioridades del multiplexor ATM; integra muchas veces la terminación de línea de la transmisión óptica; proporciona la interfaz de gestión (modelo de información y pila de protocolos)

• Infraestructura mecánica, alimentación, refrigeración, alarmas visuales y externas.

Esto determina un movimiento hacia una mayor integración del equipo, con una mayor densidad de líneas por tarjeta (favorecida por el desarrollo de nuevas generaciones de circuitos integrados ADSL) y sistemas multiarmazón (multi-shelf). No obstante, aún existen limitaciones debidas a la capacidad de la conexión hacia la red, así como de las interconexiones entre armazones y, en su caso, entre armarios. Otro factor limitador es la elevada disipación que se produce en las líneas ADSL


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(típicamente de unos 3W, si bien existen versiones optimizadas que reducen el consumo a 1,2 W), las cuales en principio se encuentran siempre activas.

Otro factor adicional que influye en la escalabilidad, a veces olvidado, es el sistema de gestión. Los que se ofrecen actualmente permiten gestionar unas 100.000 líneas, en cuyo caso su repercusión sobre el precio total no supera el 5% del coste de la línea. No obstante, si las dimensiones de la red son mucho menores, es necesario prestar mucha atención a este factor.

En la Tabla 4 se resumen las densidades de los DSLAM comercializados por los principales suministradores, así como de las interfaces de red de mayor velocidad que proporcionan. Estas configuraciones de central son las más efectivas en coste por línea. Sin embargo, para cubrir centrales pequeñas, o para segundos operadores trabajando en desagregación de bucle, que no tienen tanta penetración como los establecidos, existen equipos más compactos: en un rango entre las 48 a 400 líneas por sistema.

Tabla 4. Suministradores de DSLAM

Alcatel Cisco Lucent Siemens

Líneas/tarjeta 48 8 72 32

Líneas/armazón 768 240 1008 480

Líneas/armario 2304 720 3024 960

Líneas/nodo14 6912 3120 - -

I/F a red15 STM1 STM-1 STM-4/GEth STM1

Cabe también señalar la existencia de versiones compactas de intemperie, especialmente adecuadas para servir a abonados que terminan en concentradores remotos (Unidades Remotas de Abonado, Digital Line Concentrators, etc.). Los sistemas ADSL comportan una dificultad añadida en versiones de intemperie por su disipación. En el despliegue inicial de ADSL, estos abonados remotos “no cualificaban” para el servicio. En la actualidad existen versiones compactas de DSLAM y otras soluciones [3] para este problema; que van desde placas insertables en concentradores existentes (en EE.UU. se proporcionó la especificación de los DLC más abundantes – SLC 96 y 2000 - a fin de que otros suministradores pudieran diseñar placas al efecto); unidades compactas (pizza box) para ubicar en las cabinas existentes; y los nuevos concentradores remotos (New Generation DLC o Integrated

14 Algunas configuraciones incorporan los splitters, mientras otras no. 15 Se indica la máxima velocidad, todos tienen interfaces de velocidades inferiores, y prácticamente todos tienen en planes STM-4 y Gigabit Ethernet.


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Multiservice Access Platform), diseñados desde el origen para soportar la mezcla de unidades DSL, POTS y RDSI en cualquier proporción.

Hasta aquí se han considerado DSLAM dedicados principalmente al servicio de Acceso a Internet de Alta Velocidad. Si consideramos ahora servicios como distribución de TV o vídeo bajo demanda, es necesario revisar los elementos de la Figura 18:

• Así, para proporcionar un servicio equiparable a las prestaciones del cable, la conexión a red tiene que aumentar su caudal a 640 Mbit/s o, preferiblemente, 1Gbit/s. Aún así, es probable que haya que reducir el número máximo de abonados por nodo.

• Para distribución de TV se hace indispensable realizar multicast en el nodo y, consecuentemente, incorporar cierto control (por ejemplo, IGMP snooping).

• Las interconexiones internas han de ser capaces de soportar los nuevos caudales. Las soluciones propuestas van desde dedicar un bus para la distribución de vídeo, hasta la sustitución de las arquitecturas en bus por conmutadores.

El empleo ATM sobre ADSL permite el soporte de otros servicios (por ejemplo, Voz sobre ADSL) con requisitos de QoS específicos, mediante la utilización de conexiones apropiadas (UBR, VBR-rt y CBR, principalmente), soportadas prácticamente en todos los equipos.

Uno de los aspectos a tener en cuenta, tanto en la instalación inicial como en la posterior operación, es el coste de los desplazamientos de operarios a los locales de los abonados. Aunque esto ya es necesario en la explotación telefónica convencional, en el caso del ADSL se ve agravado por los siguientes factores:

• Complejidad del servicio final a proporcionar. En el caso de Acceso a Internet, un tercio de las incidencias de abonado tienen que ver con la instalación de los drivers en su PC; o incluso problemas del PC no relacionados en absoluto con el ADSL. En España, se estima una media de dos visitas para instalar una línea de ADSL. En otros países, el coste por visita se cifra en torno a unos 150 euros, comparables a los costes del equipo.

• Calificación de pares antes de ofrecer el servicio o cuando el servicio se degrada. Los elementos de prueba automática para caracterizar bucles en los rangos de uso de los sistemas ADSL no están muy extendidos. Además, se debe llevar un registro de la utilización de los mazos para gestión del espectro. Dependiendo del volumen de despliegue, puede optarse por la calificación a priori o a posteriori (esto es, solamente en caso de fallo).

• Integración de los sistemas de gestión de elementos de red. Los DSLAM son equipos multiplexores que han de integrarse en la gestión de una red ATM. Hay que asegurar que los gestores de elementos proporcionan las interfaces adecuadas a los gestores de red; y que éstos disponen de las aplicaciones necesarias. Este razonamiento es extensible a los gestores de servicio (por ejemplo, vídeo distribución o vídeo bajo demanda).


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2.1.9 Consideraciones medioambientales, meteorológicas y geográficas

Los equipos de central están diseñados para operar dentro del entorno controlado de un edificio de telecomunicaciones, con aire acondicionado. Este requisito es esencial en el caso de los DSLAM por la elevada disipación que producen.

Como se ha indicado, existen también versiones de intemperie. Estos equipos requieren cabinas con volúmenes y sistemas de climatización (por ejemplo intercambiadores de calor) adecuados a fin de soportar la disipación. Esto encarece de manera importante el precio de las versiones intemperie, situándose su coste en torno al 50% de un equipo de central equivalente.


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2.2 Redes híbridas de fibra y cable (HFC)

2.2.1 Motivación original y evolución Las redes HFC (Hybrid Fiber Coaxial) son una evolución de las redes de distribución de televisión por cable coaxial. Podemos considerar varios pasos en esta evolución:

• Su origen se atribuye a Ed Parson de Astoria, Oregón, quien en 1950 distribuyó la señal que recibía por medio de ondas terrestres convencionales mediante un cable paralelo tendido de tejado a tejado, ubicando la antena en un sitio adecuado y amplificando la señal, para paliar los problemas de pobre recepción que sufría la comunidad16. En el mismo año, Tarlton construyó el primer sistema utilizando cable coaxial que tendió utilizando los postes del tendido eléctrico previa adquisición de la correspondiente licencia municipal. Estas primeras aplicaciones se limitaron a resolver los problemas de deficiente recepción de las señales radioeléctricas. Un caso interesante fue la ciudad de Nueva York, donde la recepción estaba fuertemente afectada por las reflexiones producidas en los rascacielos. De estas primeras aplicaciones provienen las siglas CATV (Community Antenna Television) [5].

• La industria de la distribución de televisión por cable experimentó un fuerte impulso a mediados de los 70, cuando la tecnología de transporte de señal por satélite añadió canales a los disponibles vía la distribución por ondas terrestres. Aunque la tecnología de recepción del satélite en aquella época era muy cara, sus costes eran abordables al ser repartidos entre los abonados del sistema de cable. Mediante este método, la oferta de contenidos se enriqueció con canales de ámbito nacional e internacional, canales temáticos (noticias, deportes documentales) y canales de películas. Además se añadió la prestación de acceso condicional (sólo accesible a determinados usuarios) que permitió negocios con canales de suscripción (Pay TV) o de pago por visión (Pay per view, PPV), e incluso de compra impulsiva (Impulse Pay per view, IPPV) requiriendo estos últimos algún tipo de señalización hacia el proveedor, que se hacía por la red telefónica.

• Al ir aumentando la oferta de canales se requirió aumentar el ancho de banda disponible en los sistemas de cable. Como se verá a continuación, los sistemas de cable coaxial tienen unas limitaciones intrínsecas en cuanto al ancho de banda que pueden suministrar. Para resolver esta limitación se introdujo la tecnología óptica, cosa que fue factible en los años 90 cuando se

16 Cabe señalar que Ed Parson tenía una tienda dónde vendía televisores, y fue su método para facilitar la venta de los mismos. Este es un esquema de negocio que se repite en los orígenes de la televisión por cable.


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dispuso de dispositivos ópticos con la adecuada linealidad. Este es el origen de las redes HFC. La introducción de tecnología óptica hizo posible topologías de red susceptibles de transportar señales bidireccionales. De este modo, las redes de cable pasaron de ser sistemas de pura distribución a convertirse en sistemas completos de telecomunicaciones, capaces de proporcionar servicios interactivos de voz y datos.

• A mediados de los 90, da comienzo una nueva etapa en la evolución de las redes de cable, por la introducción de la televisión digital. Con ello se consigue multiplicar el número de canales que pueden transportarse en el ancho de banda del sistema, proporcionando mayor calidad de imagen y sonido, así como nuevas facilidades de interactividad.

En la Figura 19 se representa una red de distribución de televisión por cable coaxial convencional.

CabeceraCentral

Estudios,videoteca

Cabeceraremota

Cabeceraremota ó

Hub

Red de transporte

Red troncal

Red de distribución

acometida

Amplificador troncal

Amplificador de distribuciónSplitterTap

microondas

fibra

coaxial

CabeceraCentral

Estudios,videoteca

Cabeceraremota

Cabeceraremota ó

Hub

Red de transporte

Red troncal


acometida

Amplificador troncal

Amplificador de distribuciónSplitterTap

microondas

fibra

coaxial

Figura 19. Diagrama de referencia de una red de CATV coaxial

Dentro de las características ideales que ha de tener un sistema de cable coaxial, cabe destacar las siguientes:

• Que disponga de una zona del espectro radioeléctrico dedicada, no compartida con otros servicios y libre de interferencias.

• Que permita el empleo de los aparatos de televisión convencionales utilizados para la recepción de los canales emitidos por radiodifusión y


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según la normativa existente. Esto requiere que los canales lleguen a las acometidas de los abonados con la modulación AM-VSB (modulación en amplitud, banda lateral vestigial) habitual y, en principio, dentro de las frecuencias asignadas a los canales de televisión. En este sentido, cabe señalar que el cable coaxial tiene una función de transferencia que presenta atenuación creciente con la frecuencia. Si consideramos el empleo exclusivo de cable coaxial, los límites prácticos de utilización alcanzan un ancho de banda de 1 GHz.

Las limitaciones de la planta coaxial vienen de las imperfecciones de sus componentes, dando origen a dos tipos de perturbaciones: coherentes y no coherentes. Las fuentes de perturbación coherentes son diversas: señales exteriores que consiguen introducirse en el cable a través de imperfecciones en blindajes, conectores, etc.; reflexiones de línea por desadaptaciones de impedancia en el cable coaxial; y, quizás las más importantes, las intermodulaciones y modulaciones cruzadas que se producen debido a las no linealidades de los amplificadores-repetidores de los sistemas coaxiales. Este tipo de interferencias resulta ser el más molesto para el usuario de televisión por su repercusión en la calidad de la imagen. En cuanto a las fuentes de perturbación no coherente, la principal es el ruido térmico presente en cualquier sistema de comunicaciones.

Estas limitaciones son aditivas (el ruido en potencia y las intermodulaciones en voltaje) y determinan las prestaciones máximas del sistema: el número de repetidores entre la cabecera y el usuario (que equivale a la distancia en kilómetros) y el ancho de banda que se puede alcanzar (a más repetidores, más interferencia, menos canales utilizables y menos ancho de banda).

Al observar la Figura 19 se pueden distinguir las siguientes partes en una red de cable: la red de transporte, la red de troncal (trunk network), la red de distribución (feeder network) y la acometida (drop). De todas ellas, solamente las tres últimas forman parte de la red de acceso de un sistema de cable, motivo por el cual se tratarán con detalle en los apartados posteriores.

Por lo que a la red de transporte se refiere, si bien no forman parte de la red de acceso, cabe hacer algunas consideraciones. En principio, se trata de distribuir la programación de televisión a grandes distancias (decenas o cientos de kilómetros) manteniendo una buena calidad de la señal. El problema reside en que la modulación AM-VSB que espera el usuario final requiere unos niveles de relación señal ruido difíciles de mantener en el sistema de transporte. Por este motivo, en los sistemas convencionales es frecuente la modulación en frecuencia (FM) y más recientemente la transmisión de video en formato digital. Así, en la red de transporte se utilizan modulaciones más robustas (ocupando en el caso de las analógicas mayor ancho de banda), requiriendo en las cabeceras de acceso la demodulación y posterior remodulación en el formato esperado por el usuario final (AM-VSB).

La red troncal en un sistema coaxial convencional puede suponer un 12% de la longitud total de cable desplegado. Utiliza los coaxiales de mayor diámetro (y por tanto de menor atenuación), con amplificadores cada 600-700m que, debido a que


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sólo tienen que compensar las pérdidas del cable, no tienen que ser de gran ganancia, con lo cual se obtienen mejores linealidades (menor distorsión).

La red de distribución, en cambio, tiene que proporcionar la energía que se deriva hacia cada usuario, a la vez que compensar las pérdidas de cable. Por ello, las distancias máximas suelen ser inferiores a los dos kilómetros. Este segmento de la red constituye alrededor de un 38% de la longitud total de cable desplegado, con lo que se utiliza cable de menor diámetro (más barato) que en la parte troncal. Los amplificadores son de gran ganancia, a fin de compensar la energía derivada hacia los usuarios, siendo los que introducen mayor distorsión.

Finalmente, está la acometida hasta la casa del usuario, que se hace mediante derivaciones o taps (generalmente múltiples) desde el cable de distribución, con un cable coaxial flexible (típicamente unos 40 m). La longitud de cable de esta porción viene a constituir la mitad de la longitud total de la planta de cable. Los defectos en el cableado y conectores de esta parte de la red constituyen el principal foco de captación de perturbaciones en la red de cable. La calidad final percibida por el usuario depende en gran medida de la calidad de esta acometida, así como de la de los dispositivos receptores utilizados. Con referencia a estos últimos, cabe señalar que uno de los problemas más habituales es el blindaje inadecuado de los sintonizadores de los TV o de los VCR. Este hecho puede dar lugar a la captación de emisiones del espacio libre que coincidan en frecuencia con las utilizadas en el cable (DPU, direct pick-up). Un efecto curioso es el “fantasma adelantado” cuando coinciden las frecuencias de la misma emisión por cable y por espacio libre, de manera que esta última llega antes que la primera (la velocidad de propagación por cable es menor que por espacio libre). Como consecuencia, se produce una imagen fantasma que precede a la recepción normal, efecto contrario a los “fantasmas” normales producidos por propagación multitrayecto.

Las redes HFC, introduciendo transmisión por fibra óptica en la red de acceso, rebajan las perturbaciones, principalmente las coherentes, introducidas por las cadenas de amplificadores-repetidores. El empleo de fibra en la distribución de señales de TV ha sido posible gracias al desarrollo de láseres con características de linealidad suficientes para producir distorsiones mínimas en las señales AM-VSB a transportar. En la Figura 20 se muestra un diagrama de referencia de una red HFC.

La simplicidad de la Figura 20 puede inducir a pensar que la introducción de la fibra es una simple sustitución de la red troncal. En realidad, supone mucho más que eso, ya que la atenuación de la fibra es mucho menor, lo que permite que las distancias a cubrir, sin amplificadores, aumenten considerablemente, pudiendo alcanzar del orden de 100 km. Esto permite diseños de red con mayor cobertura desde la cabecera, reduciéndose el tamaño de las áreas de distribución, con la consiguiente disminución del número de amplificadores y de las perturbaciones que estos introducen. Gracias a ello, se favorece el aprovechamiento del ancho de banda hasta explotar los límites del coaxial (1 GHz).

El grado de implantación de fibra en la red puede variar. La Figura 20 representa una sustitución de una red troncal. Es este tipo de configuración, denominada Fiber to the Bridger, la fibra llega hasta el amplificador troncal del que parten ramales de


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distribución. Un paso siguiente es la sustitución de todos los amplificadores de distribución por ONT (Optical Network Terminations), dando lugar a la configuración denomina Fiber to the Last Amplifier o Fiber to the Line Extender. La fibra puede extenderse aún más, llegando hasta la derivación (tap) con una ONT que sirva a un número limitado de abonados (típicamente 8), configuración conocida como Fiber to the Curb, Fiber to the Building17. Por último, cabría la posibilidad de llevar la fibra hasta el abonado (Fiber to the Home), si bien en este caso ya no se trataría de un sistema híbrido [6].

CabeceracentralEstudios,

videoteca

Cabeceraremota

Cabeceraremota ó

Hub

Red de transporte


acometida

Amplificador de distribuciónTap

microondas

fibra

coaxial

ONT

ONT

Splitter óptico

CabeceracentralEstudios,

videoteca

Cabeceraremota

Cabeceraremota ó

Hub

Red de transporte


acometida

Amplificador de distribuciónTap

microondas

fibra

coaxial

ONT

ONT

Splitter óptico

Figura 20. Esquema de principio de una red HFC

Además de poner en disposición un mayor el ancho de banda para la distribución de la TV, las redes HFC han hecho posible la transmisión de información desde el usuario hacia la cabecera. Esto se consigue por división en frecuencia, convirtiendo los amplificadores del coaxial en bidireccionales, dedicando la parte baja del espectro (de 5 a 50 MHz aproximadamente) en transmisión en sentido ascendente (de usuario a cabecera). En una red puramente coaxial (ver Figura 19) las perturbaciones en este canal de retorno serían la suma de las provenientes de todos los abonados del sistema, haciéndolo inservible salvo en el caso de redes muy reducidas. Sin embargo, en las redes HFC los dominios de interferencia quedan reducidos a los tramos donde persiste el empleo de coaxial, de manera que sólo comparten ancho de banda usuarios servidos por cada tramo. El hecho de convertir

17 Obsérvese que incluso en este caso conservaríamos el 50% de la planta coaxial, medida en longitud de cable, que es el correspondiente a las acometidas.


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la red HFC en un medio bidireccional, teniendo en cuenta los anchos de banda disponibles en ambos sentidos, y el número de usuarios en un tramo de coaxial, permite desplegar redes de telecomunicación multiservicio (telefonía, datos, TV) efectivas. En la Figura 21 se muestra el esquema de una red HFC bidireccional.

Cabeceracentral

Estudios,videoteca

Cabeceraremota

Cabeceraremota ó

Hub

Red de transporte


Amplificador bidireccionalTap

microondas

Fibra

coaxial

ONT

ONT

Splitter óptico

acometida

Cable módem +“set top box”+ adaptador telefonía

Redtelefónica

Redde datos

Cabeceracentral

Estudios,videoteca

Cabeceraremota

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Hub

Red de transporte


Amplificador bidireccionalTap

microondas

Fibra

coaxial

ONT

ONT

Splitter óptico

acometida

Cable módem +“set top box”+ adaptador telefonía

Redtelefónica

Redde datos

Figura 21. Red HFC bidireccional

2.2.2 Estructura y elementos de red En este apartado se describen brevemente los principales elementos de red que componen una red de distribución de TV HFC.

2.2.2.1 Cabecera En la Figura 22 se muestra la estructura de una cabecera de HFC para distribución de TV analógica. Su principal función es combinar las distintas fuentes de programación, ubicándolas en los canales del espectro del cable, con la modulación de los receptores analógicos convencionales.

A la izquierda de la figura se muestran las posibles fuentes de programación:

• Recepción de canales analógicos por satélite, cada uno de ellos ocupando el ancho de banda de un transpondedor de satélite (27 MHz). La captación de estas señales, moduladas en FM para mantener la calidad, se realiza con antenas parabólicas orientadas hacia el correspondiente satélite. Cada antena dispone en su foco de un amplificador de bajo ruido (Low Noise Block, LNB) que, además, traslada la señal del satélite a una banda de frecuencias más baja. Debido a las polarizaciones ortogonales usadas en la transmisión vía


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satélite, es posible que una misma antena alimente a dos LNB con distinta polarización. También es posible utilizar una antena motorizada como sistema redundante, que puede sustituir a cualquiera de las fijas en caso de fallo de algún elemento (no representada en la figura). La salida de los LNB se lleva a los receptores de satélite analógico, que producen a la salida señales de vídeo y audio en banda base.

MezcladorTrans. Ópt.

SS

SS

ModuladoresAnalóg Frec. fijaModuladores

Analóg Frec. fijaModuladoresAnalóg Frec. fijaModuladores


Analóg. Frec. fija

ModuladoresAnalóg. Agil

LNBCanales

analógicosen FM

DemoduladorTerrest. Freq. Fija.

Decodif. NICAMDemodulador

Terrest. Freq. Fija.Decodif. NICAM

DemoduladorTerrest. Freq. FijaDecodif. NICAM

DemoduladorTerrest. Agil

Decodif. NICAM

CONMUTADOR

ANALÓGICODecodificador

Transportedigital

CanalesanalógicosAM-VSB

Canalesanalógicos

digitalizados34Mbps/canal

DecodificadorTransporte

digital

ReceptoresSatélite-Analog.Receptores

Satélite-Analog.ReceptoresSatélite-Analog.


SS

SS

ModuladoresAnalóg Frec. fijaModuladores



Analóg. Frec. fija

ModuladoresAnalóg. Agil

LNBCanales

analógicosen FM

DemoduladorTerrest. Freq. Fija.

Decodif. NICAMDemodulador

Terrest. Freq. Fija.Decodif. NICAM

DemoduladorTerrest. Freq. FijaDecodif. NICAM

DemoduladorTerrest. Agil

Decodif. NICAM

CONMUTADOR

ANALÓGICODecodificador

Transportedigital


Canalesanalógicos


DecodificadorTransporte

digital

ReceptoresSatélite-Analog.Receptores

Satélite-Analog.ReceptoresSatélite-Analog.

Figura 22. Cabecera de HFC para distribución de TV analógica

• Otra fuente de programación son las emisiones terrestres. Con el fin de garantizar la calidad (realmente, conseguir que sea mejor que la que podría conseguir el usuario por captación directa), se utilizan antenas altamente direccionales y sintonizadas a cada canal, ubicadas en sitios desde donde se consiga visión directa con los emisores. Como sistema redundante se utiliza una antena de banda ancha y un receptor sintonizable, capaz de servir a cualquiera de los canales recibidos. En el caso de emisiones con audio NICAM, se requiere el correspondiente decodificador.

• La cabecera puede recibir programas provenientes de otras fuentes. Así, por ejemplo, en la Figura 22 se muestra la recepción de programas transportados mediante SDH en contenedores de 34 Mbit/s. En este caso, se requieren los correspondientes decodificadores para la extracción de la señal en banda base.


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• Otras posibilidades de contribución de programas, no representadas, son: recepción desde estudio (en banda base, o con interfaz digital sin comprimir SDI); emisiones de satélite digitales (de 8 a 15 canales por transpondedor); o canales modulados en FM por microondas, sistemas de fibra o coaxiales. En cualquier caso, se requiere el correspondiente demodulador/decodificador para la obtención de las señales de audio y vídeo en banda base.

Las señales de banda base se entregan a moduladores AM-VSB de frecuencia fija, uno por canal del coaxial, los cuales modulan y sitúan cada programa en su canal correspondiente. Por razones de redundancia y flexibilidad de configuración, se equipa una matriz analógica, de forma que se pueda asignar cualquier banda base a cualquier modulador y que, en caso de avería del modulador de frecuencia fija, se pueda conectar la señal de banda base a un modulador de frecuencia variable, sintonizado a la frecuencia de la unidad averiada. En caso de requerir acceso condicional a determinados canales, el operador de cable puede recurrir al empleo de scramblers de señal en banda base (círculos etiquetados con una S en la figura). Otra posibilidad, menos frecuente, es utilizar sistemas de acceso condicional en radio frecuencia.

A la salida de cada modulador AM-VSB se obtiene un canal con 8 MHz de ancho de banda (sistema europeo PAL) ubicado en alguno de los aproximadamente 60 canales disponibles en la banda entre 50 y 550 MHz.

Para añadir distribución de televisión digital, el método más directo y económico es pasar casi transparentemente las emisiones digitales difundidas vía satélite. Cada transpondedor de satélite digital puede multiplexar un cierto número de programas (típicamente, 8), en formato MPEG múltiple de transporte (MPEG-MPTS), con modulación QPSK. La salida del LNB se conecta a unos módulos IRT (Integrated Receiver Transcoder) que efectúan el cambio del formato de modulación QPSK del satélite al del cable (típicamente, 64-QAM). El IRT se encarga también de ubicar el programa MPTS dentro de la banda del espectro correspondiente al cable (un canal de 8 MHz en la parte alta de 550 a 850 MHz), extrayendo y actualizando las tablas de sistema. El coste de proveer 48 programas digitales (6 IRTs), recibidos en la misma antena parabólica (con un coste estimado de la antena de unos 10.000 euros), con un sistema de control de acceso condicional a la programación desde la cabecera del cable se puede cifrar en unos 210.000 euros. Por supuesto, no conviene olvidar que la distribución digital implica la existencia de set-top boxes digitales en casa de los abonados, con un coste entre los 300 y los 500 euros, a los que normalmente hay que añadir entre 50 y 100 euros adicionales en concepto de instalación [7]. En la Figura 23 se muestra un diagrama simplificado de esta red.

Si el operador de cable quiere generar su propia programación en digital a partir de programación recibida en banda base, ya sea de estudio, de reproductores de cinta, o de emisiones demoduladas provenientes de los transportes antes mencionados, deberá equipar codificadores MPEG por canal, seguidos de multiplexores y equipos de control. El coste de este tipo de equipamiento puede alcanzar los 50.000 euros por canal, sin tener en cuenta la generación propia de la programación, que puede oscilar desde los 25.000 euros por canal para un reproductor de vídeo, hasta cientos de miles de euros para estudios.


45

Canalesanalógicos

en FMCanales

analógicosAM-VSB

Canalesanalógicos


IRTIRT

IRTCanalesdigitales

MPEG-MPTSQPSK

Canales digitalesMPEG-MPTS

64-QAM


Canal-DSControl STB

LNB

LNB

Cadena de inserción analógica

Canalesanalógicos

en FMCanales

analógicosAM-VSB

Canalesanalógicos


IRTIRT

IRTCanalesdigitales

MPEG-MPTSQPSK

Canales digitalesMPEG-MPTS

64-QAM


Canal-DSControl STB

LNB

LNB


Figura 23. Cabecera con distribución digital y analógica

En la actualidad los nuevos de operadores de cable nacen como operadores multiservicio, proporcionando telefonía y servicio de datos (Internet de Alta velocidad). Estos servicios de proporcionan mediante la red coaxial a usuarios residenciales y PYMEs (o incluso directamente con fibra en el caso de abonados de negocio), lo que requiere bidireccionalidad en la red de fibra-coaxial. Esto se consigue utilizando división en frecuencia, empleando la banda de 5 a 50 MHZ en sentido ascendente, desde los usuarios, equipados con módems de cable, hasta las terminaciones óptico-eléctricas. Desde éstas hasta la cabecera la información ascendente se envía normalmente por una fibra punto a punto.

En la Figura 24 se muestra la estructura de una cabecera HFC multiservicio. En el ejemplo se considera el empleo de técnicas por división en el tiempo (TDM) para proporcionar telefonía. Para ello se modulan uno o varios sistemas de 30 canales telefónicos (2 Mbit/s) sobre sendos canales ascendente y descendente del sistema de cable, los cuales se comparten entre los abonados de la tirada coaxial que parte del conversor electro-óptico. Estos canales se prolongan desde cada conversor a la cabecera. Los abonados disponen de los terminadores adecuados para hacer la interfaz entre el aparato telefónico y el coaxial (Cable Network Termination, CNT). Existen protocolos, generalmente propietarios, para la asignación dinámica de los canales del cable a los abonados cuando se producen llamadas dirigidas a (u originadas por) los mismos. La cabecera incorpora un nodo de acceso (denominado Host Digital Terminal en terminología HFC) para controlar esta función desde el lado coaxial, que ofrece una interfaz, generalmente normalizada (V5.2 en Europa), hacia la red telefónica.


46

Para el acceso de datos se usa también la banda de 5 a 50 MHz en sentido ascendente, así como la banda por encima de los 550 a 860 MHz en sentido descendente. El elemento que recibe y envía los flujos de datos en la cabecera es el CMTS (Cable Modem Termination System). Este dispositivo realiza la codificación, modulación y gestión de acceso al medio compartido por los módems de cable, proporcionando una interfaz Ethernet. Esta interfaz se conecta a un conmutador Ethernet que interconecta el resto de dispositivos de datos requeridos en la cabecera: un servidor AAA (Authentication, Authorization and Accounting), para control de acceso y tarificación; un servidor de contenidos locales y de caching para las paginas más accedidas; y un router que, además de las funciones habituales de encaminamiento, proporciona la terminación de línea hacia la red de datos.

LNB

Canalesanalógicos

en FM


Canales analógicosdigitalizados

34Mbps/canal

LNB

Canalesdigitales

MPEG-MPTSQPSK

Nodoacceso

telefoníaTDM

Interfaztelefónico

de acceso V 5.2A la redtelefónica

Ethernet

ServidorAAA

ServidorWeb localcaching

Ethernet

EthernetRouter

Interfazred de datos

ej. ATMA la redde datos


Cadena de inserción digital

SwitchEthernet


CMTS

SPLITTER

LNBLNB

Canalesanalógicos

en FM



34Mbps/canal

LNBLNB

Canalesdigitales

MPEG-MPTSQPSK

Nodoacceso

telefoníaTDM

Interfaztelefónico

de acceso V 5.2A la redtelefónica

Ethernet

ServidorAAA


Ethernet

EthernetRouter

Interfazred de datos

ej. ATMA la redde datos





SwitchEthernet


CMTS

SPLITTER

Figura 24. Cabecera HFC para todos los servicios, telefonía TDM

Dentro de lo que constituye una de las líneas de evolución más probables, en la Figura 25 se representa una alternativa para la provisión del servicio telefónico sobre IP. Esto es posible gracias al estándar DOCSIS 1.1 (Data Over Cable Service Interface Specification) en el que se especifican mecanismos para garantizar la QoS de flujos de datos en tiempo real como la voz. En este esquema, la voz y los datos comparten los mismos canales, obteniendo un tratamiento uniforme en la red HFC. El equipo de abonado es ahora un cable módem con una función de pasarela residencial de voz sobre IP (VoIP Residential Gateway), que codifica las señales del aparato telefónico adecuadamente para su trasporte sobre IP.


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En la figura se muestran elementos como la pasarela de VoIP, que permiten conectar una red de voz sobre IP con la red telefónica pública convencional. Estas pasarelas pueden estar ubicadas en cada cabecera o bien encontrarse centralizadas, pudiendo una misma pasarela atender a varias cabeceras. Asimismo, se muestra el servidor de llamadas que realiza todas las funciones de control de llamada, comunicándose vía IP con las diferentes pasarelas (las residenciales y centralizadas). Obsérvese que para la comunicación entre dos abonados de telefonía de la misma red de cable no es necesario pasar por la red telefónica pública, realizándose toda la comunicación sobre IP bajo el control del servidor de llamadas.

La parte de equipo de datos (CMTS, router, servidores, control, etc.) puede rondar el orden de los 200.000 euros para unos 8.000 abonados. Un equipo de telefonía TDM estará en el mismo orden de magnitud. Los módem de cable se encuentran en el rango de 300 a 500 euros.

LNB

Canalesanalógicos

en FM



34Mbps/canal

LNB

Canalesdigitales

MPEG-MPTSQPSK

ServidorAAA


Ethernet




CMTSEthernetRouter Switch

EthernetInterfazred de datos

ej. ATM

A la redde datos

Ethernet

SPLITTER

VoIPGateway

A la redtelefónica

Call Server

LNBLNB

Canalesanalógicos

en FM



34Mbps/canal

LNBLNB

Canalesdigitales

MPEG-MPTSQPSK

ServidorAAA


Ethernet






CMTSEthernetRouter Switch

EthernetInterfazred de datos

ej. ATM

A la redde datos

Ethernet

SPLITTER

VoIPGateway

A la redtelefónica

Call Server

Figura 25. Cabecera HFC para todos los servicios, telefonía sobre IP

2.2.2.2 Red troncal Normalmente, las redes troncales son redes ópticas con una topología a dos niveles, lo que permite la cobertura económica de una gran área. En la Figura 26 se muestra un diagrama de referencia de una red troncal, centrado en la parte de transmisión hacia los usuarios.


48

Red troncal 1er nivel Red troncal 2º nivel

TRO

TRO

TRO

TRO

Nodo deDistribución

Primario


Primario

Cabecera

Red troncal 1er nivel Red troncal 2º nivelRed troncal 1er nivel Red troncal 2º nivel

TRO

TRO

TRO

TRO


Primario


Primario

Cabecera

Figura 26. Red troncal a dos niveles, transmisión hacia el usuario

Las cabeceras alcanzan los nodos primarios, generalmente distantes de la misma y que atienden a áreas que sirven entre miles y decenas de miles de abonados. Estos nodos primarios, a su vez, amplifican y distribuyen la señal hasta las Terminaciones de Red Óptica (TRO/ONT), dónde se realiza la conversión a la señal eléctrica que alimenta los cables coaxiales. Las TRO cubren áreas típicamente de 500 usuarios, aunque en sistemas con gran penetración de fibra el número se puede reducir a 100 e incluso a unas pocas decenas.

En la Figura 26 se representa, en el primer nivel de red troncal, un sistema de transmisión redundante punto a punto entre la cabecera y el nodo primario, desplegado sobre un sistema de canalizaciones en anillo. Desde la cabecera hasta el nodo primario superior se tira una fibra punto a punto a través de una canalización directa entre los nodos. Una segunda fibra, también punto a punto, discurre a través de canalizaciones que pasan por el nodo primario inferior pero sin tener conexión con él. Esta estructura también se suele repetir en el segundo nivel troncal aunque no se representa en la figura.

Los sistemas ópticos troncales pueden trabajar en la segunda (1330 nm) o tercera (1550 nm) ventana óptica. Los sistemas en tercera ventana tienen la ventaja de tener alcances mayores debido a que la atenuación de la fibra a estas longitudes de onda es mínima. Además, este alcance se puede ampliar con amplificación puramente óptica; motivo por el cual los nodos primarios se realizan con amplificadores ópticos de gran linealidad (EDFA: Erbium Doped Fiber Amplifiers). De esta manera, se consigue permanecer en el dominio óptico desde la cabecera hasta las terminaciones de red (TRO). En el caso de la segunda ventana, no existen amplificadores ópticos comerciales; por lo que para amplificar la señal hay que efectuar una doble conversión (opto-eléctrica y electro-óptica). En ocasiones, la ventaja de la tercera ventana frente a la segunda puede convertirse en una desventaja. Como se ha


49

indicado, los nodos primarios atienden áreas con decenas de miles de usuarios, lo cual puede corresponderse con ciudades o zonas que requieran la inserción de programación local. En la actualidad, esta inserción se realiza de forma económica a nivel eléctrico, algo disponible de forma “natural” en los nodos de segunda ventana. En cambio, la inserción a nivel óptico, usando multiplexación en longitud de onda, resulta hoy en día cara. Por estas y otras razones de coste de despliegue, existen sistemas de tercera ventana en el primer nivel troncal y de segunda ventana en el segundo nivel.

Por lo que respecta a los trayectos de transmisión de usuario a cabecera en la red troncal, una primera solución consiste en mantener los dominios de compartición del ancho de banda ascendente (y, consecuentemente, los dominios de colisión) circunscritos a cada área atendida por la tirada coaxial, es decir, al área atendida por un TRO. El canal descendente (potencialmente de mayor ancho de banda potencial) se comparte por todos los abonados de la red. Esta sencilla configuración solamente requiere instalar un transmisor óptico en sentido ascendente en el TRO, un amplificador en el nodo primario y tiradas de fibra punto a punto entre cada TRO y la cabecera (con un punto de amplificación en el nodo primario, tal como se muestra en la Figura 27.

La solución que acaba de describirse, sin embargo, sólo es aceptable en redes muy pequeñas, ya que la compartición de la capacidad de bajada entre todos los usuarios de la red (entre decenas y cientos de miles en redes grandes) no proporciona los anchos de banda requeridos.


TRO

TRO


Primario


Primario

CMTSy

HDTCab

ecer

a

TRO

TRO


TRO

TRO


Primario


Primario

CMTSy

HDTCab

ecer

a

TRO

TRO

Figura 27. Implementación de canal ascendente en red troncal: aproximación 1


50

En caso de que los nodos primarios atiendan a miles o decenas de miles de usuarios, la solución más adecuada y extendida en la actualidad consiste en utilizar CMTS/HDT en cada nodo primario, accediendo a ellos a través de una red de transmisión convencional (por ejemplo, SDH sobre fibra), manteniendo los servidores en la cabecera. En esta solución, el dominio de compartición de ancho de banda ascendente sigue siendo el TRO. En sentido descendente, el dominio de compartición se establece por nodo primario, en vez de sobre la red en su totalidad. Además el número de fibras requeridas entre los nodos primarios y la cabecera se reduce. Esta solución se muestra en la Figura 28.

Nuevamente, la tendencia de evolución actual se dirige a la ubicación de funciones CMTS y HDT en la cabecera (head-end consolidation), utilizando técnicas DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) en sentido descendente y de apilamiento de frecuencias FSS (Frequency Stacking System) en sentido ascendente. En esencia, se trata de enviar desde la cabecera el caudal descendente de servicios interactivos en una longitud de onda. De esta manera, la información contenida en esa longitud de onda, combinada con el canal descendente de TV analógica, se envía a un TRO (o grupo de TROs, dependiendo de la penetración de los servicios). En sentido ascendente, la banda de 5-50 MHz de varios TRO se desplaza en frecuencia, de manera que se forma un múltiple por división en frecuencia, que se puede usar para modular una longitud de onda, que a su vez se multiplexa en WDM en una fibra en sentido ascendente [8].


TRO

TRO


Primario


Primario

Cabecera

TRO

TRO

CMTSY

HDT

CMTSY

HDT

Red SDH


TRO

TRO


Primario


Primario

Cabecera

TRO

TRO

CMTSY

HDT

CMTSY

HDT

Red SDH

Figura 28. Implementación de canal ascendente en red troncal: aproximación 2

En la Figura 29 se muestra de manera simplificada el esquema resultante. Cabe señalar que, en la práctica, suelen utilizarse mecanismos de redundancia como los expuestos anteriormente para los anillos de distribución.


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Cabecera

TRO

TRO


Primario

CMTSY

HDT λ1λ2λ3

λnDemux

λ1λ2

λnMux

λ1λ2λ3

λn

Mux

λ1λ2

λnDemux

λ1+ λ2+...+ λν

λ1+ λ2+...+ λn


O/E

E/OCabecera

TRO

TRO


Primario

CMTSY

HDT λ1λ2λ3

λnDemux

λ1λ2

λnMux

λ1λ2λ3

λn

Mux

λ1λ2

λnDemux

λ1+ λ2+...+ λν

λ1+ λ2+...+ λn


O/E

E/O

Figura 29. Red troncal utilizando DWDM

2.2.2.3 Red de distribución La red de distribución HFC está basada en transporte mediante cable coaxial, siendo sus principales componentes los siguientes:

• Activos: amplificadores de línea (Line-Extender), cuyo diagrama simplificado puede verse en la Figura 30. Sus características más importantes son:

- En sentido descendente, debe cumplir requisitos muy estrictos en lo que se refiere al ancho de banda a amplificar (50-860 MHz) y a potencia suministrada (debido a la importante atenuación del cable a estas frecuencias y las múltiples derivaciones que pueden existir hacia los usuarios). Por este motivo, se utilizan configuraciones de amplificación en paralelo (power doubling) o feed forward [6].

- Por el contrario, en el sentido ascendente pueden utilizar configuraciones más sencillas en push-pull (menos ancho de banda en la parte baja del espectro).

- Los amplificadores de línea se telealimentan desde el TRO, normalmente en tensión alterna. Disponen también de una fuente de alimentación interna y proporcionan continuidad de alimentación hacia el siguiente extensor, si existe.

• Pasivos: los principales elementos pasivos son los taps que derivan parte de la energía que circula por el coaxial hacia las terminaciones donde se conectan las acometidas de usuario. Las derivaciones se presentan en


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configuraciones multiterminal de dos, cuatro u ocho salidas. Otros elementos pasivos son los divisores de potencia para derivar ramales coaxiales.

Control deganancia

yecualización

Pre-amp Amplif.Pot.

Amplif.retornoDiplexor Diplexor

DCAC Fuente dealimentación

Control deganancia

yecualización

Pre-amp Amplif.Pot.

Amplif.retornoDiplexor Diplexor

DCAC Fuente dealimentación

Figura 30. Esquema simplificado de extensor de línea coaxial

2.2.2.4 Equipos de Abonado

2.2.2.4.1 Equipos relacionados con el servicio de distribución de televisión

Los sistemas de cable están diseñados para que las emisiones de televisión analógica en abierto puedan recibirse directamente por los receptores de TV estándar sin necesidad de ningún equipo de adaptación.

Para la recepción de señales de televisión analógica codificada se hace necesario la inserción de un equipo set-top box entre la toma coaxial y el receptor de TV. Estos equipos disponen de unas etapa de demodulación específica del medio de transporte (cable RF), efectuando también el procesado de la codificación e información de sistema MPEG/DVB.

Entre los factores que confieren un valor diferencial a la TV digital cabe destacar la mejora de presentación y las facilidades de interacción que se ofrecen al usuario, desarrollando aplicaciones que manejan la información de sistema, y los flujos (streams) de datos que transportan los múltiplex. Para ello, los equipos de abonado soportan aplicaciones programadas que proporcionan los servicios finales. Estas aplicaciones se desarrollan sobre plataformas de programación, inicialmente propietarias, y que actualmente se basan en el empleo de interfaces de programación de aplicaciones (API). Así, recientemente se ha definido la especificación Multimedia Home Platform (MHP), basada en JAVA, que


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proporciona APIs para el desarrollo de aplicaciones compatibles entre equipos de diversos suministradores [9].

Dado el enorme parque existente de televisores analógicos, la aproximación más extendida es la utilización de adaptadores (set-top boxes) entre el dominio digital y el receptor analógico. El siguiente paso es la integración de estas funciones en un receptor de televisión digital. Si bien ya existen este tipo de aparatos en el mercado, su presencia no pasa de ser anecdótica

2.2.2.4.2 Módems de cable La función de un módem de cable (CM) es convertir la red de cable CATV en una vía transparente para el transporte de datos a alta velocidad, ofreciendo hacia el usuario interfaces estándar, normalmente 10/100 BaseT. En realidad, los módems funcionan como pasarelas (gateways), pasando de un protocolo Ethernet al protocolo utilizado en la red de cable. En cabecera se hace el proceso de conversión inverso, realizándose además ciertas funciones de control sobre el sistema.

El módem de cable, junto con el equipo de cabecera, implementa los niveles físico y de control de acceso al medio (MAC). Los grupos de estandarización han editado especificaciones para ambos niveles (DOCSIS [10]), dejando a elección del fabricante las capas a ubicar sobre ellos. No obstante, en DOCSIS 1.1/2.0 se establece como requisito el soporte de IP, así como de otros protocolos afines al mismo: SNMP (gestión); TFTP para descargas de programas y datos de configuración; DHCP para configuración dinámica de red de los ordenadores de usuario, e IGMP para gestión de grupos multicast.

Figura 31. Módem de cable

2.2.2.5 Características del Nivel Físico Las redes de TV por cable explotan un gran ancho de banda, por lo que son sistemas intrínsecamente FDM. El canal de retorno, aunque de menor capacidad, también sigue una estructura FDM.

Los módems de cable son sintonizables automáticamente (frequency agile), es decir, pueden transmitir y recibir señales en cualquiera de las frecuencias de los canales ascendentes y descendentes.


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Las portadoras emitidas desde cabecera o descendentes se colocarán junto con los canales de TV difundidos, en cualquier espacio libre entre 50 y 860 MHz. La ubicación de las portadoras ascendentes resulta más complicada debido al abundante ruido en esta zona del espectro, así como a la existencia de otros servicios como la telefonía o la TV interactiva. Como se muestra en la Tabla 5, la especificación DOCSIS 1.1 establece para el sentido ascendente el empleo de modulaciones QPSK ó 16QAM, con velocidades de símbolo de 160, 320, 640 y 2560. En la tabla se resumen las velocidades de símbolo y de bit, así como los anchos de banda ocupados, por estos canales de datos ascendentes:

Tabla 5. Velocidad vs. ancho de banda, canal ascendente

Velocidad de Símbolo

ks/s

Velocidad de bit QPSK kbit/s

Velocidad de bit 16QAM kbit/s

Ancho de banda ocupado

kHz

160 320 640 200

320 640 1280 400

640 1280 2560 800

1280 2560 5120 1600

2560 5120 10240 3200

La especificación Europea para DOCSIS 1.1 (ETSI ES 201 488-2) se aprobó en diciembre de 2002. En el mismo mes apareció en EE.UU. la versión DOCSIS 2.0, que multiplica por tres las capacidades del canal ascendente, utilizando modulación 64QAM y admitiendo canales de 6,4 MHz.

Estos sistemas crecen de forma escalonada en función de la demanda. Al poner en marcha un servicio, en principio se habilita una sola portadora descendente y otra ascendente, a las que estarán sintonizados todos los usuarios. En el caso de los sistemas asimétricos es frecuente que haya varias portadoras ascendentes (3 ó 4) asociadas a cada canal descendente. A medida que crece el número de usuarios, se habilitan más portadoras entre las que se reparten todos los abonados.

El módulo de cabecera indica a cada módem qué par de portadoras ha de sintonizar. Si se detecta una degradación de los parámetros de calidad de alguna de ellas (interferencias, alto nivel de ruido, exceso de tráfico etc.), se puede indicar a los módems que pasen a ocupar una portadora distinta. Estas tareas se realizan con herramientas de gestión de red que desde cabecera evalúan un conjunto de parámetros y dinámicamente efectúan cambios.

En sentido descendente, en la especificación DOCSIS 1.1 para Europa, los canales de datos se pueden encontrar en el rango de frecuencias entre 112 y 858 MHz. Los


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datos se organizan en paquetes MPEG-Transport Stream, de 188 octetos por paquete (los mismos que se usan en TV digital), con una cabecera específica para datos, lo que permite la multiplexación de datos y vídeo/audio en un mismo canal. Las modulaciones empleadas son de 64- y 256-QAM; que sobre un canal de 8 MHz permite una velocidad de símbolo de 6,952 Msimb/s, equivalente a una tasa de bit bruta de 41,7 Mbit/s y 55,6 Mbit/s.

2.2.2.6 Alternativas para acceder a un medio compartido Con objeto de permitir la asignación dinámica de ancho de banda a los usuarios, se usan dos estrategias.

Acceso por contienda. Algunos módems de cable para sistemas simétricos usan técnicas como la CSMA/CD de redes locales tipo Ethernet, pero adaptadas a las redes de cable, basadas en el protocolo IEEE 802.7. La aplicación de estas técnicas en redes de cable no es muy adecuada debido al desperdicio ancho de banda asociado a la resolución de colisiones. La probabilidad de colisión es elevada al tener que recorrer la señal la distancia entre el usuario y la cabecera, siendo el comportamiento impredecible para altas cargas de tráfico.

Acceso mediante solicitud-reserva. En este caso la cabecera deja de ser un mero repetidor y pasa a controlar el acceso al canal ascendente al mismo tiempo que es el único transmisor del canal descendente. Este método es habitual en los sistemas asimétricos en donde varios canales ascendentes se encuentran asociados a cada canal descendente. Un conjunto de módems tiene que transmitir por un mismo canal hacia un único órgano de cabecera que es quien indica cuándo y cómo lo pueden hacer. Para ello, el canal ascendente se estructura en ranuras de tiempo, pudiendo cada estación empezar a transmitir al comienzo de una de las ranuras. Cuando un módem tiene que transmitir solicitará a cabecera un determinado número de ranuras. La cabecera emite periódicamente información por el canal descendente indicando cual será la utilización que se haga de cada una de las ranuras en el siguiente intervalo de tiempo. Una ranura puede tener diferentes destinos: a) ranuras reservadas para la transmisión de datos desde una determinada estación; b) ranuras para solicitudes, accesibles por contienda, utilizadas por las estaciones con datos pendientes de transmitir para enviar sus peticiones de reserva; y c) ranuras para datos en modo contienda, accesibles por todas las estaciones (o sólo algunas de ellas) para transmitir datos.

En los accesos por contienda, tanto para solicitudes como para datos, la estación de cabecera debe confirmar la correcta recepción de los paquetes. En caso contrario, la estación emisora tendrá que retransmitir su paquete en la siguiente oportunidad, asumiendo que en la anterior hubo una colisión.

La cabecera ha de indicar la utilización de cada ranura con suficiente antelación, teniendo en cuenta el tiempo que tardará en llegar este mensaje a las estaciones más alejadas, el tiempo de proceso de éstas y el retardo de propagación de las mismas hasta cabecera. Esto da origen a las limitaciones de distancia de estos sistemas. Así, en la versión europea del DOCSIS 1.1 se establece un máximo de 160 km entre el


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CMTS y el terminal más distante, y también 160 km para la diferencia entre las distancias desde el CMTS al terminal más distante y al más cercano.

El controlador de cabecera transmite una referencia temporal periódicamente para que las estaciones estén sincronizadas. Este dato, junto con el retardo entre cada estación y la cabecera, es suficiente para que los datos lleguen alineados temporalmente a la cabecera. Por otro lado, el control de la asignación de ancho de banda por parte de la cabecera permite garantizar la calidad de servicio a cada estación y definir distintos tipos de servicio. De este modo, se permite garantizar un caudal máximo o mínimo a las estaciones que lo soliciten (el controlador les asignará periódicamente una ranura de forma dedicada), e incluso el soporte de servicios en tiempo real (conversaciones telefónicas) con garantías de QoS.

Al ser la transmisión por cable un medio compartido, se requieren medidas de seguridad, tanto para los datos del usuario, como para evitar alguien acceda a un servicio haciéndose pasar por otro abonado. En DOCSIS 1.1 se define un sistema de seguridad (Baseline Privacy), a nivel MAC, basado en cifrado de datos DES (Data Encryption Standard). Igualmente, define una extensión del protocolo MAC para el intercambio de claves. La autorización inicial está basada en la dirección IEEE MAC del módem, por lo que el sistema no es inmune a un atacante que consiga replicar esta dirección.

2.2.2.7 Niveles superiores En principio los módems de cable fueron pensados para implementar el nivel físico y el de control de acceso MAC, ofreciendo una vía transparente de comunicación de datos tipo red de área local. Como se ha visto anteriormente, DOCSIS 1.1 requiere que los módems implementen ciertos protocolos superiores que faciliten su gestión.

Los módems se pueden clasificar en los siguientes tipos:

1) Módems que implementan el nivel físico y MAC de forma transparente, comportándose como simples puentes, dejando a elección del usuario el empleo de cualquier tipo de protocolo sobre ellos.

2) Módems que encaminan tráfico IP. Algunos sistemas de módems de cable tienen como objetivo el transporte transparente de tráfico IP entre los usuarios y cabecera, donde se instala un router que lo encamina hacia un canal descendente o hacia otro destino en una red diferente.

3) Módems basados en ATM. Fragmentan los paquetes de datos en células ATM (53 octetos) y utilizan los protocolos de señalización ATM para proporcionar diferentes clases de servicios. Este tipo de módems proporcionan: a) plataformas multiservicio, b) gestión de calidad de servicio, c) creación de redes locales virtuales (VLANs), d) posibilidad de integrar voz y datos sobre ATM, e) acceso Ethernet en el módem y f) comportamiento como puente (bridge) transparente. En DOCSIS 1.1 está prevista la definición para el soporte de ATM.


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2.2.3 Madurez de la tecnología y del mercado Las redes de acceso sobre HFC pueden considerarse como una tecnología de banda ancha madura y utilizable. No obstante, cabe señalar que es una tecnología en continua evolución, encaminada hacia el soporte de mayores anchos de banda en el canal ascendente y hacia la integración de servicios.

2.2.3.1 Tecnología CableLabs18 es un consorcio de diferentes empresas de televisión por cable para investigar e identificar nuevas tecnologías de banda ancha, así como para la autorización de especificaciones y la certificación de productos. Ha elaborado el estándar de módem de cable (CM) y el sistema terminal de módem de cable (CMTS, Cable Modem Terminating Systems), formalmente conocido como DOCSIS, que permite la interoperabilidad y escalabilidad entre módems de cable de diferentes fabricantes.

En agosto de 2002, existían 214 tipos de módems de cable certificados con DOCSIS 1.0 y 32 con DOCSIS 1.1. En el caso de sistemas terminales CMTS, el número de equipos certificados era de 28 y 16, respectivamente. En esa fecha, el número de vendedores que había firmado el acuerdo de confidencialidad con DOCSIS superaba los 400, de los cuales 79 habían solicitado la certificación.

La tendencia de la tecnología de los equipos del usuario es a integrar en un mismo equipo el puerto de voz, el cable módem y el decodificador.

2.2.3.2 Mercado La tendencia de las operadoras de cable es la progresiva sustitución de la planta de coaxial por fibra óptica, acercando la fibra hacia el usuario (FTTH, FTTC). En las nuevas operadoras, lo habitual es desplegar la red troncal con fibra óptica y la red de distribución con coaxial. A medida que los equipos ópticos sean más asequibles, más se acercará la fibra óptica al usuario.

El consorcio CableLabs tiene 50 miembros o empresas asociadas de redes de cable. Según sus fuentes, en 2001 se habían vendido más de 15 millones de módems de cable DOCSIS, siendo la previsión para 2003 de 20 millones.

El proyecto OpenCable19, en el que se está definiendo una plataforma común para el desarrollo de servicios interactivos, participan 90 compañías diferentes (entre ellas, ATT, Microsoft, Motorola, Philips y Siemens).

18 www.cablelabs.com 19 www.opencable.com


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2.2.4 Prestaciones En la mayoría de los casos, la topología de red es transparente para los módems, que simplemente exigen una serie de parámetros de calidad de servicio (QoS) en la transmisión para garantizar su correcto funcionamiento. Estos parámetros incluyen aspectos de nivel de ruido, interferencias, relación S/N, máximo retardo de propagación, capacidad nominal, caudal efectivo, etc.

2.2.4.1 El ruido y las interferencias en el canal de retorno Existen dos parámetros que influyen negativamente en las portadoras digitales del canal de retorno entre 5 MHz. y 45 MHz. Se trata del nivel de ruido y el ruido ingress. Las fuentes de este último son múltiples: señales de telefonía móvil, señales de radio, la red eléctrica del usuario, motores eléctricos etc. Este efecto externo es acumulativo con el nivel de ruido, siendo imposible su eliminación completa.

En el canal ascendente, las señales provenientes de cada usuario junto con el ruido de los elementos que atraviesa (amplificadores, distribuidores, conectores etc.), se van sumando y acaban convergiendo en un único punto en el que se produce un efecto chimenea (noise funneling), que aumenta con el número de usuarios. El ruido generado por los aparatos electrodomésticos, añadido al propio del cable, limita el tamaño de los nodos ópticos

Para reducir los efectos de ruido existen varias alternativas. Una primera posibilidad es monitorizar el estado del canal, procediendo a cambiar automáticamente de canal si la calidad cae por debajo de un cierto umbral. Otras soluciones son la reducción del ancho de banda del canal o el cambio de esquema de modulación cuando la ocupación del canal ascendente es alta. Estas soluciones conllevan una merma de calidad de servicio (menos velocidad), pero evitan que el usuario experimente interrupciones.

2.2.4.2 Seguridad en un medio compartido En las redes de cable hay que tomar ciertas medidas de seguridad ya que, en principio, cualquier usuario podría escuchar la información transmitida a otro usuario. Para resolver este problema, los sistemas de módems de cable contemplan una serie de mecanismos de seguridad (ver apartado 2.2.2.6): control de acceso basado en alta previa de la dirección IEEE MAC en la cabecera, cifrado de los datos con DES y gestión remota basada en el empleo de claves secretas.

2.2.4.3 Capacidad nominal y caudal efectivo La capacidad nominal máxima en el canal de retorno es de 5 Mbit/s en la especificación DOCSIS 1.0, de 10 Mbit/s en DOCSIS 1.1 y de 30 Mbit/s en DOCSIS 2.0 (ver sección 2.2.2.5). En la práctica sin embargo, el caudal efectivo suele está entorno a los 2 Mbit/s. Esto es debido a que el caudal efectivo depende de la modulación empleada y de la relación señal/ruido (CNR). Por otro lado, ha de tenerse en cuenta que muchos operadores con implantación nacional desde hace 4 ó 5 años, tienen equipos propietarios que no siguen el estándar DOCSIS.


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La capacidad nominal en el canal descendente es de 55,6 Mbit/s (para canales de 8 MHz), con un caudal efectivo de aproximadamente 30 Mbit/s.

A modo de ejemplo, a continuación se resumen las especificaciones del canal retorno de un fabricante: a) capacidad nominal 2,56 Mbit/s en el canal 1,8 MHz, b) caudal útil 1,92 Mbit/s, c) rango de operación 5-40 MHz, d) modulación QPSK, e) cifrado DES con 40 bits ó 56 bits, f) BER de 10-9 a 16 dB CNR. Para el canal descendente, el mismo fabricante proporciona los siguientes datos: a) capacidad nominal 30,336 Mbit/s en el canal 6 MHz, b) caudal útil 23,9 Mbit/s, c) rango de operación 88-800 MHz, d) modulación 64-QAM, e) cifrado DES con 40 bits ó 56 bits, f) BER 10-9 a 23 dB CNR.

En el caso de usuarios empresariales, es posible proporcionar un ancho de banda fijo o garantizado (CBR), pero poco significativos en cuanto a cantidad.

2.2.5 Adecuación a los servicios considerados Distribución de TV. Las redes HFC no sólo son adecuadas para este tipo de servicios, sino que además es la aplicación “estrella”. Ello se debe tanto al ancho de banda disponible, que típicamente permite 30 canales de TV analógicos o 100 canales de TV digitales, como por la posibilidad de interactividad por el canal de retorno.

La interactividad normalmente se ofrece en el caso de TV digital. En todo caso se trata de funciones básicas, para las que se requiere poca capacidad en el canal ascendente (o incluso nula, ya que la interactividad puede proporcionarla el propio set-top box en modo carrusel, efectuando la selección el usuario mediante una especie de menú de teletexto).

Para servicios de pago (acceso condicional) analógicos se requiere un descodificador. En el caso de TV digital es necesario un set-top box que, además de las funciones de demodulación y decodificación, incorpore funciones específicas para acceso condicional.

La digitalización y compresión de señales de vídeo permite la difusión simultánea de un número de canales cada vez mayor. El servicio de Vídeo Bajo Demanda puro, digital, para muchos abonados requiere sistemas en cabecera complejos y de gran capacidad.

El servicio de telefonía o servicios de voz, también se puede integrar en las redes de cable debido a su bidireccionalidad. Requiere tiempo real y ancho de banda constante mientras dure la transmisión. La alimentación de dichos equipos puede ser local (en el domicilio del abonado), a partir de la red de distribución de energía, con batería de respaldo para asegurar el servicio, o remota a partir de los TRO.

El usuario dispone de un dispositivo (adaptador de telefonía) con interfaz de cable coaxial que convierte las señales telefónicas en señales RF para su transmisión sobre la red HFC. En la cabecera existe un módem que modula y demodula (QPSK) el tráfico ascendente y descendente intercambiado sobre el puerto de voz. En sentido ascendente se usa el espectro entre 5 y 50 MHz, coincidiendo con el canal


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ascendente para datos, compartiendo capacidad con este servicio. El canal descendente usa el espectro entre 375 MHz y 860 MHz.

Este esquema de transporte de voz normalmente se basa en multiplexado por división en el tiempo (TDM). No obstante, no existe normalización al respecto, por lo que los fabricantes suelen utilizar soluciones propietarias. A modo de ejemplo, en las especificaciones de un fabricante20 se describe el empleo de la portadora de 1,8 MHz (24 canales de 64 kbit/s) en el canal ascendente y otra portadora igual en el descendente, lo que permite 24 conversaciones simultáneas. En cualquier caso, los servicios de voz ofrecidos suelen disponer de las mismas funcionalidades que en las redes de conmutación de circuitos

Actualmente, se tiende a la integración sobre el mismo equipo del puerto de voz, del cable módem y del decodificador. También se aprecia la tendencia de los fabricantes a soluciones de voz sobre IP (VoIP). Las técnicas de VoIP permiten el empleo de un único método de transmisión en el cable, al mismo tiempo que favorecen una utilización más eficiente del espectro. Sin embargo, este tipo de soluciones requieren la existencia de mecanismos de QoS que garanticen unos valores pérdidas, retardos y jitter dentro de unos niveles adecuados. Al efecto, en DOCSIS 1.1 se definen los requisitos de QoS a satisfacer para hacer factible esta aplicación. El empleo de soluciones normalizadas evita la dependencia de un solo suministrador.

Algunos operadores de cable han optado por suministrar la telefonía a sus abonados mediante un par de cobre (gemelo o siamés) junto al cable coaxial. Se trata de operadores que desplegaron su red antes de que los fabricantes ofreciesen integración de voz, datos y TV sobre un mismo cable. La solución en este caso es el despliegue de una red telefónica superpuesta a la red de cable, con la que comparte canalizaciones y armarios, equipando concentradores telefónicos junto a los TRO. Este tipo de soluciones tiene como ventaja el no compartir el espectro con el canal de retorno, así como disponer de la alimentación en el nodo de distribución.

Los servicios de Internet y datos. Las redes HFC son adecuadas para los servicios de Internet y datos, adaptándose al crecimiento esperado de las aplicaciones punto a punto y multimedia, y con las limitaciones propias de la reparto del canal de retorno entre todos los usuarios que comparten el canal. Puede considerarse una solución comparable con otras alternativas, e incluso a veces más ventajosa. No en vano, en EE.UU., las redes de cable constituyen la tecnología de acceso con mayor número de usuarios a Internet a Alta Velocidad. La posibilidad de combinar el acceso a Internet con la transmisión de vídeo digital en aplicaciones ligadas al contenido de la TV digital, le confiere un potencial adicional.

Los servicios interactivos tales como juegos, teletexto interactivo, telecompra, videojuegos interactivos, requieren interactividad y tiempos de respuesta pequeños entre los usuarios de la red. Como se ha indicado, las redes de cable son capaces de proporcionar interactividad. En cuanto a los tiempos de respuesta, resulta factible mantenerlos dentro de los márgenes requeridos por este tipo de aplicaciones.

20 www.nortel.com


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2.2.6 Aspectos regulatorios y de normalización Las operadoras de cable en España prestan sus servicios en las diferentes demarcaciones definidas para cada Comunidad Autónoma, en virtud de licencias obtenidas por concurso. Así, por ejemplo, actualmente se ofrece servicio en las comunidades de Madrid (Madritel), Andalucía (Supercable), Castilla y León (Retecal), La Rioja (Reterioja), País Vasco (Euskaltel), Asturias (Telecable), Navarra (Retena), Cataluña (Menta), Islas canarias (Canarias Telecom). La empresa ONO (Cableuropa) da servicio en demarcaciones de varias comunidades (Valencia, Castilla La Mancha, Andalucía, Baleares, Cantabria). Cabe señalar la existencia de algunas demarcaciones cuyos concursos han quedado desiertos.

Telefónica Cable también puede desplegar redes de cable en diferentes Comunidades Autónomas, si bien de momento parece ser que se inclina más por explotar la tecnología ADSL.

2.2.6.1 DOCSIS El estándar DOCSIS (Data over Cable Service Interface Specification), desarrollado por el consorcio CableLabs, es quizá el más importante dentro del ámbito de las redes de cable. Prueba de ello es su aceptación como estándar por ITU, ETSI y SCTE. Hasta la fecha, se han definido tres versiones de DOCSIS. En la Tabla 6 se indican, de manera resumida, algunas de las principales características de cada versión.

Tabla 6. Versiones de DOCSIS

Estándar Prestaciones Servicios y beneficios

DOCSIS 1.0 5 Mbit/s u/s

Especificación estándar Alta velocidad de datos Acceso a Internet

DOCSIS 1.1 10 Mbit/s u/s (retorno)

Calidad de Servicio Seguridad

Doble capacidad u/s(retorno) Bajo costo

Advanced PHY 30 Mbit/s u/s (retorno) DOCSIS 2.0

S- CDMA A-TDMA

Servicios simétricos Punto-a-Punto Business-to-business (B2B)

Unos de los aspectos más importantes que introduce la versión DOCSIS 1.1 es el soporte de servicios con garantías de QoS, para servicios sensibles al retardo. Este tipo de servicios se añade al servicio sin garantías (best effort), el único considerado en DOCSIS 1.0.

La versión DOCSIS 2.0 introduce una serie de novedades, incluyendo las que permiten el desarrollo de módems de bajo costo (50 euros), el soporte de servicios simétricos, mayor inmunidad frente al ruido y servicios IP multicast. Esta versión define también dos nuevos métodos de modulación: S-CDMA (Synchronous Code Division Multiple Access) y A-TDMA (Advance frequency agile Time Division Multiple Access).


62

Otro de los aspectos más destacables del estándar DOCSIS 2.0 es la especificación de una arquitectura abierta, cuya estructura básica se ilustra en la Figura 32. Por último, señalar que el estándar DOCSIS 2.0 garantiza la compatibilidad con las versiones DOCSIS 1.0 y 1.1.

Además de las especificaciones DOCSIS, el consorcio CableLabs lleva a cabo una serie de proyectos, como son:

• PacketCable21: iniciativa para desarrollar especificaciones de interfaces para servicios multimedia en tiempo real sobre IP (telefonía IP, conferencias multimedia, juegos interactivos, etc.)

• OpenCable22: cuyo objetivo es definir la especificación hardware y software (OCAP OpenCable Applications Platform) de una plataforma común para el desarrollo de servicios interactivos, salvando el problema de los sistemas operativos propietarios. Dentro de este proyecto participan 90 compañías diferentes, entre las que se encuentran ATT, Microsoft, Motorola, Philips y Siemens.

• Go2Broadband (G2B): servicio de CableLabs para la venta de servicios de cable.

• CableHome: un proyecto para desarrollar las especificaciones necesarias para extender los servicios de cable en casa, con calidad de servicio, interoperabilidad de dispositivos y manejo de red.

• VOD Metadata23: desarrollo de especificaciones para Vídeo bajo Demanda (CableLabs Video-on-Demand Content Specification V1.0).

Dentro del ámbito europeo, cabe destacar la extensión de DOCSIS especificada por ETSI en diciembre de 2002, denominada EuroDOCSIS 1.1 (ES 201 488-2). Así mismo, mencionar la disponibilidad de la especificación EuroDOCSIS CMs que describen los requisitos de un módem de cable empotrado en un set-top box DVB-C.

2.2.7 Escalabilidad La topología de las redes HFC permite la ampliación progresiva del sistema en función de la demanda de utilización del canal de retorno. La solución consiste en ir reduciendo el número de abonados que comparten cada canal de retorno a medida que crece el tráfico. Así, por ejemplo, se puede partir de una situación inicial con 200 usuarios rama de cable coaxial. En caso de que aumente el volumen de tráfico en el canal de retorno, esta cantidad puede reducirse a 100 usuarios.

21 www.packetcable.com 22 www.opencable.com 23 www.cablelabs.com/metadata/


63

Protocolo Internet (IP)

Protocolos PacketCable

Nivel Físico (Broadband Modem Physical Layer)

Control de Acceso al Medio (MAC)

Servicios basados

en IP

Voz/vídeotelefonía

TVinteractiva

DOCSIS

PACKETCABLE

Protocolo Internet (IP)

Protocolos PacketCable

Nivel Físico (Broadband Modem Physical Layer)

Control de Acceso al Medio (MAC)

Servicios basados

en IP

Voz/vídeotelefonía

TVinteractiva

DOCSIS

PACKETCABLE

Figura 32. Arquitectura abierta de DOCSIS 2.0

Para efectuar esta reducción, es necesario ir aproximando cada vez más la fibra óptica hacia los usuarios, con lo que el tamaño del nodo óptico se reduce y, por tanto, el número de abonados que comparten cada canal de retorno. Esto es posible gracias a que en el despliegue de las ramas troncales se suelen emplear cables con múltiples fibras (cables de 48 ó 96 fibras), utilizándose inicialmente tan sólo dos (una para cada sentido). En caso de requerir ampliar la capacidad del sistema o proporcionar accesos de abonado dedicados, la solución consiste en hacer uso de las fibras sobrantes. Alternativamente, cabe la posibilidad también de incrementar la capacidad de las fibras mediante el empleo de DWDM, que permite la utilización de varias longitudes de onda (hasta varios centenares) sobre una fibra. Con esta filosofía se consigue un sistema escalable en número de usuarios. En la Figura 33 se ilustra la aplicación práctica de los conceptos que se acaban de describir.

Otra posible medida para aumentar el ancho de banda disponible para cada usuario sería llevar la fibra óptica hasta al hogar del abonado, a medida que la demanda de nuevos servicios multimedia (audio y video) así lo requiera. Actualmente, sin embargo, se trata de una solución no factible por motivos económicos.


64

CabeceraRed óptica Red coaxial Usuarios

200 usuarios

400 usuarios

1200 usuarios

Fase 1: desdoblamiento de la red coaxial

Fase 2: desdoblamiento de la red óptica

CabeceraRed óptica Red coaxial Usuarios

200 usuarios

400 usuarios

1200 usuarios

Fase 1: desdoblamiento de la red coaxial

Fase 2: desdoblamiento de la red óptica

Figura 33. Escalabilidad de una red HFC


Las redes HFC, y en general las redes de cable, al ser instalaciones subterráneas no causan ningún impacto medioambiental, ni ningún tipo de radiación o emisión hacia el exterior. Por la misma razón, los cambios meteorológicos no influyen en las redes HFC. Los equipos del usuario final, al estar en el interior de los edificios, tampoco se ven afectados por las condiciones medioambientales. Algunos equipos de amplificación y distribución de las señales están a la intemperie, con lo que deben de estar debidamente acondicionados.


65

2.3 Fibra óptica (FTTX)

2.3.1 Motivación original y evolución Para poder ofrecer servicios de banda ancha de manera masiva, resulta imprescindible disponer de una tecnología de acceso de elevada capacidad y bajo coste, que sea al mismo tiempo capaz de proporcionar los niveles de calidad de servicio adecuados para cada aplicación. Con el estado actual de la tecnología, las soluciones que se perfilan para conseguir este objetivo tan ambicioso se basan en el empleo de fibra óptica como medio de transmisión para alcanzar al usuario final.

Dentro de la familia de tecnologías FTTX (Fiber to the X) se agrupan una serie de técnicas de acceso basadas en el empleo de fibra óptica hasta las proximidades del abonado. Los miembros de esta familia se diferencian fundamentalmente en el grado de proximidad alcanzado. Así, cuando el despliegue de la fibra llega hasta la casa del abonado, se habla de la tecnología FTTH (Fiber to the Home), también conocida como fibra directa hasta el hogar o bucle local de fibra. Siguiendo la misma filosofía, pero con alcances de fibra menores, se encuentran las tecnologías de fibra hasta la acera (Fiber to the Curb, FTTC) o fibra hasta el edificio (Fiber to the Building, FTTB).

Las tecnologías FTTX se basan, en definitiva, en instalaciones de cable de fibra óptica directo hasta los hogares o edificios (escuela, empresa, oficina, parque tecnológico, etc.), tal como indica la Figura 34. Estas infraestructuras de acceso de alta capacidad, permiten ofrecer a los usuarios servicios de banda ancha tales como video bajo demanda o acceso de alta velocidad a Internet.

Escuela Casas

EmpresaApartamentos

FTTX

Hub Hub

HubHub

Cabeceraregional

Escuela Casas

EmpresaApartamentos

FTTX

Hub Hub

HubHub

Cabeceraregional

Figura 34. Tecnología FTTX


66

En la actualidad, las redes HFC y las líneas xDSL constituyen las dos tecnologías líderes en la carrera de las redes de acceso residencial. No obstante, el continuo aumento de la demanda de ancho de banda por los usuarios y el progresivo abaratamiento de la fibra óptica, está dando lugar a considerar la posibilidad de utilizar este medio de transmisión para alcanzar al usuario.

Históricamente los operadores de telecomunicaciones han utilizado sistemas de distribución híbridos de fibra y coaxial (HFC, Hybrid Fiber Coaxial). En este tipo de redes, la fibra óptica queda confinada al núcleo de la red (backbone), recurriéndose al empleo de cable coaxial para llegar hasta los usuarios finales. La capacidad de este medio de transmisión es varios órdenes de magnitud inferior a la de la fibra óptica, por lo que se produce un efecto de “cuello de botella”. Para aliviar el problema, los operadores han comenzado a reemplazar porciones de cable coaxial por fibra óptica. No obstante, se trata de un proceso muy caro, por lo que su implantación se ha visto ralentizada.

El empleo de fibra óptica en redes troncales, redes de área extensa (WANs), redes de área metropolitana (MANs) e incluso en redes de área local (LANs), está cada vez más extendido. La demanda creciente de mayores anchos de banda para servicios basados en Internet está conduciendo a los proveedores de servicios y operadores de red regionales a desplegar sus propias redes ópticas.

En la mayoría de los casos, estas redes se apoyan en las infraestructuras de fibra con DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) desplegadas por las grandes empresas de telecomunicaciones. Hoy en día, esta dependencia comienza a remitir gracias a la posibilidad de acceder a fibra oscura (fibras desplegadas, pero que no están en uso) a precios razonables. Esto ha permitido a los proveedores de servicios ampliar la capacidad y alcance de sus redes ópticas. Así, por ejemplo, mediante el empleo de láser de rango extendido se logran pueden conseguir tramos de hasta 120 km sobre fibra oscura sin repetidores [11]. Todos estos factores están contribuyendo a favorecer el despliegue de redes ópticas para el hogar, la empresa, metropolitanas y de largo alcance, tal como se muestra en la Figura 35.

Escuela Casas

EmpresaApartamentos

Hub Hub

HubHub

Cabeceraregional

Cabeceraregional

Nodo

Cabeceraprincipal

HFC

Red ópticade largo alcance

FTTX

NodoHub

Escuela Casas

EmpresaApartamentos

Hub Hub

HubHub

Cabeceraregional

Cabeceraregional

Nodo

Cabeceraprincipal

HFC

Red ópticade largo alcance

FTTX

NodoHub

Figura 35. Redes ópticas metropolitanas


67

En definitiva, las redes de fibra directa pretenden eliminar los cuellos de botella existentes en la primera milla/última milla de las redes de acceso actuales, basadas en pares de cobre o cable coaxial. Para ello, se recurre a la sustitución total o parcial del bucle local por fibra, de manera que se disponga de un medio de transmisión de alta capacidad hasta el usuario final. Esta sencilla idea, en la práctica, admite soluciones muy variadas, en función si se trata de usuarios residenciales o empresariales, así como las diversas tecnologías que pueden existir en las instalaciones de abonado.

2.3.2 Estructura y elementos de red Las arquitecturas más habituales para el despliegue de redes FTTX son las configuraciones punto a punto y las redes ópticas pasivas (PON, Passive Optical Networks). Normalmente, las primeras se utilizan para proporcionar acceso a abonados empresariales en entonos urbanos y metropolitanos. Este tipo de configuración requiere la existencia en la central o cabecera de un transceptor óptico por abonado. Estos dispositivos tienen un coste considerable, por lo que este tipo de configuraciones se usa fundamentalmente para abonados empresariales de cierta envergadura.

2.3.2.1 Configuraciones punto a punto Para llevar la fibra directa hasta las empresas, existe un amplio abanico de soluciones disponibles. Como se ha indicado, hoy en día cada vez es más frecuente el empleo de conexiones directas sobre fibra, vía sistemas DWDM, para el despliegue de redes ópticas privadas. Como se muestra en el ejemplo de la Figura 36, estas redes pueden transportar cualquier protocolo y a distintas velocidades.

ESCON, FICON,Fibre Channel

MultiplexorDWDM

Servicios estándar

Redes de datos

Sistemas de almacenamiento

T3/E3

OC3/STM1

Gigabit o10-GigabitEthernet

NúcleoÓptico

ATM/SONET

ESCON, FICON,Fibre Channel

MultiplexorDWDM

Servicios estándar

Redes de datos

Sistemas de almacenamiento

T3/E3

OC3/STM1

Gigabit o10-GigabitEthernet

NúcleoÓptico

ATM/SONET

Figura 36. Tecnologías de fibra directa en empresa


68

Así, existen soluciones basadas en SONET/SDH, ATM, Gigabit Ethernet, ESCON (Enterprise System Connection) o FICON (Fiber Connectivity). Esto permite ofrecer al usuario la solución que mejor se adapte a sus necesidades.

A menudo, SONET/SDH se tacha de anticuada por ser una tecnología TDM optimizada para tráfico de voz. No obstante, se trata de una solución muy extendida para el transporte de datos a alta velocidad, ampliamente utilizada en Internet y redes de datos de grandes empresas. Los canales ESCON proporcionan enlaces bidireccionales de 17 Mbit/s en distancias de 3 km sobre fibra óptica. Los canales FICON proporcionan enlaces bidireccionales de 100 Mbit/s en distancias de más de 20 km sobre fibra óptica y sin repetidores. En escenarios de Fibra hasta la Oficina (FTTO), cabe optar por diversas soluciones, como la conexión de módems de fibra a múltiples puertos ADM o la concentración de múltiples enlaces de fibra a puertas E3 o T3. Un ejemplo típico de aplicación son los servicios transparentes en la última milla, en los que se instala un rack de módems gestionables por SNMP en la Oficina Central (ver Figura 37).

V.35

10 BaseT

E1/T1

E3/T3

nx64 kbit/s

E3/T3

E3/T3

nx64 kbit/sCentral

PBX

Router

Router

Fast Ethernet Switch

SDHSONET

V.35

10 BaseT

E1/T1

E3/T3

nx64 kbit/s

E3/T3

E3/T3

nx64 kbit/sCentral

PBX

Router

Router

Fast Ethernet Switch

SDHSONET

SDHSONET

SDHSONET

Figura 37. Servicios transparentes en la última milla

Los escenarios FTTB/FTTC pueden cubrirse mediante un simple enlace de fibra desde la central, proporcionándose sobre éste una amplia variedad de servicios. Un ejemplo típico es la utilización de un multiplexor o un nodo de acceso multiservicio (situados en una cabina de la calle), que integre múltiples canales E1/T1 y varios puertos de datos sobre un enlace de fibra para distancias de 110 km (ver Figura 38).

Las soluciones basadas en ATM se utilizan en escenarios de fibra hasta el edificio o la acera (FTTB, FTTC), o incluso hasta la oficina (FTTO). En la Figura 39a se muestra un ejemplo del primer escenario, con un enlace de fibra STM-1/OC-3 o STM-4/OC-12 que termina en un conmutador ATM. En la Figura 39b se muestra un escenario FTTO basado en el empleo de equipos ATM concentradores de acceso multiservicio que proporcionan conectividad para LANs y PBXs. Esta tecnología resulta especialmente apropiada para usuarios empresariales y operadores de red.

En el caso de operadores con redes ATM y SDH/SONET, una alternativa más económica a la hora de hora de extender el enlace de fibra óptica hasta el abonado puede ser la utilización de convertidores/repetidores, tal como se muestra en la Figura 40.


69

Central

Cabina de calle

Oficina 2

Oficina 1

Oficina 3

E3 (fibra)

E1, LAN ylíneas de

datos

cobre

Central

Cabina de calle

Oficina 2

Oficina 1

Oficina 3

E3 (fibra)

E1, LAN ylíneas de

datos

cobre

Figura 38. Fibra hasta la acera

PBX

PBX

Oficina 1

Oficina 2

LAN

ATM

ATM

ATM

PBX

PBX

Oficina 1

Oficina 2

LAN

ATMATM

ATM

ATM

Oficina

Sótano

LANPBX

ATM

Oficina

Sótano

LANPBX

ATMATM

a ) b)

Figura 39. a) Fibra hasta el edificio/acera b) Fibra hasta la oficina

ADM

STM4 -OC-12 622 Mbit/s

hasta 80 km622 Mbit/s

hasta 80 km

repetidor

SDH/SONETATM

Localizacióndel cliente

Fibramultimodo

ADM

STM4 -OC-12 622 Mbit/s

hasta 80 km622 Mbit/s

hasta 80 km

repetidor

SDH/SONETATM

Localizacióndel cliente

Fibramultimodo

Figura 40. Enlaces de fibra óptica con repetidores


70

Otro escenario de interés dentro de las soluciones punto a punto es la conexión a redes de área metropolitana mediante tecnología Ethernet sobre fibra. Esta configuración es una de las consideradas dentro del estándar Ethernet en la primera milla (EFM), descrito con más detalle en la sección 2.10. En la Figura 41 se muestra un ejemplo típico de aplicación para la interconexión de usuarios corporativos a través de redes metropolitanas.

Oficina 1

Oficina 2

Central

100BaseFx

PBX

PBX

PBXOficina 3

Gigabit EthernetEthernetSwitch

EthernetSwitch

E1/T1

E3/T3

100BaseFx

Datos de bajavelocidad

MUX

Internet

PSTN

MUX

Oficina 1

Oficina 2

Central

100BaseFx

PBX

PBX

PBXOficina 3

Gigabit EthernetEthernetSwitch

EthernetSwitch

E1/T1

E3/T3

100BaseFx

Datos de bajavelocidad

MUX

InternetInternetInternet

PSTNPSTNPSTN

MUX

Figura 41. Fibra hasta el edificio o acera

Otra aplicación habitual de la fibra es para la interconexión de redes privadas en entornos de campus (por ejemplo, universidades). En este tipo de escenarios, es habitual la utilización de fibra oscura. En la Figura 42 se muestran algunas de las soluciones más habituales para la realización de enlaces punto a punto sobre fibra en este contexto.

PBX

Router

GigabitSwitch

PBX

GigabitSwitch

Router

E3/T3 E3/T3

Fibra

Fibra

Fibra

Fibra

110 km

110 km

110 km

70 km

Módem de fibra Módem de fibra

Módem de fibraMódem de fibra

Repetidor Repetidor

RepetidorRepetidor

PBX

Router

GigabitSwitch

PBX

GigabitSwitch

Router

E3/T3 E3/T3

Fibra

Fibra

Fibra

Fibra

110 km

110 km

110 km

70 km

Módem de fibra Módem de fibra

Módem de fibraMódem de fibra

Repetidor Repetidor

RepetidorRepetidor

Figura 42. Aplicaciones punto a punto sobre fibra oscura


71

2.3.2.2 Redes ópticas pasivas (PONs) En el caso de abonados residenciales y PYMEs, las PONs constituyen la opción más adecuada en términos económicos. Este tipo de configuraciones, permite el despliegue de una sola fibra desde la cabecera de red (un solo transceptor óptico), a partir de la cual se pueden derivar un cierto número de ramificaciones (típicamente hasta 32) para dar servicio a otros tantos abonados. Los elementos básicos de una PON son: el terminador óptico de línea (OLT, Optical Line Termination), ubicado en la cabecera de red; los terminadores ópticos de red (ONT, Optical Network Termination), situados en las instalaciones de abonado; y la red de distribución óptica (ODN, Optical Distribution Network), compuesta por cables de fibra, divisores pasivos y acopladores.

Las primeras especificaciones para redes ópticas pasivas fueron definidas por el comité FSAN (Full-Service Access Network). Este organismo, constituido en 1995, elaboró el estándar para PONs basado en tecnología ATM, que se conoce como APON (ATM PON) [12]. Posteriormente, este mismo organismo, en colaboración con el ITU-T (ver sección 2.3.6), decidió extender las características de este sistema con objeto de no limitar la oferta de servicios a ATM, dando lugar al estándar BPON (Broadband PON). Más recientemente, dentro de FSAN se ha lanzado una nueva iniciativa para la especificación de un estándar para PONs a velocidades superiores a 1 Gbit/s, denominado GPON (Gigabit PON).

También cabe señalar las tareas desarrolladas por el grupo de trabajo EFM (Ethernet in the First Mile) del IEEE, donde se está trabajando en la definición de una PON basada en tecnología Ethernet, dando lugar a la acuñación del término EPON (Ethernet PON). A esta tecnología se aborda con detalle en la sección 2.10.

En la Figura 43 se representa un ejemplo de configuración de un sistema B-PON. En la figura se muestra la terminación de línea óptica OLT, localizada en una oficina central o nodo. La OLT está conectada hacia el lado de red mediante la correspondiente interfaz de nodo SNI (Service Node Interface). De su otro extremo, parte la fibra óptica hasta un divisor pasivo que proporciona las ramificaciones hasta los ONTs de los abonados (hasta un máximo de 32).

20 km máximo

Máximo 32

SNISeparadoróptico

Fibra monomodo,WDM

1,3 µm 155,52 Mbit/s 1,5 µm 155,52 Mbit/s

ONT

ONT

20 km máximo

Máximo 32

SNISeparadoróptico

Fibra monomodo,WDM

1,3 µm 155,52 Mbit/s 1,5 µm 155,52 Mbit/s

ONT

ONT

Figura 43. Configuración de un sistema B-PON


72

El ejemplo supone el empleo de una sola fibra óptica monomodo, con transmisión en ambos sentidos mediante DWDM (1,3 µm, 1,5 µm). No obstante, también es posible el despliegue de sistemas B-PON bidireccionales mediante dos fibras.

Como muestra la Figura 44, los sistemas FTTH/FTTC pueden ser unidireccionales o bidireccionales. En el primer caso, el sistema termina en una unidad con funciones meramente receptoras. En el segundo, la unidad receptora requiere la incorporación de un transmisor de retorno. Como se observa en la figura, el retorno puede hacerse en esquemas con una fibra full duplex o con dos fibras.

50 – 870 MHz

Sólo recepción

50 – 870 MHz

Sólo recepción

Retorno separado5 – 200 MHz

n – 870 MHz

Sólo recepción

Retorno multiplexado

5 – n MHz

50 – 870 MHz

Sólo recepción

50 – 870 MHz

Sólo recepción

Retorno separado5 – 200 MHz

n – 870 MHz

Sólo recepción

Retorno multiplexado

5 – n MHz

Figura 44. Funcionamiento de sistemas de recepción FTTH/FTTC

2.3.2.3 Elementos de red En este apartado se proporciona una revisión de algunos de los elementos de red más habituales utilizados en las redes FTTX, así como sus principales características:

• Módems de Fibra Óptica (FOM). Sus características y prestaciones pueden ser muy variadas: diferentes tasas de bits, para fibras multimodo o monomodo, interfaces digitales (V.24/RS232, V35, X.21,...), funcionamiento síncrono o asíncrono, interfaces ópticas (850, 1300 ó 1550 nm).

• Nodos de Acceso Multiservicio (Multiservice Access Node). Pueden ofrecer interfaces muy variadas: STM-1, E3, T3, E1, T1, nx64 y RDSI.

• Convertidores/Repetidores. Se pueden encontrar equipos en el Mercado para 51 Mbit/s OC-1, 155 Mbit/s OC-3/STM-1, 622 Mbit/s STM-4/OC-12, FDDI o Fast/Gigabit Ethernet.

• Concentradores de Acceso Multiservicio. Permiten la interconexión de equipos de abonado diversos: routers, PBX, LANs etc.

• Multiplexores de Fibra Óptica. Permiten la integración de múltiples enlaces de datos (E1, E3, Ethernet,...) sobre fibras monomodo o multimodo.


73

• Pasarelas TDMoIP. Posibilitan el interfuncionamiento de servicios de Voz sobre IP con la red telefónica básica.

• Unidades de Terminación de Red (NTU, Network Termination Unit) para redes TDM o redes ATM.


2.3.3.1 Tecnología Actualmente, las tecnologías FTTX no se pueden considerarse suficientemente maduras debido a que la mayoría de las soluciones disponibles se basan en soluciones propietarias ofrecidas por los distintos fabricantes

Algunas empresas y proveedores de servicios han optado por desplegar su propia infraestructura con fibra oscura, sobre la que usan Gigabit Ethernet. Algunos operadores regionales e ISPs pequeños utilizan este tipo de soluciones en combinación con CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing), una alternativa más barata24 que DWDM.

Como ejemplo de soluciones concretas proporcionadas por algunos fabricantes, cabe mencionar las siguientes:

• La tecnología OPTera Metro de Nortel, que permite a ISPs desplegar plataformas multiservicio (IP, ESCON, FICON, FDDI, ATM, Fiber Channel, TDM) sobre fibra oscura.

• La solución SRP (Spatial Reuse Protocol) de Cisco, que proporciona el transporte de paquetes sobre un anillo de fibra óptica usando conexiones SONET/SDH, DWDM y fibra directa.

• El mismo fabricante ofrece una solución FTTH basada en Ethernet con dispositivos de conversión entre enlaces ópticos 1000 BaseT y conexiones de usuario 10/100/1000 BaseT.

• Ericsson ofrece soluciones de telefonía con voz sobre IP y acceso simétrico de 10 Mbit/s de ancho de banda para redes ópticas sobre Ethernet.

• La empresa Synchronous, proporciona diversas soluciones FTTX mediante instalación de fibra directa hasta la acera o edificio.

• La compañía RAD Data Communications ofrece múltiples soluciones de acceso sobre fibra para diferentes tecnologías: ATM, SDH/SONET, convertidores/repetidores, Ethernet MAN,...

24 La tecnología CWDM es más barata que DWDM porque amplía el espacio entre longitudes de onda, de modo se relajan los requisitos de estabilidad del láser y de los filtros paso banda.


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2.3.3.2 Mercado La tendencia del mercado es la de ir acercando la fibra al usuario final a medida que los equipos ópticos en el hogar FTTH/FTTC se vayan abaratando. Esta es la razón por la que varias compañías telefónicas a nivel mundial están experimentando con conexiones de fibra directa en el hogar, ante la previsible demanda en el plazo de tres a cinco años.

El crecimiento del mercado en las tecnologías de transporte de datos y almacenamiento óptico está dirigido por las empresas, que demandan soluciones de red de alta capacidad (por ejemplo, Gigabit Ethernet), y los proveedores de servicios, que requieren la provisión rápida de nuevos servicios sobre sistemas DWDM.

Con el uso de transmisores analógicos y señales digitales comprimidas, las redes FTTX pueden llegar a tener a largo plazo, el mismo costo que una red HFC, pero con mayor flexibilidad y viabilidad.

En la actualidad las ventajas de las tecnologías FTTX están lejos de tener más peso que el coste de la fibra óptica y sus equipos asociados.

2.3.4 Prestaciones Las ventajas de las fibras ópticas frente a otro tipo de cables (par de cobre, cable coaxial etc.) son de sobra conocidas: a) insensibilidad a la diafonía y ondas electromagnéticas externas; b) estabilidad de los parámetros de transmisión frente a variaciones climáticas; c) pequeña atenuación, lo que permite instalar tramos de 100 km sin repetidores ni amplificadores; d) facilidad de instalación por su poco peso; y e) gran ancho de banda.

Una de las mayores ventajas de las fibras ópticas y por tanto de las redes de fibra directa, es su teórico gran ancho de banda, que sólo viene limitado por el costo asociado a los transmisores y receptores ópticos y electrónicos. Según las especificaciones de la mayoría de los fabricantes se usa el espectro en el intervalo 50 MHz-800 MHz para el canal descendente con intervalos diferentes para canales analógicos y digitales comprimidos y desde 45 MHz-5 MHz para el canal ascendente, coexistiendo con los servicios de POTS y RDSI.

La capacidad nominal y el caudal efectivo dependen de las diferentes soluciones que proporcionan los diferentes fabricantes. Ver casos de estudio en la sección 2.3.7.

2.3.5 Adecuación a los servicios considerados Distribución de TV. Las redes de fibra directa son adecuadas para este tipo de servicio, tanto por el gran ancho de banda que ofrecen como por la excelente calidad que caracteriza a este medio de transmisión. En el apartado dedicado a las redes HFC (ver sección 2.2) ya se ha indicado como los operadores de televisión por cable hacen un uso intensivo de la fibra en la red troncal. En el caso de las redes FTTH, al llegar la fibra hasta la casa del abonado, las ventajas de este medio se mantienen


75

extremo a extremo. En términos prácticos, esto se traduce en la posibilidad de acceder a cientos de canales de vídeo, analógicos o digitales, con una calidad de transmisión mejor que la que proporcionan las redes HFC.

Servicios de telefonía: La mayoría de los fabricantes de equipos FTTX ofrecen soluciones integradas de voz y datos. También se observa la tendencia a la inclusión de soluciones de voz sobre IP (VoIP).

Acceso a Internet: El enorme ancho de banda proporcionado por la fibra óptica no solamente permite el acceso de alta velocidad a Internet, sino que posibilita el soporte de aplicaciones multimedia basadas en IP.

Servicios interactivos: Nuevamente, la elevada capacidad disponible en este tipo de tecnologías permite garantizar una latencia muy baja para este tipo de aplicaciones.

2.3.6 Aspectos regulatorios y de normalización El FSAN ha elaborado una serie de estándares para redes ópticas pasivas: APON [12] y B-PON. Este último, además, está incluido dentro de las recomendaciones del ITU-T (G.983.1, 2, 3) [13, 14]. El IEEE, por su parte, está elaborando la especificación 802.3ah para Ethernet en la primera milla (ver sección 2.10), donde se contemplan soluciones de fibra óptica punto a punto y de PON (Ethernet PON).

Cabe señalar también las labores de promoción de las tecnologías FTTH desarrolladas por el Fiber to the Home Council25, formado en el 2001 por diferentes empresas (operadores, fabricantes, desarrolladores de aplicaciones, proveedores de contenidos, etc.).

2.3.7 Escalabilidad En este tipo de tecnologías las limitaciones son más bien de índole económica que de tipo técnico. Como se ha indicado, una de las mayores ventajas de las redes de fibra directa es su gran ancho de banda, que permite la eliminación del “cuello de botella” en el bucle local. En el ámbito económico, el verdadero cuello de botella está en el elevado coste de los transceptores ópticos, más que el de la fibra óptica en sí.

Aún así, cabe mencionar el crecimiento del 200% experimentado por las instalaciones de FTTH en EE.UU. durante 2001, con redes en más de 50 ciudades o comunidades [15]. El éxito se atribuye fundamentalmente a dos factores: el incremento de la demanda en el sector residencial y al relativo abaratamiento de este tipo de tecnologías. Así, según el FTTH Council, un porcentaje entre el 60 y 80% de usuarios americanos han manifestado su interés por los servicios FTTH [16], [17], [18]. Este hecho permite constatar la viabilidad técnica y económica de este tipo de tecnologías.

25 www.ftthcouncil.org


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También en EE.UU., el operador BellSouth ha elaborado un proyecto para dar servicio FTTH a 400 usuarios residenciales. Mediante una configuración PON se ofrecen 80 canales analógicos de video en la banda 50-550 MHz y 200 canales digitales en la banda 550-750 MHz. Los usuarios disponen de una interfaz 10/100 BaseT, siendo las velocidades que se manejan en los canales descendente y ascendente son de 1,5 Mbit/s y 256 kbit/s, respectivamente. Finalmente, el suministro de telefonía se efectúa mediante un par de cobre [14].

Otro ejemplo es la red experimental FTTH desplegada en la ciudad de Palo Alto (California), dentro del proyecto FTTH Trial Palo Alto [19]. El principal objetivo del experimento es evaluar la viabilidad de este tipo de redes. Para ello, se ha desplegado una red con tecnología Marconi que da servicio a 70 usuarios residenciales. Cada uno de ellos dispone de un enlace de video, tres canales telefónicos y una conexión a Internet de 4,5 Mbit/s en el canal ascendente y 7 Mbit/s en el descendente.

Cabe señalar también los esfuerzos de aplicación de esta tecnología en países o zonas con poco desarrollo de redes de acceso (y, por tanto, con poco bucle local de cobre). En este tipo de escenarios, las operadoras se plantean la posibilidad de desplegar redes de fibra en la última milla. A modo de ejemplo, cabe citar el despliegue de Fiber Metro Network26 en algunas ciudades de Colombia. A partir de una red metropolitana con enlaces ópticos STM-16 (suministrados por diferentes operadoras, como Telefónica, ATT y Bell), se ha desplegado una red FTTH. El bucle local de fibra se extiende desde el nodo de distribución hasta la casa del abonado, que dispone de un módem de fibra óptica que ofrece interfaces V.35 y E1.

2.3.7.1 Costes de operación, mantenimiento y crecimiento El despliegue del tendido subterráneo de fibra óptica es caro debido al elevado coste de la obra civil asociado a las canalizaciones para alojarla. Es por ello que, en la medida de lo posible, es conveniente reutilizar canalizaciones ya existentes (gas, agua, luz, alcantarillado).

Como se ha indicado, los nodos ópticos pueden atender a un determinado número de abonados. En caso de que aumente la demanda, será necesaria la introducción de nuevos nodos, así como el despliegue de los bucles locales de fibra óptica para los nuevos abonados, con el consiguiente aumento de costes en infraestructura de red.

Un problema sin resolver es la alimentación de los equipos FTTH en el hogar del usuario ante una caída de la señal eléctrica.

Actualmente, las operadoras están llevando a cabo estudios de viabilidad para el despliegue de tecnologías FTTX. Como es lógico, en dichos estudios cobran especial importancia las consideraciones económicas: coste de los diferentes modelos de red de acceso, el plan de negocio y los precios de los servicios a suministrar al usuario final.

26 “Fiber Metro Network”, www.rad-espanol.com


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Puesto que normalmente el tendido de fibra óptica se hace de manera subterránea, este tipo de tecnologías de acceso no causan ningún impacto medioambiental, ni ningún tipo de radiación o emisión hacia el exterior.

Los equipos ópticos asociados a las instalaciones FTTX suelen ubicarse en el interior del hogar o edificio con condiciones ambientales controladas. En consecuencia, las condiciones meteorológicas no tienen ninguna incidencia sobre los equipos. En el caso de equipos de intemperie, como los instalados en cabinas en las aceras para redes FTTC, es necesario prever la oportuna aclimatación.


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2.4 Bucle inalámbrico (LMDS)

2.4.1 Motivación original y evolución Dentro de la denominación común de redes fijas de acceso inalámbrico pueden encontrarse diferentes tecnologías cuyo objetivo último es abaratar los costes de despliegue de una nueva red de telecomunicaciones en uno de sus aspectos más onerosos: el bucle de abonado, o como se le conoce en el mundo anglosajón, la última milla.

Esta tecnología tiene sus antecedentes en los servicios de difusión que se pusieron en funcionamiento en los EE.UU. en la década de los 70, utilizando la banda de 2 GHz. Posteriormente se convirtió el servicio en bidireccional y se amplió la anchura de banda disponible utilizando la banda de los 3 GHz, dando lugar al servicio conocido bajo las siglas MMDS (Multichannel Multipoint Distribution Service).

Más adelante, cuando la anchura de banda disponible no fue suficiente para satisfacer las necesidades de los abonados, comenzó a utilizarse la banda de 23-25 GHz, dando lugar al servicio designado por las siglas LMDS (Local Multipoint Distribution Service) que a la postre se convirtió en la designación general de todos los sistemas de acceso inalámbrico de banda ancha.

En la actualidad, la tecnología continúa evolucionando y se están diseñando sistemas que funcionan en las bandas de 35 GHz e incluso 42 GHz, ampliando considerablemente la capacidad efectiva disponible para los usuarios. Estos avances se complementan además con técnicas adaptativas en modulación y detección y corrección de errores que incrementan el caudal efectivo disponible para los usuarios.

2.4.2 Estructura y elementos de red Las redes de acceso inalámbricas se caracterizan por una estructura punto a multipunto: una estación base, ubicada en un lugar apropiado, ofrece conexión a un conjunto de estaciones de abonado que entran dentro de su zona de cobertura. Desde este punto de vista, la estructura de una red de acceso inalámbrica coincide con la de cualquier red de tipo celular; pero añadiendo las ventajas derivadas del hecho de que los terminales a los que hay que proporcionar servicio no son móviles, sino fijos: pueden tener mayor tamaño y consumo, pueden funcionar a frecuencias más altas (ya que, aunque necesitan línea de visión directa entre la estación base y las diferentes estaciones de abonado a las que da servicio y apuntamiento de las antenas receptoras hacia la estación base, puede asegurarse que no existan obstáculos entre emisor y receptor eligiendo adecuadamente los emplazamientos de las antenas) y, por tanto, dispondrán de mayor anchura de banda.

Como se ha enunciado en el párrafo anterior, dos son los elementos básicos de una red de acceso inalámbrica:


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Las estaciones base: son los elementos que, por un lado, se conectan a las redes públicas o privadas de telecomunicación, con interfaces como ATM, IP,... mientras que por el otro ofrecen la interfaz a la red de acceso inalámbrica.

Los equipos terminales (IDU, InDoor Unit): son los elementos a los que se conectan los diferentes abonados. La estructura de una red de acceso inalámbrica no exige que exista un equipo terminal por abonado, sino que un mismo equipo terminal puede dar servicio a un número elevado de abonados, actuando como multiplexor de acceso. Estos equipos terminales proporcionan diferentes interfaces a los usuarios finales, como pueden ser:

• Circuitos dedicados E1/T1

• Circuitos dedicados de n x 64 kbit/s

• 10/100 BaseT

• POTS

Qué interfaces en concreto presenta un equipo terminal suele ser una característica configurable de los mismos, siendo éste un aspecto muy dependiente del fabricante en cuestión. Esta estructura se recoge en la siguiente figura:

IDU

Interfaces:- E1/T1- 10/100 base T - n x 64kbit/s- POTS- etc.

Red de transporte(ATM, IP, ...)

IDU



Red de transporte(ATM, IP, ...)

Figura 45. Estructura de una red punto a multipunto

Dentro de esta estructura general, y considerando que, a pesar de ser un servicio que utiliza el espectro radioeléctrico, debe ser enormemente fiable (con disponibilidad prácticamente igual a la de los servicios ofrecidos por cable), se puede ofrecer servicio a un mismo equipo terminal desde más de una estación base.

La zona de cobertura de una estación base se divide en sectores, aplicando mecanismos habituales de reutilización de frecuencias para evitar interferencias entre los mismos. Teniendo en cuenta que la directividad de las antenas suele ser muy alta, la reutilización sólo debe considerar sectores adyacentes.


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Dentro de cada uno de los sectores, pueden utilizarse varias portadoras, permitiendo multiplicar la anchura de banda disponible para los usuarios de un sector.

A título de ejemplo, para relacionar los diferentes aspectos enunciados, podemos considerar una zona de cobertura con tres estaciones base, cada una dando servicio a una determinada extensión geográfica. La zona cubierta por cada estación base se encuentra sectorizada, con ángulos de apertura diferentes en función de la densidad de población a la que da servicio (el objetivo inicial es que la anchura de banda media por usuario sea la misma en cada zona). Por último, en uno de los sectores, y debido a la gran densidad de abonados cubierta, se utilizan dos portadoras para dar el servicio, mientras que otros sectores, por no disponer de abonados, ni siquiera necesitan equiparse.

Un ejemplo de la consideración de estos aspectos se recoge en la figura siguiente:

Figura 46. Ejemplo de cobertura LMDS sobre la ciudad de Oviedo

2.4.3 Normalización En 2002 se han publicado dos estándares para este tipo de redes: el 802.16, desarrollado por el IEEE, e Hiperaccess, desarrollado por ETSI.

BA

C

fA1

fA2fA3

fA4fA5

fB1,fB2

fB3fB4

fC1 fC2


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2.4.3.1 IEEE 802.16 El estándar IEEE 802.16 WirelessMAN (Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems) define los niveles físico y de acceso al medio (MAC) para un acceso inalámbrico de banda ancha [20].

802.16 admite dos métodos de duplexión: en el dominio de la frecuencia y en el dominio del tiempo. En el primer caso se utilizan dos portadoras diferentes, una para el enlace ascendente y otra para el descendente, ambas de 28 MHz, mientras que en el segundo caso, ambos enlaces comparten una única portadora, con una anchura de canal igualmente de 28 MHz.

Para el caso de duplexión en el dominio de la frecuencia, y para facilitar el abaratamiento de los equipos terminales, se contempla el caso de terminales semidúplex (que no pueden transmitir y recibir simultáneamente), no así para la estación base, que necesariamente debe presentar un comportamiento dúplex.

El sistema contempla un esquema flexible de transmisión, con modulación y codificación adaptativas en función de las condiciones de enlace que cada terminal ve de forma independiente. Esto significa que un terminal próximo a la estación base, con unas buenas condiciones de transmisión, no se va a ver afectado por un terminal mucho más alejado, para el que las condiciones de transmisión no van a ser tan óptimas.

Puesto que el sistema es punto a multipunto, el sistema incorpora un mecanismo de acceso múltiple al enlace ascendente (el compartido por todas las estaciones terminales). El esquema utilizado es TDMA (Time Division Multiple Access). La organización de dicho enlace ascendente viene determinado por la estación base, que lo propaga a todas las estaciones terminales mediante el enlace descendente.

Por el contrario, al enlace descendente sólo accede la estación base, por lo que no es necesario ningún mecanismo de acceso múltiple. El enlace descendente se organiza mediante múltiplex por división en el tiempo, agrupando los mensajes dirigidos a terminales con el mismo esquema de transmisión. La organización de dicho enlace descendente se propaga en la misma trama, utilizando el esquema de transmisión más robusto (el apto para las peores condiciones de transmisión), de forma que todos los terminales puedan acceder a dicha estructura.

La capa de control de acceso al medio incorpora los mecanismos necesarios para el acceso compartido al enlace ascendente, incluyendo mecanismos de resolución de contiendas en aquellas situaciones previstas en la norma: el registro de los equipos terminales y la respuesta a un sondeo de difusión.

El MAC es orientado a conexión, de forma que cada comunicación establecida entre la estación base y un equipo terminal lo hace por una conexión determinada. Además, en el momento en que un equipo terminal se registra en la estación base, ésta establece una serie de conexiones predefinidas, que permiten tanto la gestión del equipo terminal, como la solicitud de anchura de banda por parte de éste.

Incorpora también mecanismos de control de la calidad de servicio, permitiendo asignar anchura de banda a los equipos terminales en función de las necesidades de


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los abonados que conectan. El estándar tiene definidos cuatro métodos de solicitud de reserva de anchura de banda, para cuatro tipos de servicio diferentes:

• Servicio garantizado no solicitado: la estación base asigna periódicamente espacio disponible en el enlace ascendente para cada conexión de este tipo que se haya establecido.

• Servicio con sondeo en tiempo real: diseñado para el soporte de conexiones en tiempo real que generan paquetes de tamaño variable según intervalos de tiempo constantes.

• Servicio con sondeo en tiempo diferido: diseñado para el soporte de conexiones que no presenta requisitos de tiempo real.

• Servicio mejor esfuerzo: pensado para el tráfico de este tipo, como podría ser el acceso a Internet.

Como complemento a la 802.16 WirelessMAN, IEEE ha publicado otro estándar, el 802.16.2, que contempla prácticas recomendadas para la coexistencia de sistemas fijos de acceso inalámbrico de banda ancha.

El grupo de trabajo 802.16 sigue desarrollando trabajos en el entorno de las redes de acceso inalámbrico. Actualmente tiene abiertas varias líneas de trabajo:

• La 802.16a, que pretende extender el ámbito de aplicación del estándar 802.16 para que también incorpore las bandas (con y sin licencia) de 2 a 11 GHz. El objetivo es conseguir una tasa de bit de al menos 10 Mbit/s por canal.

• La 802.16c, para facilitar las especificaciones de interoperabilidad.

• La 802.16.2a, que incorpora las bandas de 2 a 11 GHz, así como los sistemas punto a punto.

En marzo de 2002 se creó un grupo de estudio para el acceso móvil inalámbrico de banda ancha (MBWA).

2.4.3.2 Hiperaccess HIPERACCESS (High Performance Radio Access) es la denominación del proyecto que la ETSI está desarrollando, bajo el auspicio del Broadband Radio Access Networks ETSI Project (EP-BRAN) [21], en el campo del acceso inalámbrico de abonado. Actualmente están publicados los estándares correspondientes al nivel físico (ETSI TR 101 999) y al nivel de control de enlace (ETSI TR 102 000). En octubre y noviembre de 2002 se han publicado los estándares de la capa de convergencia para el soporte de diferentes tipos de redes (paquetes, ATM,...).

El estándar se centra en sistemas punto a multipunto bajo licencia, en frecuencias por encima de los 11 GHz, haciendo especial hincapié en las bandas de frecuencia candidatas para la prestación del servicio de Acceso Fijo Inalámbrico (26/28 GHz, 32 GHz y 40 GHz).


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2.4.4.1 Tecnología Aunque la tecnología que incorporan los diferentes estándares existentes puede considerarse madura, la definición de éstos se ha producido hace poco tiempo, lo que provoca que, en la actualidad, no existan productos certificados para los mismos.

Sí existen sin embargo diversos fabricantes que disponen de productos que proporcionan acceso inalámbrico de abonado mediante procedimientos más o menos propietarios. Estos productos se caracterizan siempre por disponer de una unidad exterior, que incorpora la antena directiva y el módulo de conversión de frecuencias, y una unidad interior, que proporciona las diferentes interfaces hacia los usuarios finales. Un ejemplo de estos equipos queda recogido en la Figura 47:

Figura 47. Ejemplos de equipos LMDS

Entre los fabricantes de equipos LMDS podemos destacar:

• Alcatel: el 7390 LMDS Solution. Este producto pasó a formar parte de la gama de Alcatel tras la compra de Newbridge. Admite diferentes configuraciones de canalización, desde 40 Mbit/s hasta 17 Mbit/s para el enlace descendente y desde 10 Mbit/s hasta 4,25 Mbit/s para el enlace ascendente (dependiendo de la modulación y de la anchura del canal), en ambos casos a compartir por todos los usuarios de un mismo sector. La modulación es fija, QPSK para el enlace ascendente y DQPSK para el descendente. Puede utilizarse en la banda de 24,5 GHz a 29,5 GHz. En España su principal cliente es NeoSky.

• Ericsson: dispone de dos familias de productos LMDS:

- MiniLink-BAS: proporciona enlaces ascendente y descendente de igual capacidad; la asignación de anchura de banda a cada usuario se realiza bajo demanda. La capacidad por sector puede llegar hasta los 37 Mbit/s (dependiendo de la anchura del canal y de la modulación utilizada). Entre los clientes que utilizan equipos de este suministrador caben


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destacar Banda26, una de las empresas que obtuvieron licencia C2 en España, y Euskaltel. Disponible para las bandas de 24 a 31 GHz.

- Beewip: es un acceso inalámbrico IP. Proporciona hasta 3 Mbit/s por usuario, 9 Mbit/s por sector y un máximo de 6 sectores por estación base. Sólo disponen de equipos para la banda de 3,5 GHz.

• Siemens: el WALKair3000 es el equipo de Siemens para el acceso inalámbrico de banda ancha. Soporta hasta 34 Mbit/s por sector (en canales de 14 MHz), con modulación adaptativa (QPSK y 16-QAM). Ofrece como interfaces de usuario IP y nxE1. Disponible en la banda de 26 GHz. Para las bandas de 3,5 y 10 GHz ofrece el WALKair1000.

• Vyyö: su equipo, el Wireless Hub V3000, utiliza el estándar de cable DOCSIS adaptado a la tecnología inalámbrica. Utiliza TDM para el enlace descendente y TDMA para el ascendente. La capacidad puede llegar hasta los 30 Mbit/s por sector. Dispone de equipos para las bandas de 3,5 y 10,5 GHZ y en la franja de 24 a 42 GHz.

• Ensemble Communications: Utiliza duplexión adaptable por división en el tiempo y modulación adaptable entre QPSK, 16-QAM y 64-QAM, con una capacidad máxima de 120 Mbit/s por sector. Ofrece como interfaces de usuario T1, E1, V.35 y 10/100 BaseT. Dispone de unidades radio para el rango de frecuencias de 10 a 45 GHz.

2.4.4.2 Mercado A pesar de que existían enormes expectativas en cuanto al mercado potencial que podría ser cubierto por tecnologías de bucle de abonado inalámbrico, lo cierto es que dichas expectativas no parecen estar cumpliéndose en ningún ámbito.

En el mercado español, entre los ocho operadores existentes inicialmente, ya han comenzado las fusiones, basándose fundamentalmente en la ausencia de mercado para todos ellos. El resto de los operadores están teniendo problemas para captar clientes que permitan la amortización de sus despliegues.

Este panorama no es exclusivo de España. También en Estados Unidos se han reducido las expectativas para este tipo de redes. Tres de los cuatro principales operadores de LMDS están en bancarrota y las previsiones de evolución en el futuro próximo no son más alentadoras.

Este descenso de las expectativas de mercado también se deja sentir en los fabricantes. Nortel abandonó el pasado octubre la producción de la familia de productos que comercializaba bajo el nombre genérico de Reunión, sin sustituirla por otra familia. Lo mismo está sucediendo con Lucent, abandonando también este segmento de mercado.

Otros fabricantes, como Alcatel, están desviando el mercado de los equipos LMDS como sistema de acceso a las estaciones base de los sistemas móviles de tercera generación.


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2.4.5 Prestaciones Las prestaciones de los sistemas de bucle de abonado inalámbrico difieren mucho en función de la técnica de control de acceso al medio utilizada por cada uno de los fabricantes de soluciones propietarias.

La principal diferencia entre los sistemas estriba en el mecanismo de duplexión y de asignación de anchura de banda que utiliza cada solución.

Si nos centramos en los estándares definidos, la capacidad viene definida por la anchura de canal y la modulación utilizada. La Tabla 7 recoge las diferentes opciones correspondientes a estos parámetros, con la capacidad de canal obtenida:

Tabla 7: Capacidades máximas de IEEE 802.16

Modulación Canal ( MHz)

Tasa de símbolos (Mbaudios) QPSK 16-QAM 64-QAM

20 16 32 Mbit/s 64 Mbit/s 96 Mbit/s

25 20 40 Mbit/s 80 Mbit/s 120 Mbit/s

28 22,4 44,8 Mbit/s 89,6 Mbit/s 134,4 Mbit/s

Tomando el caso del canal de 28 MHz, tendríamos, en el mejor de los casos para una modulación de 64-QAM, una tasa de bit de 134,4 Mbit/s. Considerando las taras de entramado y protección contra errores, obtendríamos una tasa de bit eficaz de aproximadamente 80 Mbit/s, que, utilizando duplexión en tiempo, deben compartir tanto el enlace ascendente como el descendente.

El número de usuarios que comparten esta capacidad viene determinado por tres factores:

• El radio de cobertura de la célula: normalmente interesa que una célula cubra la mayor zona posible. Sin embargo, para ampliar la anchura de banda disponible por usuario, puede limitarse dicho radio de cobertura, reduciendo el número de usuarios cubiertos y, por lo tanto, la anchura de banda disponible por usuario.

• La sectorización de la célula: una misma estación base puede sectorizar su zona de influencia. En cada uno de los sectores se dispone de la totalidad de anchura de banda disponible por canal. Por tanto, reduciendo el ángulo de cada sector, también puede aumentarse la anchura de banda disponible por usuario.

• Por último, pueden utilizarse varios canales dentro del mismo sector, multiplicando la anchura de banda disponible por el número de canales utilizados.

Cualquiera de las opciones expuestas viene limitada por el número de canales disponibles por parte de los operadores.


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A título de ejemplo, podemos estudiar el caso de los operadores con licencia C2 en la banda de 25 GHz. La anchura de banda asignada a cada operador es de 112 MHz, formada por dos subbandas de 56 MHz cada una. Si cada célula está compuesta por cuatro sectores de 90º cada uno, y considerando duplexión por división en el tiempo, se necesitan al menos cuatro portadoras, con polarizaciones cruzadas entre sectores adyacentes para evitar interferencias.

Cada portadora, por tanto, tendrá una anchura de banda de 28 MHz. Si utilizamos modulación 16-QAM, tendremos una capacidad, por sector, de 89,6 Mbit/s, según la Tabla 7.

Para unos valores estándares para transmisor y receptor (2 w de potencia transmitida, 15 dBi y 30 dBi de ganancia de las antenas transmisora y receptora, una sensibilidad del receptor de –80 dBm para una BER de 10-7 y un margen de guarda de 20 dB en recepción), y aplicando el balance de potencias, obtenemos un valor de atenuación máxima admisible de 140 dB, lo que proporciona, para la banda de 25 GHz en cuestión, un alcance máximo de 3 km.

Considerando una zona de cobertura circular para una estación base y una densidad de población de 200 abonados/ km2 tendríamos una densidad media aproximada de 64 kbit/s y abonado.

Para ampliar esta tasa media tendríamos que reducir el tamaño del sector, bien cerrando su ángulo por debajo de 90º, bien reduciendo la potencia del transmisor, con lo que reduciríamos el alcance de la estación base.

2.4.6 Adecuación a los servicios considerados Los estándares definidos actualmente para el soporte del bucle de abonado inalámbrico están pensados para poder ofrecer garantías en la calidad de servicio, contemplando los casos de tráfico con requisitos muy estrictos en cuanto a la variación del retardo, tráfico con requisitos establecidos de retardo máximo admisible, o tráfico masivo sin requisitos de retardo.

En cuanto a la anchura de banda, los sistemas de acceso inalámbrico presentan capacidades típicas de hasta 40 Mbit/s por canal en cada sentido de transmisión. La asignación de capacidad por abonado depende en gran medida de la tecnología del fabricante que suministra los equipos al operador (si tiene asignación dinámica de capacidad, si el duplexado es en tiempo o en frecuencia, si permite varias portadoras por sector,...). En la mayoría de los casos, la asignación de capacidad es estática y se realiza por gestión, no por señalización, dependiendo directamente del servicio contratado por el abonado.

Teniendo en cuenta estos aspectos, la adecuación de esta tecnología de acceso a cada uno de los servicios considerados sería:

Telefonía: el servicio de telefonía puede ofrecerse sin dificultad, puesto que la anchura de banda necesaria es pequeña y la tecnología dispone de mecanismos que garantizan un retardo máximo admisible. Todos los operadores actuales ofertan este servicio en su cartera de productos.


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Acceso a Internet: este servicio es el más ofertado por los actuales operadores de bucle de acceso inalámbrico es España. La tecnología permite que la utilización de este servicio no afecte a otros que utilicen el mismo canal, pudiendo utilizar siempre el sobrante de capacidad para este servicio. Sin embargo, los operadores lo ofertan garantizando una tasa de bit mínima, que van desde los 256 kbit/s, pudiendo llegar, según el operador, hasta los 4 Mbit/s.

Servicios interactivos (juegos,...): estos servicios pueden ser soportados por el bucle de acceso inalámbrico siempre y cuando la necesidad de anchura de banda de los mismos no sea excesiva. Los operadores actuales no ofrecen este tipo de servicio, aunque más que a la dificultad de ofrecerlo, responde a que los operadores actuales ofrecen capacidad portadora, mientras que éste sería un servicio final.

Otros (videoconferencia, VPN, aplicaciones peer to peer, etc.): tampoco habría dificultad en ofrecer estos servicios mediante bucle de abonado inalámbrico. Incluso la estructura de la propia red de acceso podría facilitar el soporte de alguno de estos servicios, como es el caso de VPN: la naturaleza punto a multipunto de la técnica de acceso permitiría difundir la información a más de un usuario, reduciendo por tanto la anchura de banda necesaria con respecto a otras técnicas de acceso. La mayoría de los operadores ofrecen este tipo de servicio dentro de su catálogo de productos.

Distribución de TV: más complicada es la difusión de programas de televisión. En un principio, y debido a la naturaleza multipunto del sistema (una única transmisión de la estación base es recibida por un conjunto de estaciones de abonado), podría pensarse en la utilización de una o varias portadoras, funcionando en difusión, para la distribución de programas de televisión. Esta solución, sin embargo, presenta graves inconvenientes:

• En primer lugar, la anchura de banda disponible por portadora en los sistemas de bucle inalámbrico difícilmente supera los 40 Mbit/s, lo que limitaría enormemente la cantidad de programas a difundir.

• Además, en zonas de gran densidad de población, la arquitectura normal del sistema presentará un gran número de estaciones base, en algunos casos fuertemente sectorizada. Para conseguir la difusión de programas de televisión sería necesario dedicar igual número de portadoras en cada sector de cada estación base.

También es importante considerar que ninguno de los equipos estudiados de los existentes actualmente en el mercado, ni ninguno de los cuerpos normativos actuales existentes contemplan la utilización de esta técnica de acceso para la difusión de programas de televisión.

2.4.7 Aspectos regulatorios

2.4.7.1 Atribución de frecuencias en España Este tipo de redes, como cualquiera que utilice el espectro radioeléctrico, debe tener en cuenta los aspectos normativos relativos a la asignación de frecuencias.


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En España, la gestión del dominio público radioeléctrico corresponde, según la Ley 11/1998, de 24 de abril, General de Telecomunicaciones, al Estado. El Cuadro Nacional de Atribución de Frecuencias (CNAF) es el instrumento que utiliza para dicha gestión, realizando la atribución de bandas, subbandas, circuitos,... y especificando otros parámetros técnicos. El CNAF actualmente en vigor se aprobó por Orden CTE/630/2002 de 14 de marzo. (Ver referencias a estas normas en la sección 2.5.7).

En dicho CNAF, existen varias bandas de frecuencias asignadas a servicios de tipo punto a multipunto, que sería el ámbito de utilización de las redes de acceso inalámbricas:

Nota de Utilización Nacional UN-50: permite la utilización de la banda de 2,3 a 2,45 GHz para radioenlaces digitales punto a multipunto. La utilización no es exclusiva, por lo que pueden existir interferencias por la coexistencia con otros tipos de servicios (en concreto, con radioenlaces móviles de televisión).

Nota de Utilización Nacional UN-107: asigna la banda de 3,4 a 3,6 GHz para su utilización por radioenlaces de tipo punto a multipunto con carácter exclusivo. Dentro de esta banda, las subbandas 3480 a 3485 MHz, 3495 a 3500 MHz, 3580 a 3585 MHz y 3595 a 3600 MHz pueden ser utilizadas en aquellas zonas geográficas que sea necesario para el cumplimiento de obligaciones de servicio público a las que se refiere el capítulo I del título III de la Ley 11/1998, General de Telecomunicaciones.

Nota de Utilización Nacional UN-92: establece la banda de 24,5 a 26,5 GHz para su utilización con carácter exclusivo por el servicio fijo punto a punto y punto a multipunto.

Nota de Utilización Nacional UN-79: dentro de la banda de 27,5 a 29,5 GHz, define las subbandas 28332,5 a 28444,5 MHz y 29340,5 a 29452,5 MHz como susceptibles de utilizarse (con otorgamiento de concesión previa) para sistemas de acceso radio (LMDS).

Nota de Utilización Nacional UN-94: permite el uso de la banda de 40,5 a 42,5 GHz para la introducción de sistemas con capacidad de información multimedia sin hilos (MWS), incluyendo los Sistemas de Distribución de Vídeo Multipunto (SDVM).

2.4.7.2 Concesión administrativa Otro aspecto normativo a considerar es el título habilitante necesario para la prestación de servicios y el establecimiento o explotación de redes de telecomunicación. La ya mencionada Ley General de Telecomunicaciones establece dos tipos de concesiones para la explotación de servicios de telecomunicación: las licencias individuales y las autorizaciones generales27.

27 En enero de 2003 el Consejo de Ministros aprobó una nueva propuesta de Ley de Ordenación de las Telecomunicaciones en las que se suprimen los títulos habilitantes y se sustituyen por la simple comunicación a la Comisión del Mercado de las Telecomunicaciones.


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El ámbito de aplicación de las redes de acceso inalámbricas entraría dentro de lo establecido para las licencias de tipo C2: establecimiento y explotación de redes públicas de telecomunicación que implican el uso del dominio público radioeléctrico. Esto supondría que habría que disponer de una licencia de tipo C2 para el establecimiento de redes de acceso inalámbricas, o que habría que llegar a acuerdos con empresas poseedoras de dichas licencias para la utilización de sus redes.

Las empresas que actualmente poseen licencia de tipo C2, la poseen desde la resolución del concurso que a tal efecto convocó la administración por Orden de 7 de octubre de 1999 (B.O.E. 243 de 9 de octubre). En dicha Orden se convocaba concurso público para la adjudicación de seis licencias tipo C2, tres en la banda de 3,4 a 3,6 GHz y otras tres en la banda de 24,5 a 26,5 GHz, todas de ámbito nacional.

La resolución de dicho concurso se publicó mediante Orden de 8 de marzo de 2000 (B.O.E. 60 de 10 de marzo), siendo las empresas adjudicatarias las siguientes:

En la banda de 3,4 a 3,6 GHz:

• FirstMark Comunicaciones España, S.L. (en la actualidad, Iberbanda).

• Consorcio Abranet: comercializado bajo la marca Neo

• Consorcio Aló2000 (actualmente BASA)

En la banda de 24,5 a 26,5 GHz:

• Broadnet Consorcio, S.A

• Consorcio Sky Point

• Banda26, S.A

A estas empresas habría que añadir a Retevisión y UNI2, que disponen de licencia para bucle de abonado inalámbrico desde 1998. Telefónica, al igual que el resto de operadores globales de telecomunicación (entre los que se encuentran los operadores de cable), no dispone de licencia para dicho servicio portador, aunque, como se verá posteriormente, existen circunstancias bajo las que podrían utilizar dicha técnica de acceso.

La situación actual de los operadores es muy dispar. En enero de 2002, Sky Point y Neo solicitaron permiso a la CMT y al Ministerio de Ciencia y Tecnología para fusionarse. Dicha fusión se llevó a efecto en julio de 2002, dando lugar a Neo-Sky 2002, S.A. Actualmente disponen de infraestructura en numerosas ciudades españolas, centrando su mercado fundamentalmente en PYMEs. Entre sus productos cabe destacar “sky 4 Megas”, que ofrece acceso a Internet con 4 Mbit/s en ambos sentidos.

A finales de 2001, Broadnet ofrecía servicios a un total de 36 municipios. Los servicios incluyen acceso a Internet (simétrico, con hasta 8 Mbit/s en cada sentido de transmisión), líneas dedicadas y servicios a operadores e ISPs.


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En mayo de 2001, Teligent, socio de Jazztel en Banda26, se declaró insolvente. En septiembre, Jazztel compró la participación de dicha empresa en Banda26, pasando a controlar el 91% del capital de la misma.

Iberbanda ofrece sus servicios en más de setenta ciudades, centrando su oferta comercial en PYMEs, ISP y operadores regionales. Sus productos van desde la voz digital al acceso a Internet de banda ancha.

Banda Ancha, S.A. (BASA) hace hincapié en ser la única con “IP en el aire”. La única interfaz de acceso que proporciona es Ethernet. Como característica diferenciada, utiliza un equipo de abonado por cliente, no permitiendo la unidad interior la multiplexión de usuarios. La tecnología utilizada les permite ofrecer una anchura de banda de hasta 3 Mbit/s para cada sentido de transmisión. Cabe reseñar que en noviembre de 2002 Aló compró las participaciones de Dragados e Hidrocantábrico en BASA.

Como puede comprobarse, los diferentes operadores, a pesar de disponer de licencia C2, que les habilita para el alquiler de anchura de banda a otros operadores finales, orientan su oferta hacia el mercado de las pequeñas y medianas empresas y, en general, limitan los servicios ofrecidos a voz, datos y acceso de banda ancha a Internet.

2.4.7.3 Excepción a la necesidad de título habilitante Hay una excepción a la necesidad de título habilitante para la utilización del espectro radioeléctrico para redes punto a multipunto. Según se indicó en una sección anterior, existe una subbanda que las entidades con título habilitante y con obligaciones de servicio público, podrían utilizar para sistemas radio.

Esta utilización estaría restringida a determinadas zonas geográficas (aquéllas en las que el operador no pudiera ofrecer el servicio público por medios convencionales) y siempre necesitaría el otorgamiento de una concesión por parte de la administración.

Un ejemplo de esto sería la sustitución del sistema TRAC (Telefonía Rural de Acceso Celular). La sustitución de los sistemas actuales, que está previsto que en parte se realice utilizando tecnología de bucle inalámbrico, está asignada a Telefónica, que, como se ha indicado anteriormente, no dispone de licencia para este tipo de servicios.

2.4.8 Escalabilidad El coste de instalación es una de las grandes ventajas de las redes de acceso inalámbricas. Esta ventaja se observa especialmente en núcleos densamente poblados. Además, si no se considera la inversión en estaciones base y la transmisión necesaria para acceder a las mismas o, lo que es lo mismo, que una estación base atendiera a un número significativo de usuarios, la inversión guarda proporcionalidad con el número de usuarios que se conectan y además es independiente de la distancia a la que estos usuarios se encuentren.


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No sucede lo mismo en núcleos dispersos de población: mientras que el coste de la instalación de la estación base sería el mismo, una estación de abonado sólo sería utilizada por un abonado potencial, reduciendo considerablemente las ventajas en cuanto a costes de establecimiento de este tipo de sistemas.

Podemos estudiar el crecimiento de las redes de acceso inalámbricas desde dos puntos de vista:

• Que se incremente la zona de cobertura a considerar.

• Que, dentro de la zona ya cubierta por una red de acceso inalámbrica, se incremente la anchura de banda necesaria, bien porque aumente el número de abonados, bien porque aumente la anchura de banda solicitada por cada abonado (por ejemplo, por la aparición de nuevos servicios).

En el primer caso, la única alternativa posible consiste en instalar nuevas estaciones base (considerando que el aumento de potencia en alguna de las estaciones base existentes no pudiera dar servicio a la nueva zona a cubrir), lo cual supone encontrar un emplazamiento adecuado para dicha estación base, equiparla y conectar con la infraestructura de transporte necesaria (fibra, radio punto a punto) la estación base con la red de telecomunicaciones troncal.

En el segundo caso pueden plantearse más alternativas, que, desde la más económica a la más onerosa, serían:

• Aumentar el número de portadoras utilizadas en un determinado sector. Duplicando el número de portadoras dentro de un sector, duplicamos la anchura de banda disponible para los abonados de dicho sector. La limitación en este caso vendría impuesta por el número de portadoras disponibles en esa ubicación.

• Aumentar el número de sectores de una estación base. En caso de no disponer de portadoras adicionales, podría optarse por desdoblar un sector en varios, aumentando con ello la capacidad efectiva de la estación base. El problema a resolver en este caso sigue siendo la limitación en el espectro disponible, puesto que habría que replantearse para dicha estación base el esquema de reutilización de frecuencias utilizado, de forma que no se produzcan interferencias en los sectores ya existentes, adicionalmente habría que volver apuntar las antenas de los usuarios a los nuevos sectores creados.

• Aumentar el número de estaciones base: si ninguno de los métodos anteriores fuera viable, podría optarse por aumentar el número de estaciones base, de forma que el número de abonados asignado a cada una de ellas se redujese, aumentando por tanto el caudal efectivo por abonado. Para conseguirlo, es necesario reducir la potencia de transmisión de la estación base, con lo cual se disminuye la zona de cobertura de la misma.

En cuanto a los costes del despliegue, D. Gray [22] ha estimado un coste de 1.000 $ por abonado, donde se incluye el coste asociado al equipo de usuario. Por otro lado, Adaptative Broadband [23] estima que el coste de una instalación con seis estaciones base, cada una formada por seis sectores (con capacidad para 9.000 abonados), sería


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de unos 125.000 $, donde no estarían incluidos los costes de los equipos terminales de abonado; el coste por abonado dependería, evidentemente, del factor de penetración del servicio.


2.4.9.1 Consideraciones medioambientales Las redes de acceso inalámbricas, como todos los sistemas radioeléctricos, están sujetas a límites en cuanto a potencia radiada. En España estas limitaciones quedan fijadas en el Anexo II del Reglamento que establece condiciones de protección del dominio público radioeléctrico, restricciones a las emisiones radioeléctricas y medidas de protección sanitaria frente a emisiones radioeléctricas, aprobado por el Real Decreto 1066/2001, de 28 de septiembre [24].

Las limitaciones que dicho reglamento indica, para las bandas de frecuencia utilizadas por las redes de acceso inalámbricas, son las siguientes:

Entre 100 kHz y 10 GHz, se restringe el SAR (Specific Energy Absorption Rate) localizado en cabeza y tronco a 2 W/kg y el SAR localizado en miembros a 4 W/kg.

Entre 10 GHz y 300 GHz, se limita la densidad de potencia, S, a un máximo de 10 W/m2 (ver sección 2.8.9.1 y Figura 85).

En el caso de las redes de acceso inalámbricas este aspecto puede ser poco problemático, debido a las potencias de emisión consideradas (se estima que en la mayoría de los casos será suficiente con una potencia de emisión por debajo de 10 W para las estaciones base y 100 mW para los equipos terminales) y, sobre todo, al carácter directivo de las emisiones y la ubicación de las antenas en tejados y azoteas, lo cual reduce enormemente la exposición de los seres humanos a las radiaciones de este tipo de sistemas.

2.4.9.2 Consideraciones meteorológicas Las bandas de frecuencias utilizadas por las redes de acceso inalámbricos (por encima de los 20 GHz en algunos casos) la hacen especialmente sensible a los hidrometeoros (lluvia, nieve,...) y a los gases atmosféricos (sobre todo vapor de agua).

Esta dependencia se mide utilizando el denominado índice de precipitación al 0,01%, R, definido en la recomendación P.837-3 de la UIT-R [25]. Este parámetro determina la intensidad de lluvia que se supera en una zona el 0,01% del tiempo en un año medio. La Figura 48 muestra los valores correspondientes a dicho parámetro para el caso de la península ibérica y Baleares.


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Figura 48. Valores de R según ITU-R P.837-3

Para comprobar el efecto de los hidrometeoros sobre la señal, tomaremos como ejemplo los valores típicos de los equipos de transmisión enunciados en una sección anterior (2 w de potencia transmitida, 15 dBi y 30 dBi de ganancia de las antenas transmisora y receptora respectivamente, una sensibilidad del receptor de –80 dBm para una BER de 10-7 y un margen de guarda de 20 dB en recepción). Con estos valores, el alcance máximo del sistema considerando únicamente la atenuación en espacio libre sería de algo menos de 10 km [26,27]. Tomando en consideración la atenuación debida a hidrometeoros (lluvia, niebla, nieve,...) con un valor de R=25 el alcance medio se reduce, como se vio con anterioridad, hasta los 3 km.

2.4.9.3 Consideraciones geográficas Como ya se ha indicado, los sistemas de acceso inalámbrico son, actualmente, sistemas de línea de visión directa (LoS). Esto supone que, en zonas muy abruptas, la limitación en la zona de cobertura de una estación base no sea la atenuación en espacio libre, ni la densidad de abonados, sino la zona de visión directa cubierta por dicha estación base.

Este problema puede ser parcialmente solucionado mediante la utilización de repetidores, aunque este uso puede provocar la desaparición de uno de los principales atractivos de esta técnica de acceso: la facilidad de despliegue.

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