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Técnicas para estabilizar líneas DSL en entornos con alto nivel de ruido
Técnicas para estabilizar líneas DSL en José Luis Martínez Acedo Responsable de soporte técnico de acceso fijo, Alcatel-Lucent Orestes Perotas Hernández Director de soporte técnico de acceso fijo, Alcatel-Lucent a provisión de servicios de banda ancha a muy alta velocidad ha cambiado radicalmente el modo en el que los operadores despliegan servicios basados en DSL, acortando la longitud de los bucles de cobre. De esta manera surgen despliegues denominados Fiber-to-the-Node o Fiber-to-the-Building, en los que las líneas DSL son capaces de entregar banda ancha de muy alta velocidad (hasta 50 Mbit/s con VDSL2 en implantaciones FTTB). Sin embargo, estos nuevos servicios también traen consigo nuevos retos para la red de acceso. Los servicios ‘Triple Play’ (voz, datos y TV) imponen requisitos a la red mucho más exigentes que los servicios tradicionales de acceso a Internet: requieren mayor ancho de banda, menor retardo, mayor estabilidad de línea, y menor número de errores de transmisión. El retardo es crítico para las aplicaciones de voz e interactivas, ya que la tasa de errores tiene un gran impacto en la calidad de los servicios de video y la inestabilidad de la línea provoca graves interrupciones del servicio. Otra característica de estos nuevos servicios es que la aparición de cualquier error se hace claramente visible. Mientras que las interrupciones de servicio pasan generalmente desapercibidas en los servicios tradicionales de acceso a Internet (por ejemplo, envío de correo electrónico, navegación por Internet, etc.), incluso la interrupción más corta producirá una pérdida visible de señal de TV o la aparición de errores en la pantalla. Además los servicios de video se emplean durante mayores períodos de tiempo que el correo electrónico o la navegación por Internet, por lo que cualquier error es más fácilmente apreciado por el usuario. La aparición y persistencia de errores se convertirán automáticamente en reclamaciones en el Centro de Atención al Cliente o incluso peor: pueden acabar en la pérdida del abonado en favor de otro proveedor de servicios. Técnicas para estabilizar líneas DSL en entornos con alto nivel de ruido La estabilidad de una línea DSL tiene un impacto enorme en la calidad de servicio percibida por el usuario. Una línea DSL inestable, por una elevada diafonía de otras líneas adyacentes, puede traducirse en una degradación del servicio e incluso en una interrupción del mismo. Sus efectos más inmediatos son la reducción en la cobertura de servicio, los altos costes operacionales por visitas y atención al cliente, la disminución del ingreso medio por usuario (ARPU), y el aumento del abandono de clientes o ‘churn’. La solución tradicional para estabilizar líneas consiste en aumentar el margen de ruido en las líneas afectadas con la consiguiente notable pérdida de ancho de banda. Por el contrario las técnicas Artificial Noise (AN) para ADSL y Virtual Noise (VN) para VDSL2 permiten a los operadores estabilizar líneas DSL con una mínima reducción de ancho de banda. VN es parte del estándar VDSL (opcional) y funciona con cualquier dispositivo de cliente que soporta VN; sin embargo AN no requiere soporte específico en el equipo de cliente y funciona con cualquier modem ADSL instalado en planta. Técnicas para estabilizar líneas DSL en entornos con alto nivel de ruido Causas típicas de inestabilidad de líneas La calidad media de un servicio percibida por un abonado puede verse afectada por un conjunto de factores: fallos en el cableado, problemas con el dispositivo de cliente, problemas derivados de los despliegues mixtos o inestabilidad de la línea. La principal causa de inestabilidad en una línea DSL es la interferencia de fuentes de ruido externas o de otras líneas DSL. Cuando el nivel de ruido supera el margen de ruido, la línea se convierte en inestable y se resincroniza. La solución tradicional, que consiste en la instalación de un mayor margen de ruido, hace que la línea sea más resistente al ruido, pero a costa del ancho de banda. Un DSLAM transmite una señal con un determinado nivel de potencia (PSD transmitida) a través del bucle de cobre hacia el CPE. El bucle atenúa la PSD transmitida y el ruido recibido (RN) crece. La diferencia entre ambos es la Relación Señal Ruido (SNR). Para poder afrontar variaciones del ruido, los sistemas DSL definen un Margen de Ruido (NM), típicamente de 6 dB, por encima del ruido en el momento de la inicialización. La porción restante de SNR se convierte en ancho de banda utilizable. Este proceso se muestra en la Figura 1A. La atenuación de la señal transmitida depende de la longitud del bucle y como a menudo los operadores despliegan líneas con una limitación máxima de ancho de banda, el resultado es que el margen de ruido es menor para bucles largos, haciéndolos más vulnerables a las fluctuaciones del ruido que los bucles cortos. Los principales problemas asociados a un ruido excesivo son la elevada cantidad de errores de transmisión, y aún peor, la resincronización de la línea. Un nivel moderado de errores de transmisión no es un problema grave para los servicios de acceso a Internet ya que los errores pueden corregirse mediante retransmisiones a nivel TCP. Sin embargo, como el video se ofrece habitualmente mediante UDP (sin retransmisiones), los errores de transmisión producen una distorsión visible sobre el video. Ambos efectos pueden verse en la Figura 2. Una de las dos causas principales de errores de transmisión es la diafonía producida por otras líneas DSL existentes en el mismo mazo de pares que provoca un aumento repentino del ruido –por ejemplo, cuando se enciende un modem conectado a uno de los pares del Figura 1. Tecnología DSL y problemas de inestabilidad (nota: el ruido se representa como una curva plana para simplificar las gráficas). Figura 2: Efectos en los servicios de video provocados por la resincronización y el exceso de errores en la línea DSL “Una de las dos causas principales de errores de transmisión es la diafonía producida por otras líneas DSL existentes en el mismo mazo de pares que provoca un aumento repentino del ruido ” mazo–. En algunas frecuencias, esto puede producir un margen de ruido negativo sobre otras líneas en el mazo y errores de transmisión. El mecanismo de bit-swapping proporcionado por los sistemas DSL tiene como objetivo generar un margen positivo antes de que los errores alcancen un umbral, evitándose entonces una resincronización. Sin embargo la velocidad del bit swapping en el CPE depende de la implementación. La segunda causa de errores de transmisión es el ruido impulsivo (IN). El ruido impulsivo afecta generalmente a todas las frecuencias, siendo los bucles más largos y las frecuencias más altas más vulnerables debido a la mayor atenuación del bucle. Al igual que en el caso de la diafonía, los sistemas DSL incluyen mecanismos contra el ruido impulsivo que son capaces de manejar una gran cantidad de errores. No obstante, como se indica en la Figura 1B, si el ruido impulsivo supera la capacidad de corrección del FEC se producen errores de transmisión (ruido impulsivo demasiado largo o repetitivo). En comparación con los errores de transmisión, las resincronizaciones son incluso menos tolerables, ya que producen pérdida de servicio, generalmente entre 20 y 60 segundos. La resincronización está causada principalmente por un elevado aumento de la diafonía, como puede verse en la Figura 1B. Cuando esto ocurre el proceso de bit-swapping no es lo suficientemente rápido o hay demasiadas frecuencias afectadas, por lo que los errores alcanzan un umbral que fuerza el reinicio del sistema. Para estas líneas inestables existe una simple estrategia que consiste en elegir un margen de ruido mayor, cuya consecuencia es una reducción del ancho de banda disponible. Más aún, después de la resincronización el ruido recibido puede incluir diafonía, por lo que el margen de ruido de 6 dB o mayor se añadirá de nuevo. De esta manera se produce una gran degradación del ancho de banda porque la SNR útil para bitloading disminuye significativamente, tal y como se muestra en la Figura 1C. Por tanto, aumentar el margen de ruido para resolver problemas de estabilidad dista mucho de ser lo óptimo. La solución: Artificial Noise/Virtual Noise La solución Artificial Noise/Virtual Noise (ANVN) consiste en minimizar el impacto debido a un aumento de la diafonía, enterrando todas las variaciones de ruido bajo una máscara elaborada para hacer el sistema estable. Alcatel- Lucent propuso la técnica VN para resolver problemas de estabilidad en VDSL2 y actualmente se encuentra incluido en el estándar G.993.2 como funcionalidad opcional. VN es una densidad espectral de potencia (PSD) de ruido que define el operador mediante un modelo lineal por tramos basado en puntos discretos o breakpoints. Esta PSD de ruido está referenciada al transmisor, y es convertida por el receptor en la correspondiente PSD de ruido del receptor (Rx PSD). Como resultado, la configuración de VN es independiente de la longitud de la línea e impone un límite a la relación SNR alcanzable, una vez definida la potencia transmitida. Como aparece indicado en la Figura 3A, durante la inicialización el DSLAM envía al CPE del usuario los valores de los breakpoints de VN (hasta 32 como máximo) en sentido descendente. El CPE calcula el VN en sentido descendente a partir de la atenuación existente en la línea y selecciona el máximo entre este valor y el ruido real recibido. Por su parte el DSLAM hace lo mismo en el sentido ascendente, tomando el máximo entre el ruido real recibido y VN en sentido ascendente (calculado a partir de un máximo de 16 breakpoints). Técnicas para estabilizar líneas DSL en entornos con alto nivel de ruido Figura 3: El concepto de Virtual y Artificial Noise. Dado que VN resulta altamente eficaz para estabilizar las líneas, Alcatel-Lucent ha extendido este método a la tecnología ADSL; sin embargo, esta tecnología está ampliamente desplegada por lo que la introducción de modificaciones en el estándar, como por ejemplo el soporte de breakpoints de VN, no es una opción válida. Para superar este reto, los DSLAMs de Alcatel-Lucent inyectan físicamente ruido adicional en la línea tal y como puede observarse en la Figura 3B, de tal manera que el CPE recibe la suma del AN atenuado y del ruido normal recibido. AN sólo se implementa en el sentido descendente (no hay cambios en los CPEs desplegados en campo) y puede emplearse para cualquier tecnología ADSL. A continuación, en la Figura 4, se empleará AN como ejemplo para simplificar la explicación. El principio de funcionamiento de VN es similar. Cuando se aplica AN a la línea, el CPE recibe la suma de AN y del ruido normal recibido. De acuerdo con la Figura 4A, por encima de esta suma de ruidos se añade un margen de ruido. Normalmente el margen de ruido empleado en presencia de ANVN puede ser mucho menor que el que se emplearía sin ANVN (por ejemplo 3-5 dB en lugar de 9- 15 dB). En tanto que el ruido sea inferior que el ruido artificial, el sistema permanece estable, ya que la suma de ambos ruidos consume menos de 3 dB del margen de ruido. Comparando con la estrategia basada en alto margen de ruido (ver Figura 1C), la utilización de AN proporciona mayor ancho de banda mientras que a la vez mantiene la estabilidad de la línea. La existencia de AN en la línea es capaz de enmascarar el ruido recibido causado por diafonía, de tal manera que la línea permanece estable, proporcionando un ancho de banda relativamente grande (ver Figura 4B). ANVN no sólo permite combatir las inestabilidades producidas por diafonía, sino que también es capaz de mejorar la robustez ante el ruido impulsivo. Como habitualmente el ruido impulsivo de pequeña amplitud es más frecuente que el ruido impulsivo de gran amplitud, ANVN puede utilizarse para construir un pedestal de ruido configurable, protegiendo así la línea frente a la mayor parte de ruido impulsivo. Los datos de campo realizados proporcionan evidencias de que el empleo de AN puede mejorar la estabilidad de las líneas ADSL. Como conclusión de las pruebas realizadas con diferentes operadores europeos, la introducción de ANVN permite mejorar la estabilidad de las líneas proporcionando un 30% adicional de ancho de banda. Esta mejora de ancha de banda permite asimismo incrementar la cobertura de servicios que requieren una alta capacidad en la línea (por ejemplo, servicios de IPTV), con el consiguiente aumento de los ingresos por nuevos usuarios de servicios de alto valor añadido. Técnicas para estabilizar líneas DSL en entornos con alto nivel de ruido Figura 4: ANVN como solución para los problemas de inestabilidad en líneas DSL “La solución Artificial Noise/Virtual Noise (ANVN) consiste en minimizar el impacto debido a un aumento de la diafonía, enterrando todas las variaciones de ruido bajo una máscara elaborada para hacer el sistema estable”
30 oct 2015