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

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1 Rede Telefónica Pública Comutada - Estrutura geral: rede local ou de acesso - Uma grande parte da rede local é constituída pela infra-estrutura de cobre [fios de cobre entrelaçados (cooper twisted pair) - par simétrico] que liga os telefones dos assinantes às centrais locais. Centenas ou milhares de pares simétricos Central local Limite da área de serviço Grupos de casas Interface de área de serviço Área de serviço As áreas de serviço podem ter diferentes dimensões, desde uma dezena de km 2 nas áreas urbanas até algumas centenas nas áreas rurais. Sistemas de Telecomunicações Guiados - ISCTE - Acetatos 3 1

2 Estrututa simplificada da central local A central local é constituída pelo repartidor principal, a interface da linha do assinante (ILA), os multiplexadores TDM e o comutador ILA conversão de de 2 para para 4 fios fios (e (e vice-versa) conversão analógica digital digital e e gerar gerar o sinal sinal PCM PCM a a kbit/s kbit/s correspondente ao ao sinal sinal de de voz voz Acesso primário Para desligar o telefone de um assinante, basta remover o cordão existente no repartidor principal que liga o par simétrico à ILA Mux/Demux TDM agregação dos dos sinais sinais a a kbit/s kbit/s gerados gerados pela pela ILA ILA para para formar formar o sinal sinal correspondente às às tramas tramas E1 E1 (2 (2 Mbit/s) Mbit/s) antes antes de de ser ser encaminhado para para a a rede rede pelo pelo comutador Sistemas de Telecomunicações Guiados - ISCTE - Acetatos 3 2

3 Aspectos da infraestrutura das redes telefónicas - Rede de acesso convencional: serviço POTS - ILA - Interface da linha do assinante RP - Repartidor Principal ASR - Armário de sub-repartição CD Caixa de distribuição Central local Lacete de assinante CD + ILA RP ASR CD Assinantes CD Características de transmissão dos pares simétricos: Distorção de amplitude - Pupinização; Distorção de fase (não é relevante); Atenuação máxima admissível no lacete de assinante: 8 db (@ 1 khz). Pares simétricos Sistemas de Telecomunicações Guiados - ISCTE - Acetatos 3 3

4 Rede de acesso usando unidades remotas MUX Multiplexador TDM UR Unidade remota CD Caixa de distribuição Lacete de assinante Central local CD + MUX/ DEM UX MUX/ DEMUX UR CD Assinantes CD Fibra óptica Feixes hertzianos Pares simétricos Sistemas de Telecomunicações Guiados - ISCTE - Acetatos 3 4

5 Unidades Remotas As unidades remotas podem funcionar em modo com concentração ou sem concentração Sem concentração: o número de timeslots disponíveis na trama (K) é igual ao número de assinantes (N) N Assinantes N time-slots Central local Com concentração: atribuição de timeslots disponíveis aos assinantes consoante estes necessitem Introduz bloqueio Solução utilizada em áreas com tráfego reduzido N Assinantes Unidade remota Unidade remota (concentrador) K time-slots (K<N) Central local Sistemas de Telecomunicações Guiados - ISCTE - Acetatos 3 5

6 Acesso à Internet através da rede telefónica Acesso Directo utilizadores empresariais Indirecto utilizadores domésticos usa a rede telefónica para aceder aos ISP (Internet Service Providers) Banda estreita Banda larga Modems na banda de voz ADSL; soluções ópticas (PON) O utilizador liga-se ao POP (Point of Presence) da rede telefónica. Este por sua vez, liga-se ao POP dos ISPs através de circuitos alugados ou canais virtuais permanentes estabelecidos através de uma rede ATM Sistemas de Telecomunicações Guiados - ISCTE - Acetatos 3 6

7 Acesso de banda larga O acesso de banda larga baseado no ADSL, inclui na rede de acesso, para além do modem ADSL (cliente), os multiplexadores DSLAM - Digital Subscriber Line Acess Multiplexer (central local) e a ligação aos ISPs é feita utilizando o ATM Cada DSLAM interliga várias centenas de modems ADSL à rede IP através de uma rede de banda larga ATM Para separar os sinais de banda estreita dos de banda larga, utiliza-se um filtro (splitter) para separar a banda dos 0 a 4 khz do resto da banda Sistemas de Telecomunicações Guiados - ISCTE - Acetatos 3 7

8 Desagregação do lacete local Descreve a obrigação dos operadores históricos da rede fixa alugarem (ou venderem) a sua infra-estrutura de acesso baseada nos pares simétricos a outros operadores Incentivar a concorrência no sector das telecomunicações O operador alternativo instala o seu comutador local e o seu DSLAM nas instalações do operador histórico Sistemas de Telecomunicações Guiados - ISCTE - Acetatos 3 8

9 Equipamento terminal de assinante (telefone) Adaptação de impedâncias Isolar o microfone do auscultador Exemplos de equipamento terminal: Telefones residenciais, cabines públicas; Características gerais do equipamento telefónico: É alimentado por uma bateria situada na central local que fornece uma tensão contínua de 48V; Valores típicos para as correntes que percorrem o lacete: ma; Dispositivo regulador que garante que a corrente que percorre o microfone é independente do comprimento do lacete do assinante; Circuito híbrido: conversão de 4 fios (auscultador + microfone) para 2 fios, porque no lacete do assinante os sinais correspondentes à emissão e recepção viajam no mesmo par de fios. Auscultador Microfone Circuito do telefone Circuito de equilíbrio, Ze Marcador Gancho I Central local Bateria ( 48 V) Campainha (tensão alternada de 75 V à frequência de 25 Hz) Auscultador Microfone Híbrido Linha telefónica Z L Sistemas de Telecomunicações Guiados - ISCTE - Acetatos 3 9

10 Equipamento terminal da central local Funções de uma central local digital que serve lacetes de assinante analógicos (BORSCHT) implementadas na interface da linha do assiante (ILA): Alimentação da linha (Battery): Bateria central com uma tensão contínua de 48 V; Protecção contra sobretensões (Over-voltage protection): Originadas, por exemplo, por descargas atmosféricas; Toque da campainha (Ringing): Tensão alternada de 75 V a 25 Hz; on = 2s, off = 4s Supervisão (Supervision): Análise do estado do lacete de assinante, detectando a presença ou ausência do fluxo de corrente contínua nesse lacete; Codificação (Coding): Conversão A/D e D/A; Circuito híbrido (Hybrid): Responsável pela conversão de 2 para 4 fios e vice-versa; Teste (Testing): Detecção de possíveis falhas e manutenção; testes periódicos ao lacete de assinante. Sistemas de Telecomunicações Guiados - ISCTE - Acetatos 3 10

11 Circuitos de 2 e 4 fios Na rede de acesso usa-se a transmissão a dois fios (razões económicas); Para distâncias superiores a 50 km é necessário separar fisicamente as duas direcções de transmissão, porque: existe a necessidade de amplificação do sinal e tanto os amplificadores como os regeneradores são dispositivos unidireccionais; é mais económico, visto que muitas das chamadas telefónicas de longa distância são multiplexadas no tempo (TDM) e essa técnica requer que os sinais nas duas direcções sejam enviados em time-slots distintos; a comutação digital é feita a 4 fios. Sistemas de Telecomunicações Guiados - ISCTE - Acetatos 3 11

12 Circuitos de 2 e 4 fios (cont.) Surge assim a necessidade de um circuito híbrido para a conversão de 2 para 4 fios e vice-versa; Características do circuito híbrido: Teoricamente a atenuação de equilíbrio B s devia ser infinita. Na prática não se verifica B s é a parcela de atenuação atribuível à desadaptação de impedâncias da linha Z L e da malha de adaptação Ze. Amplificador Singing Ecos ida B s 3 db 3 db Ze A Híbrido B volta O híbrido pode comportar-se como um oscilador se: a atenuação do anel, A a, apresentar um valor negativo, i.e. se a malha apresentar ganho; o sinal reflectido depois de uma volta completa na malha estiver em fase com o sinal principal. Para se evitar esta situação A a > 6 db A 2 > 3 - B s db Margem de estabilidade Fenómeno Singing Parâmetros importantes: Atenuação total entre os pontos A e B a dois fios: A 2 = 6 G db (G é o ganho de um dos lados do circuito a 4 fios); Atenuação do anel: A a = 2 ( A 2 + B s ) db. RDI G = 0 Sistemas de Telecomunicações Guiados - ISCTE - Acetatos 3 12

13 Origem e tipos de ecos Origem do eco: Surge do facto da atenuação de equilíbrio B s não ser infinita; B s = 20log10 Z Z L L + Ze Ze Dois tipos distintos de ecos: Eco do falante (o locutor ouve uma versão atrasada da sua própria voz); Atenuação: A ef = 2A 2 + B s Atraso: δt ef = 2 ( T 2 + T 4 ) Atrasos superiores a 400 ms, devem ser evitados Eco do ouvinte (o ouvinte ouve uma versão atrasada da voz do locutor); Atenuação: A eo = 2 ( A 2 + B s ) Atraso: δt eo = 2 T 4 Sofre uma atenuação maior que o eco do falante. Sistemas de Telecomunicações Guiados - ISCTE - Acetatos 3 13

14 Controlo do eco Os efeitos do eco podem ser reduzidos se se aumentar a atenuação do percurso A 2 : não funciona para ligações com comprimentos elevados; Solução: Supressores de eco: A ideia é interromper um sentido da transmissão logo que um detector de nível de voz constate a presença de um sinal de voz no outro sentido da transmissão Ligação half-duplex; Surgem problemas quando os interlocutores falam ao mesmo tempo e surgem também problemas na transmissão de dados com esta técnica (pedidos de retransmissão); Canceladores de eco: o cancelador de ecos sintetiza uma réplica ˆr ( t) do eco a partir do sinal y(t) ; y(t) ε(t) Filtro adaptativo rˆ ( t) r(t) + x(t) Sistemas de Telecomunicações Guiados - ISCTE - Acetatos 3 14

15 Técnicas de duplexagem Duplexagem por divisão na frequência (DDF) A comunicação nos dois sentidos é feita utilizando bandas diferentes Banda de guarda Comunicação no sentido ascendente Comunicação no sentido descendente f 1 f 2 f Duplexagem por divisão no tempo (DDT) As direcções de transmissão são separadas no domínio do tempo técnica tanbém conhecida por Time Compressed Multiplexing (TCM) Cancelamento de eco (CE) As direcções de transmissão são separadas usando um cancelador de ecos (associado a um híbrido) Sistemas de Telecomunicações Guiados - ISCTE - Acetatos 3 15

16 Time Compressed Multiplexing A ideia subjacente é separar no tempo as direcções de transmissão, i.e. transmissão alternada de blocos de informação num sentido e no outro sobre um único par simétrico; O débito binário resultante é maior que o dobro do ritmo binário da sequência; Central local t r b : ritmo binário da sequência; t = N / r b ; τ: tempo de propagação na linha; τ g : tempo de guarda. Assinante b0 2 1 ( τ +τ g t ) τ τ g τ N r b b0 N r b b0 τ g r = 2r Desvantagem: r b0 é da ordem dos 400 kbit/s Comprimentos máximos de 2 a 3 km b Sistemas de Telecomunicações Guiados - ISCTE - Acetatos 3 16

17 Transmissão digital na rede de acesso (sobre pares simétricos) Acesso em banda base Acesso com modulação digital (passa-banda) β - Factor de excesso de banda R s - Débito de símbolo B - largura de banda do canal de transmissão Acesso RDIS, HDSL Códigos de linha AMI, 2B1Q Modems na banda da voz, ADSL, VDSL Modulações digitais QAM, PSK, FSK, DMT Critério de Nyquist (zero IIS) R s B ( 1+ β ) B ( 1+ β ) 2 R s Sistemas de Telecomunicações Guiados - ISCTE - Acetatos 3 17

18 Aspectos da transmissão digital na rede de acesso Lacete analógico do assinante Lacete digital do assinante Modems: Transmissão de dados usando modems através das técnicas de modulação [e.g. FSK, PSK e QAM (para débitos mais elevados)] - 56 kbit/s (ritmo máximo); Nota: a bidireccionalidade numa ligação a dois fios é atingida usando DDF (débitos < 4.8 kbit/s) ou o cancelamento de ecos na banda do canal de voz [300 Hz Hz] DSL (Digital Subscriber Loop) Rede Digital com Integração de Serviços (RDIS): 160 kbit/s (acesso básico); ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Loop): Mbit/s (download), kbit/s (upload) + canal de voz; ADSL 2: 5-12 Mbit/s (download), Mbit/s (upload) + canal de voz; ADSL 2+: 24 Mbit/s (download), Mbit/s (upload) + canal de voz; VDSL (Very-high data rate DSL): Mbit/s (download), Mbit/s (upload) distâncias muito curtas, 300m, a 52 Mbit/s, podendo chegar a 1.5km a 13 Mbit/s HDSL (High-bit-rate DSL): transmissão simétrica de sinais a Mbit/s usando três cabos de pares simétricos. Cada par simétrico transmite sinais a 784 kbit/s. Sistemas de Telecomunicações Guiados - ISCTE - Acetatos 3 18

19 Configuração de referência do acesso RDIS Configuração do acesso básico RDIS Interface U Acesso básico 2 64 kbit/s canais B para comunicação 1 16 kbit/s canal D para sinalização Interface U a 2 fios a 160 kbit/s Acesso primário kbit/s canais B para comunicação 1 64 kbit/s canal D para sinalização Interface U a 4 fios a 2 Mbit/s O lacete digital do assinante inclui o par simétrico e os blocos NT1 e LT. A duplexagem normalmente utilizada é o cancelamento de eco e a transmissão é feita em banda base usando a codificação de linha 2B1Q Sistemas de Telecomunicações Guiados - ISCTE - Acetatos 3 19

20 ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Loop) Proporciona a transferência de informação de modo assimétrico A duplexagem pode ser feita por divisão na frequência (DDF) ou cancelamento de eco (CE) DDF-ADSL Sentido ascendente 640 kbit/s Sentido descendente 6 Mbit/s CE-ADSL Sentido ascendente 800 kbit/s Sentido descendente 8 Mbit/s A diafonia (crosstalk) pode ser um factor limitativo principalmente em CE-ADSL A atenuação do par simétrico é um factor que condiciona grandemente o alcance dos sistemas ADSL Sistemas de Telecomunicações Guiados - ISCTE - Acetatos 3 20

21 ADSL (2) Débito binário (Mbit/s) Distância (km) ADSL ADSL ADSL ADSL ADSL ADSL VDSL Maiores débitos binários Menor alcance dos sistemas ADSL Central local (ATU-C) Assinante (ATU-R) Sistemas de Telecomunicações Guiados - ISCTE - Acetatos 3 21

22 DMT (Discrete Multitone) Divide a banda de frequências de 0 khz até 1.1 MHz em 256 canais de khz Upload (24 canais) Download (222 canais) DDF-ADSL Cada canal tem 4.3 khz Telefone analógico 25 khz 138 khz 1.1 MHz Upload (24 canais) Download (248 canais) CE-ADSL Cada canal tem 4.3 khz Telefone analógico 25 khz 1.1 MHz A largura de banda reduzida de cada sub-canal é suficientemente reduzida para que a atenuação e a distorção do sinal sejam mínimas dentro de cada sub-canal Sistemas de Telecomunicações Guiados - ISCTE - Acetatos 3 22

23 DMT (2) A sequência digital com o débito binário D b é convertida em blocos constituídos por b bits que são armazenados numa memória Os bits são divididos entre N sub-canais, sendo o número de bits alocados a cada canal dependente da relação sinal-ruído (SNR) do próprio sub-canal Os bits alocados a cada sub-canal vão modular uma portadora usando QAM Canal com pior SNR 1ª fase do processo de modulação consiste em definir a dimensão da constelação QAM apropriada a cada sub-canal Processo de inicialização que testa a SNR de cada sub-canal De acordo com a SNR de cada canal, o modem ADSL adapta automaticamente a dimensão da constelção QAM a ser usada em cada sub-canal de modo a cumprir com o débito binário de transmissão requerido 16-QAM 32-QAM Sistemas de Telecomunicações Guiados - ISCTE - Acetatos 3 23

24 VDSL (Very high-data rate DSL) Extensão do ADSL que permite aumentar os débitos binários, mas que reduz o comprimento da linha para distâncias máximas de 1.5 km Pode ser simétrico ou assimétrico Simétrico Débito descendente/ascendente (Mbit/s) Alcance (km) Débito descendente (Mbit/s) Assimétrico Débito ascendente (Mbit/s) Alcance (km) Utiliza a técnica de duplexagem DDF Sistemas de Telecomunicações Guiados - ISCTE - Acetatos 3 24

25 VDSL (2) Não é uma tecnologia de acesso autónomo Geralmente aparece associada a soluções FTTC (Fiber to the curb) ou FTTB (Fiber to the building) para VDSL de curto-alcance ( 0.3 km) e FTTCab (Fiber to the cabinet) para VDSL de longo alcance ( 1.5 km) A bidireccionalidade no domínio óptico é obtida usando duplexagem por divisão no comprimento de onda OLT Optical Line Termination os sinais destinados a todos os utilizadores são agregados usando multiplexagem e convertidos para o domínio óptico ONU Optical Network Unit reverte o processo da OLT e envia os sinais desmultiplexados para diferentes modems VDSL Sistemas de Telecomunicações Guiados - ISCTE - Acetatos 3 25

26 Soluções ópticas para a rede de acesso Ligação ponto-a-ponto tem-se uma fibra dedicada para interligar cada ONU topologia física em estrela Rede óptica passiva - PON (Passive Optical Network) a fibra óptica é partilhada por vários utilizadores usando um repartidor de potência meio partilhado entre múltiplas ONUs que utiliza protocolos para evitar colisões topologia física em árvore Para garantir a bidireccionalidade das comunicações utilizam-se em ambas as ligações, duplexagem por divisão no comprimento de onda APON (ATM-PON) GPON Gigabit- PON EPON Ethernet PON Sistemas de Telecomunicações Guiados - ISCTE - Acetatos 3 26

27 Rede óptica passiva (PON) Soluções ópticas para a rede de acesso (2) FTTEx FTTCab FTTB FTTH Central local + OLT RO ONU ONU Pares simétricos ADSL (< 6 km) < 8 Mbit/s ADSL / VDSL (< 1 km) < 26 Mbit/s NT NT Assinantes Fibras ópticas ONU VDSL (< 0.3 km) < 52 Mbit/s NT RO Repartidor óptico OLT Terminação da linha óptica ONU Unidade óptica de rede NT Unidade de terminação de rede ONT Unidade óptica de terminação de rede ONT Descendente: 622 Mbit/s Ascendente: 155 Mbit/s Sistemas de Telecomunicações Guiados - ISCTE - Acetatos 3 27

28 Soluções ópticas para a rede de acesso (3) Rede em anel Interliga as diferentes ONUs à OLT usando uma topologia física em anel Esta tecnologia é implementada usando SDH Lacete de assinante Pares simétricos Central local ADM Fibra óptica de protecção ONU NT Anel SDH + OLT ADM ADM UR ONU NT Assinantes Fibra óptica de serviço ADM Fibras ópticas ONU NT ADM Multiplexador de inserção-extracção UR Unidade remota NT Unidade de terminação de rede Sistemas de Telecomunicações Guiados - ISCTE - Acetatos 3 28