Línea de abonado digital

La línea de abonado digital ( DSL ; originalmente bucle de abonado digital ) es una familia de tecnologías que se utilizan para transmitir datos digitales a través de líneas telefónicas . ^[1] En el marketing de telecomunicaciones, el término DSL se entiende ampliamente como línea de abonado digital asimétrica (ADSL), la tecnología DSL más comúnmente instalada, para el acceso a Internet .

En ADSL, el caudal de datos en la dirección ascendente (la dirección hacia el proveedor de servicios) es menor, de ahí la denominación de servicio asimétrico . En los servicios de línea de abonado digital simétrica (SDSL), las velocidades de datos descendentes y ascendentes son iguales.

El servicio DSL se puede ofrecer simultáneamente con el servicio telefónico por cable en la misma línea telefónica, ya que DSL utiliza bandas de frecuencia más altas para la transmisión de datos. En las instalaciones del cliente, se instala un filtro DSL en cada teléfono para evitar interacciones no deseadas entre DSL y el servicio telefónico.

La velocidad de bits de los servicios ADSL para consumidores suele oscilar entre 256 kbit/s y 25 Mbit/s, mientras que la tecnología VDSL+ más reciente ofrece entre 16 Mbit/s y 250 Mbit/s en dirección al cliente ( downstream ), con hasta 40 Mbit/s en sentido ascendente. El rendimiento exacto depende de la tecnología, las condiciones de la línea y la implementación del nivel de servicio. Los investigadores de Bell Labs han alcanzado velocidades SDSL superiores a 1  Gbit/s utilizando líneas telefónicas de cobre tradicionales, aunque dichas velocidades aún no se han puesto a disposición de los clientes finales. ^{[2] [3] [4]}

Inicialmente, se creía que las líneas telefónicas ordinarias sólo podían utilizarse a velocidades modestas, normalmente inferiores a 9600 bits por segundo. En la década de 1950, el cable telefónico de par trenzado ordinario solía transportar señales de televisión de 4 MHz entre estudios, lo que sugería que dichas líneas permitirían transmitir muchos megabits por segundo. Uno de esos circuitos en el Reino Unido recorría unas 10 millas (16 km) entre los estudios de la BBC en Newcastle-upon-Tyne y la estación transmisora ​​de Pontop Pike . Sin embargo, estos cables tenían otras deficiencias además del ruido gaussiano , lo que impedía que tales velocidades se volvieran prácticas en el campo. La década de 1980 vio el desarrollo de técnicas para comunicaciones de banda ancha que permitieron ampliar considerablemente el límite. En 1979 se presentó una patente para el uso de cables telefónicos existentes tanto para teléfonos como para terminales de datos que se conectaran a una computadora remota a través de un sistema de portadora de datos digital. ^[5]

La tecnología de línea de abonado digital se basó en la especificación de la Red Digital de Servicios Integrados (RDSI) propuesta en 1984 por el CCITT (actualmente UIT-T ) como parte de la Recomendación I.120, que más tarde se reutilizó como línea de abonado digital RDSI (IDSL). Los empleados de Bellcore (actualmente Telcordia Technologies ) desarrollaron la línea de abonado digital asimétrica (ADSL) colocando señales digitales de banda ancha a frecuencias superiores a la señal de voz analógica de banda base existente transportada por cableado de par trenzado convencional entre centrales telefónicas y clientes. ^[6] AT&T Bell Labs presentó una patente sobre el concepto básico de DSL en 1988. ^[7]

La contribución de Joseph W. Lechleider a DSL fue su idea de que una disposición asimétrica ofrecía más del doble de la capacidad de ancho de banda de DSL simétrico. ^[8] Esto permitió a los proveedores de servicios de Internet ofrecer un servicio eficiente a los consumidores, quienes se beneficiaron enormemente de la capacidad de descargar grandes cantidades de datos pero rara vez necesitaron cargar cantidades comparables. ADSL admite dos modos de transporte: canal rápido y canal entrelazado . El canal rápido es el preferido para la transmisión de multimedia , donde es aceptable un bit perdido ocasional , pero los retrasos lo son menos. El canal entrelazado funciona mejor para transferencias de archivos, donde los datos entregados deben estar libres de errores pero la latencia (retardo de tiempo) incurrida por la retransmisión de paquetes que contienen errores es aceptable.

El ADSL orientado al consumidor fue diseñado para funcionar en líneas existentes ya acondicionadas para servicios ISDN de interfaz de velocidad básica . Los ingenieros desarrollaron instalaciones DSL de alta velocidad, como la línea de abonado digital de alta velocidad de bits (HDSL) y la línea de abonado digital simétrica (SDSL), para proporcionar servicios tradicionales de señal digital 1 (DS1) a través de instalaciones de par de cobre estándar.

Los estándares ADSL más antiguos entregaban 8  Mbit/s al cliente a lo largo de unos 2 km (1,2 mi) de cable de cobre de par trenzado sin blindaje . Las variantes más nuevas mejoraron estas velocidades. Las distancias superiores a 2 km (1,2 mi) reducen significativamente el ancho de banda utilizable en los cables, lo que reduce la velocidad de datos. Pero los extensores de bucle ADSL aumentan estas distancias al repetir la señal, lo que permite que el operador de intercambio local (LEC) entregue velocidades DSL a cualquier distancia. ^[9]

Hasta finales de los años 90, el coste de los procesadores de señales digitales para DSL era prohibitivo. Todos los tipos de DSL emplean algoritmos de procesamiento de señales digitales muy complejos para superar las limitaciones inherentes de los cables de par trenzado existentes . Debido a los avances de la tecnología de integración a muy gran escala (VLSI), el coste del equipo asociado con una implementación de DSL se redujo significativamente. Los dos equipos principales son un multiplexor de acceso a línea de abonado digital (DSLAM) en un extremo y un módem DSL en el otro extremo.

Es posible instalar una conexión DSL sobre un cable existente. Esta instalación, incluso con el equipamiento incluido, es mucho más barata que instalar un nuevo cable de fibra óptica de gran ancho de banda sobre la misma ruta y distancia. Esto es así tanto para las variantes ADSL como SDSL. El éxito comercial de DSL y tecnologías similares refleja en gran medida los avances realizados en electrónica a lo largo de las décadas, que han aumentado el rendimiento y reducido los costes, aunque cavar zanjas en el suelo para nuevos cables (de cobre o fibra óptica) sigue siendo caro.

Estas ventajas hicieron que la ADSL fuera una mejor propuesta para los clientes que necesitaban acceso a Internet que la conexión telefónica con contador, al tiempo que permitía recibir llamadas de voz al mismo tiempo que una conexión de datos. Las compañías telefónicas también se vieron presionadas a pasarse a la ADSL debido a la competencia de las compañías de cable, que utilizan la tecnología de módem de cable DOCSIS para alcanzar velocidades similares. La demanda de aplicaciones de gran ancho de banda, como el intercambio de vídeo y archivos, también contribuyó a la popularidad de la tecnología ADSL. Algunas de las primeras pruebas de campo para la DSL se llevaron a cabo en 1996. ^[10]

Los primeros servicios DSL requerían un circuito seco dedicado , pero cuando la Comisión Federal de Comunicaciones de los Estados Unidos (FCC) exigió a los operadores de intercambio local (ILEC) que alquilaran sus líneas a proveedores de servicios DSL de la competencia, se puso a disposición el DSL de línea compartida. También conocido como DSL sobre elemento de red desagregado , esta desagregación de servicios permite que un único suscriptor reciba dos servicios separados de dos proveedores separados en un par de cables. El equipo del proveedor de servicios DSL se ubica en la misma central telefónica que el del ILEC que suministra el servicio de voz preexistente del cliente. El circuito del suscriptor se recablea para interactuar con el hardware suministrado por el ILEC, que combina una frecuencia DSL y señales POTS en un único par de cobre.

Desde 1999, algunos ISP ofrecen microfiltros. Estos dispositivos se instalan en interiores y cumplen la misma función que los divisores DSL, que se instalan en exteriores: dividen las frecuencias necesarias para las llamadas telefónicas ADSL y POTS. ^{[11] [12]} Estos filtros surgieron de la voluntad de hacer posible la autoinstalación del servicio DSL y eliminar los primeros divisores DSL para exteriores que se instalaban en el punto de demarcación entre el cliente y el ISP o cerca de él. ^[13]

En 2012, algunos operadores de los Estados Unidos informaron que los terminales remotos DSL con transmisión por fibra óptica estaban reemplazando a los sistemas ADSL más antiguos. ^[14]

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Los teléfonos se conectan a la central telefónica a través de un bucle local , que es un par de cables físicos. El bucle local se pensó originalmente para la transmisión de voz, abarcando un rango de frecuencias de audio de 300 a 3400 hercios ( ancho de banda comercial ). Sin embargo, a medida que los troncales de larga distancia fueron pasando gradualmente de analógicos a digitales, la idea de poder pasar datos a través del bucle local (utilizando frecuencias por encima de la banda de voz) se afianzó, lo que finalmente condujo al DSL.

El bucle local que conecta la central telefónica con la mayoría de los abonados tiene la capacidad de transportar frecuencias que superan con creces el límite superior de 3400 Hz de POTS . Según la longitud y la calidad del bucle, el límite superior puede ser de decenas de megahercios. DSL aprovecha este ancho de banda no utilizado del bucle local creando canales de 4312,5 Hz de ancho que comienzan entre 10 y 100 kHz, según cómo esté configurado el sistema. La asignación de canales continúa en frecuencias más altas (hasta 1,1 MHz para ADSL) hasta que los nuevos canales se consideran inutilizables. Cada canal se evalúa en cuanto a su usabilidad de la misma manera que lo haría un módem analógico en una conexión POTS. Más canales utilizables equivalen a un mayor ancho de banda disponible, por lo que la distancia y la calidad de la línea son un factor (las frecuencias más altas que utiliza DSL viajan solo distancias cortas).

El conjunto de canales utilizables se divide entonces en dos bandas de frecuencia diferentes para el tráfico ascendente y descendente , en función de una relación preconfigurada. Esta segregación reduce las interferencias. Una vez que se han establecido los grupos de canales, los canales individuales se unen en un par de circuitos virtuales, uno en cada dirección. Al igual que los módems analógicos, los transceptores DSL controlan constantemente la calidad de cada canal y los añadirán o eliminarán del servicio en función de si se pueden utilizar. Una vez que se establecen los circuitos ascendentes y descendentes, un suscriptor puede conectarse a un servicio como un proveedor de servicios de Internet u otros servicios de red, como una red MPLS corporativa .

La tecnología subyacente de transporte a través de instalaciones DSL utiliza modulación de ondas portadoras de alta frecuencia , una transmisión de señal analógica. Un circuito DSL termina en cada extremo en un módem que modula patrones de bits en ciertos impulsos de alta frecuencia para su transmisión al módem opuesto. Las señales recibidas desde el módem del extremo lejano se demodulan para producir un patrón de bits correspondiente que el módem transmite, en forma digital, a su equipo interconectado, como una computadora, un enrutador, un conmutador, etc.

A diferencia de los módems de acceso telefónico tradicionales, que modulan bits en señales en la banda base de audio de 300-3400 Hz, los módems DSL modulan frecuencias de 4000 Hz a 4 MHz. Esta separación de bandas de frecuencia permite que el servicio DSL y el servicio telefónico tradicional (POTS) coexistan en los mismos cables, conocidos como cables de grado de voz. ^[15] En el extremo del circuito del abonado, se instalan filtros DSL en línea en cada teléfono para pasar frecuencias de voz pero filtrar las señales de alta frecuencia que de otro modo se escucharían como un silbido. Además, los elementos no lineales en el teléfono podrían generar intermodulación audible y pueden perjudicar el funcionamiento del módem de datos en ausencia de estos filtros de paso bajo . Las modulaciones DSL y RADSL no utilizan la banda de frecuencia de voz, por lo que se incorporan filtros de paso alto en los circuitos de los módems DSL para filtrar las frecuencias de voz.

Debido a que el DSL opera por encima del límite de voz de 3,4 kHz, no puede pasar a través de una bobina de carga , que es una bobina inductiva diseñada para contrarrestar la pérdida causada por la capacitancia de derivación (capacitancia entre los dos cables del par trenzado). Las bobinas de carga se colocan comúnmente a intervalos regulares en las líneas POTS. El servicio de voz no se puede mantener más allá de cierta distancia sin dichas bobinas. Por lo tanto, algunas áreas que están dentro del alcance del servicio DSL quedan descalificadas debido a la ubicación de la bobina de carga. Debido a esto, las compañías telefónicas se esfuerzan por eliminar las bobinas de carga en los bucles de cobre que pueden operar sin ellas. Las líneas más largas que las requieren se pueden reemplazar con fibra hasta el vecindario o el nodo ( FTTN ).

La mayoría de las implementaciones de DSL residenciales y de pequeñas oficinas reservan frecuencias bajas para POTS, de modo que (con filtros y/o divisores adecuados) el servicio de voz existente continúa operando independientemente del servicio DSL. De este modo, las comunicaciones basadas en POTS, incluidas las máquinas de fax y los módems de acceso telefónico , pueden compartir los cables con DSL. Solo un módem DSL puede usar la línea de abonado a la vez. La forma estándar de permitir que varias computadoras compartan una conexión DSL utiliza un enrutador que establece una conexión entre el módem DSL y una red Ethernet local , una línea eléctrica o una red Wi-Fi en las instalaciones del cliente.

Los fundamentos teóricos de DSL, como gran parte de la tecnología de las comunicaciones , se remontan al influyente artículo de Claude Shannon de 1948, " Una teoría matemática de la comunicación ". En general, las transmisiones con una mayor tasa de bits requieren una banda de frecuencia más amplia, aunque la relación entre la tasa de bits y la tasa de símbolos y, por lo tanto, el ancho de banda no son lineales debido a las importantes innovaciones en el procesamiento de señales digitales y los métodos de modulación digital .

El DSL desnudo es una forma de proporcionar únicamente servicios DSL a través de un bucle local . Es útil cuando el cliente no necesita el servicio de voz de telefonía tradicional porque el servicio de voz se recibe ya sea sobre los servicios DSL (normalmente VoIP ) o a través de otra red (por ejemplo, telefonía móvil ). También se le suele llamar elemento de red desagregado (UNE) en Estados Unidos; en Australia se le conoce como bucle local no acondicionado (ULL); ^[16] en Bélgica se le conoce como "cobre crudo" y en el Reino Unido se le conoce como GEA de orden único (SoGEA). ^[17]

Comenzó a recuperarse en los Estados Unidos en 2004, cuando Qwest comenzó a ofrecerlo, seguido de cerca por Speakeasy . Como resultado de la fusión de AT&T con SBC , ^[18] y la fusión de Verizon con MCI , ^[19] esas compañías telefónicas tienen la obligación de ofrecer DSL desnudo a los consumidores.

En el lado del cliente, se conecta un módem DSL a una línea telefónica. La compañía telefónica conecta el otro extremo de la línea a un DSLAM , que concentra una gran cantidad de conexiones DSL individuales en una sola caja. El DSLAM no puede ubicarse demasiado lejos del cliente debido a la atenuación entre el DSLAM y el módem DSL del usuario. Es común que varios bloques residenciales estén conectados a un DSLAM.

La figura anterior es un esquema de una conexión DSL simple (en azul). El lado derecho muestra un DSLAM que reside en la central telefónica de la compañía telefónica. El lado izquierdo muestra el equipo de las instalaciones del cliente con un enrutador opcional. El enrutador administra una red de área local que conecta computadoras y otros dispositivos locales. El cliente puede optar por un módem que contiene tanto un enrutador como acceso inalámbrico. Esta opción (dentro de la burbuja discontinua) a menudo simplifica la conexión.

En la central, un multiplexor de acceso a línea de abonado digital (DSLAM) termina los circuitos DSL y los agrega, donde se transfieren a otros transportes de red. El DSLAM termina todas las conexiones y recupera la información digital original. En el caso de ADSL, el componente de voz también se separa en este paso, ya sea por un filtro o divisor integrado en el DSLAM o por un equipo de filtrado especializado instalado antes de él. ^[20] Las bobinas de carga en las líneas telefónicas, utilizadas para extender su alcance en áreas rurales, deben eliminarse para permitir que funcione el DSL, ya que solo permiten que pasen frecuencias de hasta 4000 Hz a través de los cables telefónicos. ^{[21] [22] [23]}

El extremo del cliente de la conexión consta de un módem DSL , que convierte los datos entre las señales digitales utilizadas por los ordenadores y la señal de tensión analógica de un rango de frecuencia adecuado que luego se aplica a la línea telefónica.

En algunas variantes de DSL (por ejemplo, HDSL ), el módem se conecta directamente a la computadora a través de una interfaz serial, utilizando protocolos como Ethernet o V.35 . En otros casos (particularmente ADSL), es común que el equipo del cliente esté integrado con una funcionalidad de nivel superior, como enrutamiento, firewall u otro hardware y software específico de la aplicación. En este caso, el equipo se denomina puerta de enlace.

La mayoría de las tecnologías DSL requieren la instalación de filtros DSL adecuados en las instalaciones del cliente para separar la señal DSL de la señal de voz de baja frecuencia. La separación puede realizarse en el punto de demarcación o con filtros instalados en las tomas telefónicas dentro de las instalaciones del cliente. Es posible que una puerta de enlace DSL integre el filtro y permita que los teléfonos se conecten a través de la puerta de enlace.

Las puertas de enlace DSL modernas suelen integrar funciones de enrutamiento y otras funciones. El sistema arranca, sincroniza la conexión DSL y, por último, establece los servicios IP de Internet y la conexión entre la red local y el proveedor de servicios, utilizando protocolos como DHCP o PPPoE .

Muchas tecnologías DSL implementan una capa de modo de transferencia asíncrona (ATM) sobre la capa de flujo de bits de bajo nivel para permitir la adaptación de varias tecnologías diferentes sobre el mismo enlace.

Las implementaciones de DSL pueden crear redes enrutadas o en puente . En una configuración en puente, el grupo de computadoras de suscriptores se conectan de manera efectiva a una sola subred . Las primeras implementaciones usaban DHCP para proporcionar la dirección IP al equipo del suscriptor, con autenticación a través de la dirección MAC o un nombre de host asignado . Las implementaciones posteriores a menudo usan el Protocolo punto a punto (PPP) para autenticarse con un ID de usuario y una contraseña.

Los métodos de transmisión varían según el mercado, la región, el operador y el equipo.

• Modulación multitono discreta (DMT), el tipo más común, también conocida como multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM)
• Modulación de amplitud de pulso codificada por enrejado (TC-PAM), utilizada para HDSL2 y SHDSL
• Modulación de fase de amplitud sin portadora (CAP), obsoleta en 1996 para ADSL, utilizada para HDSL
• Dos binarios, uno cuaternario (2B1Q), utilizado para IDSL y HDSL

Las tecnologías DSL (a veces resumidas colectivamente como xDSL ) incluyen:

• Línea de abonado digital simétrica (SDSL), término general para xDSL donde la tasa de bits es igual en ambas direcciones.
  • Línea de abonado digital ISDN (IDSL), tecnología basada en ISDN que proporciona una tasa de bits equivalente a dos portadoras ISDN y un canal de datos, 144 kbit/s simétricos sobre un par
  • Línea de abonado digital de alta velocidad binaria (HDSL), ITU-T G.991.1, la primera tecnología DSL que utilizó un espectro de frecuencia más alto que el de la RDSI, servicios simétricos de 1544 kbit/s y 2048 kbit/s, ya sea en 2 o 3 pares a 784 kbit/s cada uno, 2 pares a 1168 kbit/s cada uno o un par a 2320 kbit/s
  • Línea de abonado digital de alta tasa de bits 2/4 (HDSL2, HDSL4), ANSI, 1544 kbit/s simétrica sobre un par (HDSL2) o dos pares (HDSL4)
  • Línea de abonado digital simétrica (SDSL), tecnología propia específica, hasta 1.544 kbit/s simétricos en un par
  • Línea de abonado digital de alta velocidad de un solo par (G.SHDSL), ITU-T G.991.2, sucesor estandarizado de HDSL y SDSL propietario, hasta 5.696 kbit/s por par, hasta cuatro pares
• Línea de abonado digital asimétrica (ADSL), término general para xDSL donde la tasa de bits es mayor en una dirección que en la otra.
  • ANSI T1.413 Edición 2 , hasta 8 Mbit/s y 1 Mbit/s
  • G.dmt , ITU-T G.992.1, hasta 10 Mbit/s y 1 Mbit/s
  • G.lite , ITU-T G.992.2, más resistente al ruido y a la atenuación que G.dmt, hasta 1.536 kbit/s y 512 kbit/s
  • Línea de abonado digital asimétrica 2 (ADSL2), ITU-T G.992.3, hasta 12 Mbit/s y 3,5 Mbit/s
  • Línea de abonado digital asimétrica 2+ (ADSL2+), ITU-T G.992.5, hasta 24 Mbit/s y 3,5 Mbit/s
  • Línea de abonado digital de muy alta velocidad de bits (VDSL), ITU-T G.993.1, hasta 52 Mbit/s y 16 Mbit/s
  • Línea de abonado digital de muy alta velocidad de bits 2 (VDSL2), ITU-T G.993.2, una versión mejorada de VDSL, compatible con ADSL2+, suma de ambas direcciones hasta 200 Mbit/s. ^{[25] La función de cancelación de diafonía} vectorial G. (ITU-T G.993.5) se puede utilizar para aumentar el alcance a una velocidad de bits dada, por ejemplo 100 Mbit/s a una distancia de hasta 500 metros. ^[26]
  • G.fast , ITU-T G.9700 y G.9701, ^[27] hasta aproximadamente 1 Gbit/s en enlace ascendente y descendente agregado a 100 m. ^[28] Aprobado en diciembre de 2014, despliegues planificados para 2016. ^{[29] [30]}
  • XG-FAST permite hasta 10 Gbps en líneas de par trenzado de cobre, pero solo para longitudes de hasta 30 metros. Las pruebas en el mundo real han demostrado 8 Gbps en líneas de par trenzado de 30 metros de longitud. ^{[31] [32] [33]}
• Anillos DSL enlazados (anillos DSL), una topología de anillo compartido a 400 Mbit/s
• Puerta de enlace de cable/DSL
• Bucle local Ethernet Etherloop
• Enlace de voz y datos de alta velocidad
• Línea de abonado digital de velocidad adaptable (RADSL), diseñada para aumentar el alcance y la tolerancia al ruido sacrificando la velocidad de subida
• Uni-DSL (Uni digital subscriber line o UDSL), tecnología desarrollada por Texas Instruments, compatible con todos los estándares DMT
• Las redes de acceso híbridas combinan implementaciones xDSL existentes con una red inalámbrica como LTE para aumentar el ancho de banda y la calidad de la experiencia al equilibrar el tráfico en las dos redes de acceso. ^[34]

Las limitaciones de longitud de línea desde la central telefónica hasta el abonado imponen límites severos a las velocidades de transmisión de datos. Tecnologías como VDSL proporcionan enlaces de muy alta velocidad pero de corto alcance. VDSL se utiliza como método para ofrecer servicios triple play (normalmente implementados en arquitecturas de red de fibra hasta la acera ).

Terabit DSL, es una tecnología que propone el uso del espacio entre los dieléctricos (aislantes) en líneas de par trenzado de cobre en cables telefónicos, como guías de onda para señales de 300 GHz que pueden ofrecer velocidades de hasta 1 terabit por segundo a distancias de hasta 100 metros, 100 gigabits por segundo para 300 metros, y 10 gigabits por segundo para 500 metros. ^{[35] [36]} El primer experimento para esto se llevó a cabo con líneas de cobre que eran paralelas entre sí, y no torcidas, dentro de una tubería metálica destinada a simular el blindaje metálico en grandes cables telefónicos . ^{[37] [38]}

• Gestión dinámica del espectro (DSM)
• John Cioffi – Conocido como “el padre del DSL” ^[39]
• Lista de países por número de usuarios de Internet
• Lista de velocidades de bits de interfaz

• Dave Burstein (2002). DSL . John Wiley and Sons. ISBN 0-471-08390-9.págs. 53–86
• Línea de abonado digital. Consorcio Internacional de Ingeniería. 2001. ISBN 978-0-933217-95-9.
• "G.Sup50 – Panorama general de las recomendaciones sobre líneas de abonado digital". UIT-T. Septiembre de 2011. Consultado el 26 de diciembre de 2013 .

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• Teoría de ADSL: información sobre los antecedentes y el funcionamiento de ADSL, y los factores involucrados en lograr una buena sincronización entre su módem y el DSLAM .