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 generalmente como la línea de abonado digital asimétrica (ADSL), la tecnología DSL más comúnmente instalada, para el acceso a Internet .

En ADSL, el rendimiento de datos en sentido ascendente (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 puede proporcionarse 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 el domicilio del cliente, se instala un filtro DSL en cada teléfono para evitar interferencias entre el servicio DSL y el servicio telefónico.

La tasa de bits de los servicios ADSL para consumidores suele oscilar entre256 kbit/s  hasta25 Mbit/s  , mientras que la tecnología VDSL+ posterior ofrece entre 16 Mbit/s y 250 Mbit/s en dirección al cliente ( descarga ), con hasta 40 Mbit/s de subida. El rendimiento exacto depende de la tecnología, las condiciones de la línea y la implementación del nivel de servicio. Investigadores de Bell Labs han alcanzado velocidades SDSL superiores a 1 Gbit/s utilizando líneas telefónicas de cobre tradicionales, aunque dichas velocidades aún no están disponibles para los clientes. ^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]}

Inicialmente, se creía que las líneas telefónicas ordinarias solo podían utilizarse a velocidades modestas, generalmente inferiores a 9600 bits por segundo. En la década de 1950, el cable telefónico de par trenzado convencional solía transmitir señales de televisión de 4 MHz entre estudios, lo que sugería que dichas líneas permitirían transmitir muchos megabits por segundo. Un circuito de este tipo en el Reino Unido recorría unos 16 km (10 millas) entre los estudios de la BBC en Newcastle-upon-Tyne y la estación transmisora ​​de Pontop Pike . Sin embargo, estos cables presentaban otras limitaciones además del ruido gaussiano , lo que impedía que dichas velocidades fueran prácticas en la práctica. En la década de 1980 se desarrollaron técnicas para las 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 conectados a un ordenador remoto mediante un sistema de transmisión de datos digitales. ^{[ 5 ]}  

La motivación para la tecnología de línea de abonado digital fue la especificación de Red Digital de Servicios Integrados (RDSI) propuesta en 1984 por el CCITT (ahora UIT-T ) como parte de la Recomendación I.120 , posteriormente reutilizada como línea de abonado digital RDSI (IDSL). Los empleados de Bellcore (ahora Telcordia Technologies ) desarrollaron la línea de abonado digital asimétrica (ADSL) mediante la colocación de señales digitales de banda ancha en frecuencias superiores a la señal de voz analógica de banda base existente que se transmitía a través del cableado de par trenzado convencional entre las centrales telefónicas y los clientes. ^{[ 6 ]} AT&T Bell Labs presentó una patente sobre el concepto básico de DSL en 1988. ^{[ 7 ]}

La contribución de Joseph W. Lechleider al DSL fue su intuición de que una disposición asimétrica ofrecía más del doble de capacidad de ancho de banda que el 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 necesitaban subir 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 se acepta una pérdida ocasional de bits , pero los retrasos son menos aceptables. El canal entrelazado funciona mejor para transferencias de archivos, donde los datos entregados deben estar libres de errores, pero la latencia (retraso de tiempo) incurrida por la retransmisión de paquetes con errores es aceptable.

La tecnología ADSL orientada al consumidor se diseñó para funcionar en líneas existentes ya preparadas para los servicios ISDN de interfaz de velocidad básica . Los ingenieros desarrollaron infraestructuras DSL de alta velocidad, como la línea de abonado digital de alta velocidad (HDSL) y la línea de abonado digital simétrica (SDSL), para proporcionar servicios tradicionales de señal digital 1 (DS1) sobre instalaciones estándar de par de cobre.

Los estándares ADSL más antiguos ofrecían 8 Mbit/s al cliente a través de unos 2 km (1,2 millas) de cable de cobre de par trenzado sin blindaje. Las variantes más recientes mejoraron estas velocidades. Distancias superiores a 2 km (1,2 millas) reducen significativamente el ancho de banda utilizable en los cables, disminuyendo así la velocidad de datos. Sin embargo, los extensores de bucle ADSL aumentan estas distancias repitiendo la señal, lo que permite al operador de telefonía local (LEC) ofrecer velocidades DSL a cualquier distancia. ^{[ 9 ]}    

Hasta finales de la década de 1990, el costo de los procesadores de señal digital para DSL era prohibitivo. Todos los tipos de DSL emplean algoritmos de procesamiento de señal digital altamente complejos para superar las limitaciones inherentes de los cables de par trenzado existentes . Gracias a los avances en la tecnología de integración a muy gran escala (VLSI), el costo del equipo asociado con el despliegue de DSL se redujo significativamente. Los dos componentes principales son un multiplexor de acceso de línea de abonado digital (DSLAM) en un extremo y un módem DSL en el otro.

Es posible establecer una conexión DSL sobre un cable existente. Esta implementación, incluso incluyendo el equipo, resulta mucho más económica que instalar un nuevo cable de fibra óptica de alto ancho de banda en la misma ruta y distancia. Esto aplica tanto para las variantes ADSL como SDSL. El uso continuado de DSL refleja los avances en electrónica que han mejorado el rendimiento y reducido los costos, a pesar del elevado gasto que supone instalar nueva infraestructura física.

Estas ventajas hicieron de ADSL una mejor opción para los clientes que necesitaban acceso a Internet que la conexión telefónica por consumo, permitiendo además recibir llamadas de voz simultáneamente con la conexión de datos. Las compañías telefónicas también se vieron presionadas a adoptar 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 alto ancho de banda, como el vídeo y el intercambio de archivos, también contribuyó a la popularidad de la tecnología ADSL. Algunas de las primeras pruebas de campo de DSL se llevaron a cabo en 1996. ^{[ 10 ]}

El servicio DSL inicial requería un bucle seco dedicado , pero cuando la Comisión Federal de Comunicaciones de EE. UU. (FCC) exigió a los operadores locales de telecomunicaciones (ILEC) que arrendaran sus líneas a proveedores de servicios DSL de la competencia, se hizo posible el DSL de línea compartida. También conocido como DSL sobre elemento de red desagregado , esta desagregación de servicios permite que un solo abonado reciba dos servicios distintos de dos proveedores diferentes en un solo par de cables. El equipo del proveedor de servicios DSL se encuentra en la misma central telefónica que el del ILEC que suministra el servicio de voz preexistente del cliente. El circuito del abonado se recablea para interactuar con el hardware suministrado por el ILEC, que combina una frecuencia DSL y señales de servicio telefónico convencional (POTS) en un único par de cobre.

Desde 1999, algunos proveedores de servicios de Internet (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 del deseo de posibilitar la autoinstalación del servicio DSL y eliminar los primeros divisores DSL exteriores, que se instalaban en o cerca del punto de demarcación entre el cliente y el ISP. ^{[ 13 ]}

Para 2012, algunos operadores en los Estados Unidos informaron que las terminales remotas DSL con enlace de retorno de fibra estaban reemplazando a los sistemas ADSL más antiguos. ^{[ 14 ]}

Los teléfonos se conectan a la central telefónica mediante un bucle local , que consiste en un par de cables físicos. Originalmente, el bucle local se diseñó principalmente para la transmisión de voz, abarcando un rango de frecuencias de audio de 300 a 3400 hercios ( ancho de banda comercial ). ^{[ 15 ]} Sin embargo, a medida que las líneas troncales de larga distancia se fueron convirtiendo gradualmente de analógicas a digitales, se consolidó la idea de poder transmitir datos a través del bucle local (utilizando frecuencias superiores a la banda de voz), lo que finalmente condujo al desarrollo de DSL.

El bucle local que conecta la central telefónica con la mayoría de los abonados tiene la capacidad de transportar frecuencias muy superiores al  límite superior de 3400 Hz de POTS . Dependiendo de 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 a frecuencias más altas (hasta 1,1  MHz para ADSL) hasta que los nuevos canales se consideran inutilizables. ^{[ 16 ]} Cada canal se evalúa para determinar su usabilidad de forma muy similar a como lo haría un módem analógico en una conexión POTS. Más canales utilizables equivalen a más ancho de banda disponible, por lo que la distancia y la calidad de la línea son factores importantes (las frecuencias más altas utilizadas por DSL solo viajan distancias cortas).

El conjunto de canales utilizables se divide en dos bandas de frecuencia distintas para el tráfico de subida y bajada , según una proporción preconfigurada. Esta segmentación reduce las interferencias. Una vez establecidos los grupos de canales, los canales individuales se combinan en un par de circuitos virtuales, uno en cada dirección. Al igual que los módems analógicos, los transceptores DSL monitorizan constantemente la calidad de cada canal y los añaden o eliminan del servicio según su disponibilidad. Una vez establecidos los circuitos de subida y bajada, el abonado puede conectarse a un servicio como el de un proveedor de servicios de Internet u otros servicios de red, como una red MPLS corporativa.

La tecnología subyacente de transmisión a través de redes DSL utiliza la 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 impulsos de alta frecuencia para su transmisión al módem receptor. Las señales recibidas del módem remoto se demodulan para generar un patrón de bits correspondiente que el módem transmite, en formato digital, a sus equipos conectados, 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 desde 4000  Hz hasta 4  MHz. Esta separación de bandas de frecuencia permite que el servicio DSL y el servicio telefónico convencional (POTS) coexistan en los mismos cables, conocidos como cables de grado de voz. ^{[ 17 ]} En el extremo del circuito del abonado, se instalan filtros DSL en línea en cada teléfono para permitir el paso de las frecuencias de voz, pero filtrar las señales de alta frecuencia que de otro modo se escucharían como silbido. Además, los elementos no lineales en el teléfono podrían generar intermodulación audible y podrían afectar 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 la señal 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 en derivación (capacitancia entre los dos cables del par trenzado). Las bobinas de carga se suelen colocar a intervalos regulares en las líneas telefónicas convencionales (POTS). El servicio de voz no puede mantenerse más allá de cierta distancia sin dichas bobinas. Por lo tanto, algunas áreas que están dentro del alcance del servicio DSL quedan excluidas debido a la ubicación de las bobinas de carga. Por este motivo, las compañías telefónicas se esfuerzan por eliminar las bobinas de carga en los bucles de cobre que pueden funcionar sin ellas. Las líneas más largas que las requieren pueden reemplazarse con fibra hasta el vecindario o nodo ( FTTN ).

La mayoría de las implementaciones de DSL residenciales y para pequeñas oficinas reservan las frecuencias bajas para POTS, de modo que (con filtros o divisores adecuados) el servicio de voz existente siga funcionando independientemente del servicio DSL. Así, las comunicaciones basadas en POTS, como las máquinas de fax y los módems de acceso telefónico , pueden compartir el cableado con DSL. Solo un módem DSL puede usar la línea del abonado a la vez. La forma estándar de permitir que varios ordenadores compartan una conexión DSL es mediante un enrutador que establece una conexión entre el módem DSL y una red Ethernet , Powerline o Wi-Fi local en las instalaciones del cliente.

Los fundamentos teóricos de DSL, como gran parte de la tecnología de la comunicación , se remontan al artículo fundamental de Claude Shannon de 1948, " Una teoría matemática de la comunicación ". ^{[ 18 ]} Generalmente, las transmisiones de mayor velocidad de bits requieren una banda de frecuencia más amplia, aunque la relación entre la velocidad de bits y la velocidad de símbolos y, por lo tanto, con el ancho de banda no es lineal debido a las importantes innovaciones en el procesamiento de señales digitales y los métodos de modulación digital .

En el lado del cliente, un módem DSL se conecta a una línea telefónica. La compañía telefónica conecta el otro extremo de la línea a un DSLAM (multiplexor de acceso a la línea de abonado digital), que concentra un gran número de conexiones DSL individuales en un solo dispositivo. 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 mismo DSLAM.

La figura anterior muestra un esquema de una conexión DSL simple (en azul). A la derecha se muestra un DSLAM ubicado en la central telefónica de la compañía. A la izquierda se muestra el equipo 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 incluya tanto un enrutador como acceso inalámbrico. Esta opción (dentro del círculo punteado) suele simplificar la conexión.

Equipo de intercambio

En la central telefónica, un DSLAM termina los circuitos DSL y los agrega, donde se transfieren a otros transportes de red como una red PON o Ethernet. 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 esta etapa, ya sea mediante un filtro o divisor integrado en el DSLAM o mediante un equipo de filtrado especializado instalado antes del mismo. ^{[ 23 ]} Las bobinas de carga en las líneas telefónicas, utilizadas para extender su alcance en áreas rurales, deben retirarse para permitir el funcionamiento de DSL, ya que solo permiten el paso de frecuencias de hasta 4000  Hz a través de los cables telefónicos. ^{[ 24 ] [ 25 ] [ 26 ]}

Equipo del cliente

El extremo del cliente de la conexión consta de un módem DSL . Este convierte los datos entre las señales digitales utilizadas por los ordenadores y la señal de voltaje 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 al ordenador mediante una interfaz serie, utilizando protocolos como Ethernet o V.35 . En otros casos (sobre todo en ADSL), es habitual que el equipo del cliente integre funcionalidades de nivel superior, como enrutamiento, cortafuegos u otro hardware y software específicos 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. Esta separación puede realizarse en el punto de demarcación o mediante filtros instalados en las tomas telefónicas dentro de las instalaciones del cliente. Es posible que una pasarela DSL integre el filtro y permita la conexión de teléfonos a través de ella.

Los módems DSL modernos suelen integrar funciones de enrutamiento y otras funcionalidades. El sistema arranca, sincroniza la conexión DSL y, finalmente, 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 a través del mismo enlace.

Las implementaciones de DSL pueden crear redes puenteadas o enrutadas . En una configuración puenteada, el grupo de computadoras de los suscriptores se conecta efectivamente a una única subred . Las primeras implementaciones usaban DHCP para proporcionar la dirección IP al equipo del suscriptor, con autenticación mediante la dirección MAC o un nombre de host asignado . Las implementaciones posteriores suelen usar 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 en enrejado (TC-PAM), utilizada para HDSL2 y SHDSL.
• La modulación de fase y amplitud sin portadora (CAP), obsoleta en 1996 para ADSL, se utiliza 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 genérico para xDSL, donde la velocidad de bits es igual en ambas direcciones.
  • Línea de abonado digital ISDN (IDSL), tecnología basada en ISDN que proporciona una velocidad de bits equivalente a dos portadoras ISDN y un canal de datos, 144 kbit/s simétrico en un par
  • Línea de abonado digital de alta velocidad (HDSL), ITU-T G.991.1, la primera tecnología DSL que utilizó un espectro de frecuencia más alto que ISDN, 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 velocidad 2/4 (HDSL2, HDSL4), ANSI, 1544 kbit/s simétrica sobre un par (HDSL2) o dos pares (HDSL4)
  • Línea de abonado digital simétrica (SDSL), tecnología propietaria específica, hasta 1544 kbit/s simétrica en un par.
  • Línea de abonado digital de alta velocidad de par único (G.SHDSL), ITU-T G.991.2, sucesora estandarizada de HDSL y SDSL propietaria, hasta 5696 kbit/s por par, hasta cuatro pares.
• La línea de abonado digital asimétrica (ADSL) es un término general que engloba a la xDSL, donde la velocidad de transmisión de datos 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 1536 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 plus (ADSL2+), ITU-T G.992.5, hasta 24 Mbit/s y 3,5 Mbit/s
  • Línea de abonado digital de muy alta velocidad (VDSL), ITU-T G.993.1, hasta 52 Mbit/s y 16 Mbit/s.
  • Línea de abonado digital de muy alta velocidad 2 (VDSL2), ITU-T G.993.2, una versión mejorada de VDSL, compatible con ADSL2+, suma de ambas direcciones hasta 200 Mbit/s . ^{[ 28 ]} La función de cancelación de diafonía G.vector (ITU-T G.993.5) se puede utilizar para aumentar el alcance a una velocidad de bits determinada, por ejemplo, 100 Mbit/s hasta 500 metros. ^{[ 29 ]}
  • G.fast , ITU-T G.9700 y G.9701, ^{[ 30 ]} hasta aproximadamente 1 Gbit/s agregado de enlace ascendente y descendente a 100 m. ^{[ 31 ]} Aprobado en diciembre de 2014, despliegues planificados para 2016. ^{[ 32 ] [ 33 ]}
  • XG-FAST permite hasta 10  Gbit/s en líneas de par trenzado de cobre, pero solo para longitudes de hasta 30 metros. Las pruebas en condiciones reales han demostrado 8  Gbit/s en líneas de par trenzado de 30 metros de longitud. ^{[ 34 ] [ 35 ] [ 36 ]}
• Anillos DSL enlazados (Anillos DSL), una topología de anillo compartida a 400 Mbit/s
• Puerta de enlace de cable/DSL
• Etherloop Ethernet bucle local
• Enlace de voz y datos de alta velocidad
• Línea de abonado digital de velocidad adaptativa (RADSL), diseñada para aumentar el alcance y la tolerancia al ruido a costa de sacrificar la velocidad de subida.
• Uni-DSL (línea de abonado digital Uni o UDSL), tecnología desarrollada por Texas Instruments, compatible con versiones anteriores de 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 entre las dos redes de acceso. ^{[ 37 ]}

Las limitaciones de longitud de línea desde la central telefónica hasta el abonado imponen severas restricciones 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 (generalmente implementados en arquitecturas de red de fibra hasta la acera ).

La tecnología Terabit DSL propone el uso del espacio entre los dieléctricos (aislantes) de las líneas de par trenzado de cobre en los 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 a 300 metros y 10 gigabits por segundo a 500 metros. ^{[ 38 ] [ 39 ]} El primer experimento se llevó a cabo con líneas de cobre paralelas entre sí, sin trenzar, dentro de un tubo metálico diseñado para simular el blindaje metálico de los cables telefónicos de gran tamaño . ^{[ 40 ] [ 41 ]}

• Gestión dinámica del espectro (DSM)
• John Cioffi – Conocido como "el padre del DSL" ^{[ 42 ]}
• Lista de países por número de usuarios de Internet
• Lista de velocidades de bits de la 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 – Resumen de las recomendaciones sobre la línea de abonado digital" . UIT-T. Septiembre de 2011. Consultado el 26 de diciembre de 2013 .

• Teoría ADSL : Información sobre los antecedentes y el funcionamiento de ADSL, y los factores que intervienen en la consecución de una buena sincronización entre el módem y el DSLAM .