CAPÍTULO PRIMEIRO
REDES DE ACESSO
Introdução
O presente material tem o intuito de apresentar um novo conceito introduzido no mercado das telecomunicações: as Redes de Acesso.
Serão analisados os principais motivos para a abertura de um novo segmento em telecomunicação, bem como as principais tecnologias utilizadas para a sua implementação e as vantagens que este novo conceito traz para o sistema de atendimento de serviços básicos de telecomunicação.
Histórico
Durante muitos anos a utilização de cabos de cobre constituiu-se na grande solução tecnológica para a rede de assinantes. As redes metálicas caracterizam-se pela implementação relativamente simples, porém com prazos longos e custos elevados, chegando a aproximadamente 50% do custo total de implantação. Isto se deve pela quantidade de pares metálicos utilizados e a distância dos loops aliado à intensa utilização de mão de obra em sua consecução.
A partir dos anos 80, com a evolução nas telecomunicações, houve uma flexibilização no atendimento de serviços de grande porte, com uma redução nos prazos de instalação para equipamentos de transmissão e comutação. Tais avanços não foram observados no sentido de se ter uma evolução semelhante a nível da rede de assinantes, tornando-a um fator decisivo nas futuras implantações.
Outros fatores relacionados ao atendimento de serviços para a rede de assinantes devem ser considerados:
• Localidades onde a rede de pares metálicos esteja saturada, impossibilitando o uso das soluções convencionais,
• Assinantes distantes das centrais onde os serviços estão disponibilizados,
Além dos fatores citados acima, as operadoras devem estar aptas a oferecer uma série de novos serviços para os seus assinantes, tais como:
• Telefonia sem fio, • Comunicação de dados, • Videoconferência, • Internet,
• TV por assinatura, • Home banking, • Home shopping, • Teleducação, e • Multimídia
Figura 1 Rede de Assinantes
Alguns dos quais são fornecidos pelos mesmos canais de comunicação, além da telefonia convencional, que atualmente já começa a ser implantada de forma digital através da Rede Digital de Serviços Integrados (RDSI).
Figura 2 Rede típica de telefonia
Todos estes serviços, e outros que aparecerão futuramente, normalmente estão disponíveis, inicialmente, numa estação da empresa operadora. Como faz o assinante para ter
acesso a estes serviços?
Além disso, existe uma gama de Serviços que, da maneira convencional, seria inviável fornecer ao assinante. Por exemplo: CATV, Redes de Dados (Internet) de alta velocidade.
Atendimento convencional
Para ilustrar o atendimento convencional foi utilizada uma rede de telefonia típica.
Figura 3 Cabos primários
Para fornecer o serviço de telefonia a um assinante é necessário levar o par de cobre da central até o aparelho telefônico do assinante em questão. Com a rede convencional a ligação central-assinante não é direta, ficando caracterizados alguns trechos entre a central telefônica e a casa do assinante.
Dentro da estação telefônica as interfaces de assinante estão interligadas a um distribuidor geral (DG). Estes pares metálicos oriundos do DG são concentrados em cabos de rua multipares, os quais formam o
cabo primário.
O cabo primário está interligado a um armário de repetição, onde é dividido em vários outros cabos. Estes cabos que partem do armário de repetição formam os cabos secundários. Os cabos secundários são encaminhados ate caixas de distribuição que estão localizadas próximas as residências, onde as interfaces de assinante são distribuídas.
Na maioria dos casos os cabos primários são cabos com isolamento de PVC ou papel e transportados via subterrâneo; já os cabos secundários podem ser transportados via aérea, pelos postes da rede de transmissão de Energia.
Portanto as redes primárias e secundárias, juntas, são responsáveis por grande parte do investimento num sistema telefônico e erros de dimensionamento podem gerar despesas inesperadas no projeto de uma rede convencional, tendo em vista que uma vez construída não é possível modificá-la, no máximo pode-se ampliá-la, construindo mais dutos para mais cabos.
Necessidades atuais
Torna-se necessária, então, a elaboração de uma maneira diferente de levar os serviços para os assinantes. Esta solução deve ser barata e, sobretudo, prever todos os tipos de Serviços que possam ser necessários para atender aos anseios dos Assinantes, já que numa região qualquer, existirá necessidades de uma série de serviços diferentes, de acordo com o Cliente. Além disso, uma série de outros serviços deverão surgir no futuro, e estes deverão ser absorvido por esta solução.
O que se deseja, então, é fornecer aos Assinantes o ACESSO aos serviços ofertados pelas Operadoras. Esta é a função das Redes de Acesso.
O que é a Rede de Acesso?
A Rede de Acesso é, então, uma maneira de otimizar a ligação entre os assinantes e os seus provedores de serviços, através da utilização de tecnologias de multiplexação, concentração e soluções de transporte tais como fibra óptica rádio e outras, constituindo uma estrutura capaz de entregar ao Assinante o Serviço que ele necessita, no lugar em que ele é necessário, de forma barata e eficiente, flexível e com a capacidade de absorver novas tecnologias.
Figura 4 Acesso
Soluções existentes
• Estágios Remotos,
• Wireless Local Loop (WLL), solução para acesso sem fio, • Par metálico, através dos códigos do tipo DSL,
• HFC ( Rede Híbrida Fibra-Coaxial),
dentre outros. Cada solução destas aplica-se a um tipo de serviço existente, como telefonia, serviços a 2Mbit/s, serviços de transmissão de dados, etc, e são aplicadas de acordo com características dos serviços rede física do local.
Figura 5 Tecnologias de acesso
seguir serão analisadas as principais A
tecnologias de acesso, suas características e princípio de funcionamento.
Solução WLL
O WLL, Wireless Local Loop, é uma solução para prover acessos a serviços de telefonia utilizando a tecnologia de rádio comunicação, substituindo o uso dos tradicionais pares metálicos, ou seja, a rede metálica secundária. O WLL subdivide-se em diversas técnicas diferentes de implementação de acesso aos serviços de telefonia, visando o atendimento em áreas de alta ou baixa demanda, tanto em áreas urbanas, suburbanas ou rurais, onde a implantação de uma rede de pares metálicos seja difícil ou haja a necessidade de uma rápida instalação.
Existem várias razões para a introdução de sistemas WLL nas redes de acesso, dentre as quais podemos citar:
• A demanda reprimida por novos serviços de telefonia versus o custo e a velocidade de implantação de terminais com a rede convencional;
• Queda nos custos por terminal de assinantes graças a novas tecnologias de acesso sem fio;
• A desregulamentação que aumenta a competição entre as operadoras de telecomunicação; o que torna o WLL uma tendência irreversível para as futuras implantações na rede de assinantes.
Figura 6 Tecnologia WLL
Tecnologias WLL
Atualmente existem várias tecnologias voltadas para aplicações WLL. Cada tecnologia em particular possui vantagens e desvantagens que dependem do serviço e da área de aplicação considerados no projeto. As principais diferenças entre as tecnologias são com relação a distância dos enlaces de rádio na rede de assinantes e mobilidade dos aparelhos.
Atualmente os principais equipamentos WLL disponíveis no mercado podem ser classificados como:
• Sistemas Sem Fio ou Cordless, como o DECT e o DCTS;
• Sistemas Móveis Celulares ou WLL Especializado, como o CDMA e o AMPS; • Sistemas Ponto-Multiponto.
Figura 7 Comparação entre equipamentos WLL
WLL utilizando a tecnologia DECT
Telephone) é uma solução utilizada para acessos a serviços de telefonia sem a utilização de pares físicos. Com esta técnica, o Assinante tem acesso aos serviços de telefonia através de ondas de rádio. Isto significa que não há um par de fios chegando até as dependências do assinante. O que existe, é um rádio-transmissor e uma antena através dos quais ocorre a comunicação do equipamento com Estações Rádio Base, que, colocadas em posições estratégicas, atendem a uma série de assinantes espalhados na região atendida por esta Estação Rádio Base.
Figura 8 Comunicação sem fio
Funcionamento do DECT
O DECT é uma tecnologia que se utiliza da transmissão aérea, ou seja, sem fio, de uma Estação Rádio Base, chamada ERB, até o Assinante. Isto confere ao sistema certa mobilidade. Esta mobilidade, porém, não é tão ampla quanto a da telefonia celular que conhecemos e é chamada de Mobilidade Pedestre. Assim, o DECT não vem substituir a telefonia celular, mas sim, oferecer uma alternativa de atendimento ao Assinante que necessita dos serviços de telefonia. Pode-se dizer que o DECT é mistura entre telefonia celular fixa e móvel.
Figura 9 Princípio do DECT
Nas dependências do Assinante, tem-se um equipamento transmissor que fica em contato permanente com a ERB, pronto para entrar em ação assim que o Assinante tirar o monofone do gancho. Ao tirar o monofone do gancho, o equipamento transmissor se encarrega de encontrar um canal disponível para ser utilizado para realizar a chamada. Este procedimento torna o DECT um sistema transparente para o Assinante, ou seja, para o Assinante o DECT é como se fosse um telefone comum, já que os aparelhos telefônicos são os normalmente utilizados. Apesar de não haver uma linha física chegando às dependências do Assinante, há uma tomada comum de telefone na parede da casa do Assinante, ao qual será ligado o aparelho telefônico.
Dependendo da distância do Assinante em relação à ERB, serão utilizadas antenas externas, para maiores distâncias, ou internas, para menores distâncias entre ERB-assinante.
Como sugere o nome, esta é uma tecnologia Digital de comunicação. De fato, toda a informação, desde o Assinante até a Central, é uma informação digital. A voz, todavia, é um sinal analógico. Assim sendo, será necessário converter o sinal analógico da voz para um sinal digital, que será transmitido. Este conversor analógico-digital deve, então, estar presente no próprio equipamento de comunicação com a ERB. Agora, já na forma digital, a informação trafega de forma mais confiável, reduzindo os problemas do ruído inserido durante a transmissão, que normalmente aparecem na telefonia convencional. Cada canal de voz é transmitido com uma taxa de 32Kbps, utilizando a técnica de compressão ADPCM, o que confere ao DECT uma qualidade de voz considerada excelente quando comparados a outros sistemas WLL.
Figura 10 Codificador ADPCM
Figura 11 Transparência do sistema DECT
O DECT utiliza a tecnologia TDMA (Time Division Multiple Access), fazendo uma divisão de tempo e utilizando diversas portadoras para a transmissão dos canais de voz.
Com o TDMA cada canal pode ser utilizado por mais de uma pessoa ao mesmo tempo, sendo que para o DECT cada quadro possui 10ms e é dividido em 24 intervalos de tempo. Destes 24 intervalos, os 12 primeiros são utilizados para downlink e os 12 restantes para uplink, isto é, no intervalo 1 teremos a informação da base para o assinante e no intervalo 13 a informação do assinante para a base. O DECT utiliza, além da divisão no tempo, 20MHz de largura de banda, a qual é dividida em dez portadoras. Portanto, considerando que o DECT possui dez portadoras e 12 canais de voz, pode-se ter 120 canais duplex. Este tipo de transmissão é chamado de TDD (Time Division Duplex). A figura abaixo representa um sistema DECT completo.
Figura 12 Funcionamento do TDMA
Como o DECT deve fornecer serviços das centrais de comutação, há uma unidade com a finalidade de fazer o interfaceamento DECT-central, esta unidade é chamada RDU ou distribuidor de rádio, que está localizado junto às instalações da central.
A interface RDU-central pode ser digital (2Mbps), neste caso é ligada diretamente ao RDU, ou analógica, a qual necessita uma outra unidade para digitalizar os canais antes de ligar-se ao RDU, chamada COT.
O COT pode ser, por exemplo, um equipamento MCP30, que terá a finalidade de digitalizar as interfaces de assinante e multiplexar estas interfaces em um feixe de 2Mbps, ou na interface digital que a unidade RDU necessitar.
A partir do RDU os assinantes são distribuídos para unidades rádio controladoras ou RBC que tem a função de enviar os sinais dos assinantes para estações rádio base ou ERB. As ERB's tem a função de servir de interface com as unidades de assinante ou RNT, onde esta interface ERB-RNT é aérea numa freqüência de 1880MHz a 1900MHz, utilizado na Europa, ou de 1910MHz a 1930MHz, utilizado em alguns países da América Latina.
A interface entre RDU-RBC pode ser feita por diversos tipos de meios de transmissão, podendo ser escolhido a melhor opção de acordo com a rede já instalada e condições geográficas do local a ser instalado o DECT.
O DECT pode ser gerenciado por um sistema de supervisão (TMN) ou ainda ser configurados por softwares de supervisão local, podendo também trabalhar integrado a outros tipos de tecnologias de acesso, como os estágios remotos, por exemplo, tornando a rede de acesso mais ágil e flexível.
Aplicações do DECT
Se o DECT não pretende substituir a telefonia celular, então qual a sua necessidade? De fato, o DECT tem sido utilizado para atender principalmente, mas não exclusivamente, condomínios, prédios comerciais, ou qualquer conjunto de Assinantes próximos entre si.
Num condomínio, por exemplo, coloca-se uma ERB numa posição estratégica, de forma que seu sinal alcance todos os Assinantes do condomínio. Os equipamentos transmissores dos Assinantes utilizar-se-ão desta ERB para fazer suas ligações.
Num prédio comercial o processo seria essencialmente o mesmo. O que pode ser implementado, ainda, é ligar o sistema a uma central de comutação particular, permitindo aos diversos Colaboradores da Empresa utilizar-se de equipamentos portáteis, bastante semelhantes aos aparelhos de telefonia celular, para comunicarem-se dentro da Empresa, discando simplesmente o ramal desejado.
Figura 14 Aplicações DECT
Vantagens do DECT
Mas se o sistema DECT é transparente para o Assinante, por que não instalar um telefone comum?
Existe uma série de vantagens na utilização do DECT. Uma delas, talvez a mais evidente, é a rapidez de instalação. Como não há necessidade de uma rede física para interligar os Assinantes à Central da Operadora, simplesmente basta instalar as ERBs e o serviço estará disponível para os Assinantes.
Outra vantagem do DECT é a sua capacidade. Com esta tecnologia é possível atender dezenas de milhares de Assinantes por quilômetro quadrado. A medida que cresce o número de Assinantes, são instaladas mais ERBs de forma a atender a essa nova demanda de serviços. A qualidade do serviço, todavia, não fica prejudicada por este aumento.
Outro fator importante é o aspecto da segurança. Como as informações transmitidas pelos Assinantes são enviadas via ondas de rádio, este sinal poderia ser interceptado por qualquer pessoa. Como, porém, existe uma codificação no sinal transmitido, o Assinante pode sentir-se seguro ao utilizar seu telefone.
Tecnologia DECT – Conclusão
Vimos que o DECT, Digital Enhanced Cordless Telephone, é um sistema que permite acesso do Assinante aos serviços de telefonia, de forma rápida e segura, e de forma transparente. Assim, percebe-se que o sistema DECT é uma maneira eficaz de levar os serviços de telefonia disponíveis na Operadora, para o Assinante.
O DECTIink, equipamento da família de equipamentos Multilink da Siemens, é um equipamento DECT. Através dele, pode-se implantar este sistema de forma eficiente. O DECTIink permite, além das facilidades características do DECT, a gerência de todos os Assinantes e dos equipamentos envolvidos na rede DECT através de software, otimizando o serviço. Em relação ao Assinante, pode ser feita a sua habilitação, bloqueio, monitoração para detecção de falhas, permitindo, por exemplo, detectar problemas com os equipamentos mesmo antes do Assinante perceber, permitindo sua correção o mais rápido possível.
Tecnologia CDMA
Outro modo de oferecer acesso aos Assinantes para o serviço de telefonia, neste caso Telefonia Celular, é o sistema CDMA, Code Division Multiple Access. Esta é uma tecnologia de implementação de Telefonia Celular Digital, na qual todos os usuários utilizam a mesma faixa no espectro de freqüências e a separação dos sinais é feita através do reconhecimento de um código digital.
Figura 15 CDMA
Funcionamento do CDMA
O CDMA (Code Division Multiple Access) é uma tecnologia muito mais eficiente do que as técnicas hoje utilizadas para telefonia celular. Na técnica convencional, cada usuário utiliza-se de uma freqüência para comunicar-se com a ERB. Ou seja, ocorre uma multiplexação no domínio da freqüência dos Assinantes.
Figura 16 Portadora CDMA
No CDMA uma série de usuários utiliza a mesma freqüência de comunicação entre a ERB e os aparelhos. Todos os usuários de uma região atendidos por uma determinada ERB comunicam-se com ela modulando uma portadora de mesma freqüência. O sinal que modula esta portadora é digital, já que a transformação do sinal analógico da voz para um sinal digital é feita no próprio aparelho.
Uma vez que o sinal da voz foi digitalizado, ele modula a portadora, e o sinal modulado será transmitido para a ERB. Observando-se este processo, e imaginando-se que todos os usuários utilizam a mesma freqüência, é razoável imaginar que os sinais de todos os usuários estarão misturados e a partir deste momento não é mais possível separá-los.
simplesmente os bits 1 e 0 de acordo com a digitalização. Assim cada usuário terá um código próprio de 128 bits, desta maneira o CDMA pode distinguir cada usuário.
Figura 17 Conversão A/D e codificação
Este aumento da taxa de bit faz com que a banda ocupada por este sinal seja muito maior do que a de um sinal simplesmente digitalizado sem nenhum código associado a ele. As vantagens de se fazer isso, basicamente são duas: a inteligibilidade do sinal e a sua segurança.
Em relação à inteligibilidade do sinal, é fácil perceber que se associarmos uma palavra de 128 bits como representando o bit 1, e que esta mesma palavra quando invertida representando o bit 0, dificilmente iremos confundir o bit 1 com um bit 0. O ser humano também tem esta mesma característica. Se uma pessoa grita, de uma distância grande, a palavra "digital" e a seguir a palavra "analógico", alguém que estiver ouvindo esta pessoa e souber que ela está gritando ou a palavra "analógico" ou a palavra "digital", dificilmente confundiria as duas. Se as palavras que forem ditas forem "já" e "há", há uma grande chance de um ouvinte não conseguir distinguir um do outro.
Figura 18 Comparação entre CDMA e AMPS
Com respeito à segurança, também é fácil perceber que, como o código de 128 bits é único e tem trilhões de combinações possíveis, é bastante difícil, para não dizer quase impossível, burlar a conversação captando o sinal e decodificando-o. Diferente da telefonia celular convencional, na qual é possível através de processos relativamente simples, interceptar o sinal da comunicação ERB/Usuário, e monitorar um conversação.
Já vimos que há um aumento na taxa de bit e da banda da comunicação entre a ERB e o Assinante. Com este aumento na banda, ocorre um fenômeno chamado de Espalhamento Espectral (em inglês Spread Spectrum).
Este espalhamento é feito com todos os Usuários. Todos os Usuários terão, então, seu sinal espalhado numa mesma região do espectro e, aparentemente, ficarão todos misturados e irrecuperáveis. Ocorre que os sinais dos diversos Assinantes são transmitidos com baixíssima potência, potência esta que é da mesma ordem de grandeza da potência do ruído existente no meio. Assim sendo, como os equipamentos das pontas (ERB e Aparelho Telefônico) sabem o código do Usuário, eles serão capazes de encontrar exatamente o sinal desejado, enquanto que o restante dos sinais parecerão ruído para eles.
Figura 20 Espalhamento espectral
Vantagens do CDMA
O CDMA, em primeiro lugar, utiliza-se do seu código único para encriptar as mensagens do Assinante, impossibilitando a sua interceptação, fazendo do CDMA um sistema com altíssimo grau de segurança. Além do aspecto da encriptação, o compartilhamento de uma mesma freqüência requer circuitos de elevado grau de complexidade para separação dos sinais dos diversos Assinantes, aumentando ainda mais a segurança da transmissão.
Outra vantagem do CDMA em relação à telefonia celular convencional, é uma conseqüência da utilização de uma mesma freqüência para vários Assinantes. Ocorre, atualmente, que quando um usuário em trânsito passa do campo de atuação de uma ERB para o campo de atuação de outra ERB, é necessário que nesta nova ERB, exista uma freqüência que não esteja sendo utilizada, para poder ser ocupada pelo sinal deste Assinante. Caso esta não haja nenhuma, a ligação será interrompida. No CDMA, como todos utilizam a mesma freqüência, nunca haverá o problema de não haver freqüência disponível, e será possível aos Assinantes serem atendidos sem interrupção em qualquer região coberta por qualquer ERB.
A eficiência de um aparelho telefônico que utilize a tecnologia CDMA é muito maior do que a existente hoje nos aparelhos de telefonia celular convencional, graças à maneira pela qual o CDMA faz a transmissão do sinal para a ERB. O consumo típico de um aparelho CDMA é da ordem de 2 miliwatts, apenas. Isto representa algo em torno de 2% do consumo dos aparelhos convencionais.
O CDMA, por já ter sido implementado em grande escala no mundo inteiro, vem mostrando-se extremamente eficaz nas mais adversas situações.
CDMA – Conclusão
O CDMA, Code Division Multiple Access, é uma tecnologia que define parâmetros para a implementação da telefonia celular digital. Suas características de eficiência, segurança e qualidade de serviço tornam o CDMA um sistema extremamente atraente para a implantação dos serviços de telefonia celular. Pode-se dizer que esta tecnologia muito provavelmente deverá ser adotada em grande parte do mundo, pois nos lugares nos quais ela foi implantada mostrou-se muito eficiente, mesmo nas situações mais adversas.
Tecnologias DSL
Para que qualquer taxa de bit estivesse disponível para todos os assinantes, seria necessário que existisse uma fibra óptica chegando à porta de cada Assinante. Todavia, colocar isto em prática não seria viável a curto prazo, pois o custo desta implantação seria altíssimo, além do tempo de implantação ser longo, já que seria necessário trocar toda a rede de pares metálicos por uma rede de fibras ópticas. Mas existe uma crescente demanda por serviços que utilizam altas taxas de bit, com exigências de implantação rápida. Como atender a essas necessidades de forma rápida e barata?
A solução utilizada é o reaproveitamento da Rede de Pares Metálicos. O par metálico, todavia, é um meio muito susceptível a ruído e interferência. Mesmo em taxas de bit mais baixas, podem ocorrer problemas de taxas-de-erro de bit na hora da transmissão. A grandeza que influencia no processo de transmissão em pares de cobre é a freqüência do sinal a ser transmitido. Quanto maior a freqüência, menor a distância que o sinal pode percorrer antes de deteriorar-se. Deve-se, então, encontrar uma maneira de desviar deste problema, ou seja, reduzir a freqüência.
Figura 21 Custos com equipamentos
Figura 22 Redução da freqüência fundamental
De maneira geral as tecnologias DSL podem suportar diversos tipos de serviços com diversas taxas de transmissão. Cada técnica DSL é aplicável a um tipo específico de serviço, que de maneira resumida podem ser:
• Serviços de telefonia; • Acesso PABX digital; • Serviços de dados;
• Serviços de vídeo e multimídia; • Fast Internet;
• Broadcast TV; • Serviços RDSI e outros.
Estes códigos de linha têm como princípio básico representar um conjunto de bits por um único símbolo elétrico ou utilizar técnicas de modulação que permitam o tráfego de sinais de alta taxa de bit pelo par metálico. Fazendo isto, o número de transições do sinal elétrico resultante por unidade de tempo diminui.
Figura 23 Princípio DSL
Utilizando-se deste conceito relativamente simples, as técnicas de HDSL, ADLS, VDSL, dentre outras, conseguem transmitir taxas de bit de até 8 Mbit/s sobre pares de fio de cobre a distâncias de até 3 km, e 2 Mbit/s até 13 km, de acordo com a tecnologia utilizada e das características dos pares de cobre.
Principais tecnologias DSL
As principais tecnologias DSL atualmente utilizadas são o HDSL, ADSL e o VDSL, sendo que no Brasil atualmente a tecnologia HDSL é amplamente utilizada em sistemas de telefonia celular, na interligação entre ERB e CCC.
HDSL - High bit-rate Digital Subscriber Line
Essa tecnologia permite a transmissão de canais com uma taxa de 2Mbit/s ou canais de dados digitais com taxas de n x 64kbit/s utilizando 1, 2 ou até 3 pares metálicos, sendo que a maioria dos equipamentos HDSL utilizam 2 pares metálicos na transmissão. As distâncias que os equipamentos HDSL podem alcançar aproximadamente 3 Km sem o uso de repetidores, dependendo da bitola do par utilizado e das condições da rede a ser utilizada esta distância pode ser ultrapassada.
A transmissão HDSL é bidirecional, isto é, transmissão e recepção pelo mesmo par, e utiliza-se normalmente o 2B1Q como codificação de linha.
Com o uso do HDSL a freqüência fundamental do sinal de 2Mbit/s, que é de 1.048KHz, é reduzida para 150KHz, permitindo o tráfego do sinal através de cabos de pares metálicos por distâncias elevadas.
Comparando a transmissão de um sinal de 2Mbps utilizando um par metálico de bitolola 0.4mm utilizando o HDB-3 (código de linha utilizado em multiplexers MCP30), este pode chegar a uma distância máxima de 300m, já utilizando um equipamento HDSL com codificação de linha 2B1Q esta distância pode chegar a 3Km, dependendo das condições dos pares utilizados.
Figura 24 Tecnologia HDSL
ADSL - Asymetric Digital Subscriber Line
Figura 25 Tecnologia ADSL
A transmissão via ADSL é feita de maneira a se prover um acesso unidirecional, com taxa de transmissão de 2Mbit/s a 8Mbit/s, e um outro canal bidirecional de 9,6 Kbit/s a 640 Kbit/s, que atua como canal de retorno, mantendo o sistema telefônico preservado.
Todas estas características do ADSL são efetuadas sob um único par de cobre graças ao uso de técnicas de modulação de linha como o DMT com cancelamento de eco, que faz a transmissão pela linha de cobre em várias bandas de freqüência, utilizando sobreposição espectral.
Figura 26 Modulação DMT
O alcance dos sistemas ADSL está relacionado com uma série de fatores e características da rede metálica.
Figura 27 Distâncias dos links ADSL
Vantagens da reutilização da rede de pares metálicos
A utilização de pares metálicos na implantação de redes de transmissão apresenta as seguintes vantagens em relação às técnicas convencionais:
• Rapidez na Instalação: talvez a maior vantagem da utilização desta técnica. Como a rede física de pares metálicos normalmente já existe, basta utilizar-se equipamentos HDSL para trafegar o sinal nessa rede. As redes físicas de fibras ópticas, por exemplo, necessitam, em muitos casos, serem implantadas, aumentando o tempo para disponibilizarão dos serviços para os Assinantes.
• Custo da Instalação: o custo da instalação é baixo, pois a rede física normalmente já está instalada, de forma que não há necessidade de gastos com a implantação da mesma.
Tecnologias DSL – Conclusão
A utilização de pares metálicos, como vimos, constitui-se de uma excelente solução para atendimento de Clientes que necessitam de serviços de taxas-de-bit relativamente altas (por exemplo, 2 Mbit/s), a um baixo custo e com tempo de implementação baixo. Utiliza-se, nesta técnica, os códigos de linha ADSL, VDSL e HDSL.
Redes HFC - Hybrid Fiber Coax
Redes HFC ou de multiserviços são redes híbridas, ou seja, são uma mistura de duas tecnologias, no caso, fibra óptica e cabo coaxial. Tais redes são tipicamente usadas em serviços de TV a cabo (CATV), acesso à Internet em alta velocidade, e mais uma série de outros serviços. Inclusive há serviços que tendem a ser absorvidos pelas redes HFC, como, por exemplo, a própria telefonia. Através de fibras ópticas e cabos coaxiais é feita a distribuição do serviço para os Assinantes.
Estrutura de redes HFC
Uma rede HFC é composta por diversos elementos, ou dispositivos, que têm a função de monitorar, distribuir, liberar acesso, e transportar a informação que se deseja entregar ao Assinante. Estes equipamentos são:
• o headend,
• os transmissores ópticos, • amplificadores,
• acopladores, • splitters (ou taps), e
• as unidades de assinante, chamadas de Set-top box.
Figura 29 Rede HFC típica
Um sistema multiserviços ou HFC utiliza atualmente uma largura de banda de 5MHz a 750MHz, sendo que esta banda é dividida em canal de retorno, vídeo analógico e vídeo digital, e a banda restante, acima de 750MHz, é reservada para futuras expansões.
Figura 30 Largura de banda do HFC
O headend é o dispositivo que irá concentrar todos os sinais para serem retransmitidos aos Assinantes. A ele são aplicados os diversos sinais de vídeo (no caso de CATV) que serão multiplexados. A este equipamento normalmente é ligado um servidor, responsável por armazenar programas inteiros de TV para serem enviados aos Assinantes que os requisitarem.
Figura 31 Headend
Logo após o headend são colocados os transmissores ópticos, responsáveis por converter todos os sinais que serão distribuídos para os Assinantes de forma óptica, para que possam ser entregues aos amplificadores. É importante salientar que este sinal pode ser tanto analógico quanto digital.
Os amplificadores são equipamentos que irão reforçar o sinal para que atinja maiores distâncias, e assim seja possível atender a um maior número de assinantes, pois a área coberta pela rede será aumentada. Existem:
• amplificadores trancais,
• amplificadores de distribuição ou extensores de linha.
Nestes ramos secundários, chamados de sub-troncos, são ligados os amplificadores bridge. O primeiro amplificador bridge de um sub-tronco da rede HFC recebe, então, o sinal de um acoplador direcional que, ligado em série com outros amplificadores bridge em série, forma o sub-tronco. De um amplificador bridge é extraído o sinal que formará o último ramo da rede HFC. Este ramo é aquele que fará a distribuição do sinal de TV para os assinantes diretamente.
Este último ramo é formado por amplificadores extensores de linha, responsáveis pela distribuição efetiva dos sinais para o assinante. A saída de um amplificador óptico é ligada aos splitters, ou também a taps, dos quais o sinal é extraído e entregue à residência dos Assinantes. Os splitters e taps são circuitos passivos, tipicamente um filtro, do qual é extraída uma amostra do sinal para disponibilizar para o Assinante. Entre dois amplificadores extensores de linha, são ligados diversos splitters em série. A medida que são inseridos splitters, o sinal vai ficando mais fraco e, quando o sinal estiver fraco demais, faz-se necessária a inserção de outro amplificador extensor de linha para recuperar o sinal novamente.
Figura 32 Amplificadores trancais e extensores de linha
Analisando-se todas estas informações, concluímos que um único headend é suficiente para atender a uma cidade inteira, bastando que sejam colocados amplificadores suficientes. O que não é possível é fazer um único tronco com tamanho indefinidamente grande, porque cada amplificador deteriora a relação sinal/ruído do sinal. Assim, existirá um número máximo de amplificadores que será possível utilizar num ramo qualquer da rede.
Ao ser entregue ao Assinante, é necessário um equipamento que converta o sinal da rede HFC para o aparelho de televisão do Assinante. Este equipamento chama-se set-top box, e fica normalmente sobre o aparelho de televisão, na residência do Assinante. Através dele é possível a seleção do programa ao qual deseja-se assistir e, em alguns casos, solicitar a liberação de canais, mediante pagamento em conta posteriormente, através do próprio controle-remoto do set-top box.
Figura 33 Interfaces de assinante
A possibilidade de comprar um determinado canal de TV, diretamente pelo aparelho set-top box, implica na existência de um canal de comunicação da casa do Assinante com o servidor da rede HFC. Este canal possui uma banda bem menor que o canal Servidor-Assinante, já que a quantidade de informação proveniente do servidor é bem maior do que aquela que se deseja enviar ao servidor.
Como visto anteriormente, a rede HFC é uma rede híbrida composta de fibra-óptica e cabos coaxiais. A fibra-óptica somente sai dos transmissores ópticos e leva a informação até o tronco principal. Lá existe o que chamamos de nó óptico. Qualquer derivação a partir dos acopladores direcionais e entre os amplificadores trancais é feita por cabos coaxiais até a residência dos Assinantes.
Vantagens do HFC
Uma das vantagens da rede HFC ser híbrida é a maior imunidade do entroncamento óptico em relação a ruído, já que o ruído elétrico não pode interferir num sistema óptico. Além disso, os entroncamentos ópticos são menores, em volume, que os entroncamentos puramente coaxiais.
Outra vantagem é a possibilidade de utilizar a capacidade ociosa da rede óptica do serviço de telefonia para implementação dos entroncamentos ópticos da rede HFC.
As redes implementadas com a tecnologia HFC têm sido utilizadas atualmente para distribuição dos serviços de TV a cabo. Todavia, esta não é sua única aplicação. Uma rede HFC pode, em princípio, atender a praticamente todos os serviços hoje requisitados pelos os Assinantes, apesar de hoje ter-se implementado muito pouco além de TV a cabo.
A existência do canal de retorno abre a possibilidade de interatividade entre o Assinante e o Servidor. Isto torna possível, por exemplo, os serviços de home-shopping diretamente do aparelho de TV, de forma que a rede HFC é algo extremamente atraente do ponto de vista mercadológico.
Estágios Remotos
Os estágios remotos funcionam como concentradores de serviços, possibilitando uma redução na rede metálica, tornando-a mais curta e mais simples. Nos estágios remotos são utilizadas tecnologias de transmissão ou transmissão integrada a comutação, que neste caso são chamados de Estágios de Linha Integrada (ELI). A escolha da tecnologia utilizada no estágio remoto vai depender do tipo de serviço requisitado em determinada região, da central fornecedora de serviços e da rede já existente.
Figura 34 Estágios remotos
Um exemplo clássico de atendimento é o caso da telefonia convencional onde podemos ter centrais telefônicas digitais (CPA) ou analógicas. No caso de um atendimento com estágio remoto a partir de uma central analógica, a conexão com a central deve ser feita a nível de interface de assinante, isto é, ligando o estágio remoto com a central através de pares metálicos, onde a utilização de um estágio remoto que utilize equipamentos de transmissão é mais recomendável. Já no caso de uma central digital esta conexão ao estágio remoto pode ser feita a nível digital, com uma interface aberta ou proprietária de 2Mbit/s, podendo-se optar pelo uso do estágio de linha integrada, visto as facilidades da central estarem disponíveis em uma interface digital.
Para fazer a conexão entre o ponto de acesso aos serviços e os assinantes é necessário concentrar as interfaces de assinantes em sinais com taxas de transmissão mais elevadas. Esta concentração tem um motivo simples de entender, que é a otimização do meio de transmissão entre a central e os assinantes, mais especificamente da rede primária.
Para realizar esta concentração pode-se utilizar a própria saída da central telefônica ou equipamentos MCP30, ligados a nível de assinante à central. No caso das centrais digitais, pode-se transmitir diretamente um feixe de 2Mbit/s ao estágio remoto utilizando equipamentos HDSL ou enlaces de microondas ou realizar mais concentrações através de equipamentos com tecnologia PDH ou SDH com saída óptica. A escolha da tecnologia mais adequada para cada caso vai depender do número de assinantes que requisitaram serviços, o tipo de serviço, da distância entre a central e os assinantes, da condição da rede atual e outros fatores, sendo necessário, portanto, um estudo prévio da situação.
No lado do assinante, isto é, no estágio remoto são necessários equipamentos que convertam os sinais enviados da central em interfaces de assinantes, devido a concentração realizada no lado central.
Portanto podemos ter diversas tecnologias empregadas nos estágios remotos, com diversas arquiteturas de rede e interfaces de assinantes.
Figura 35 Estágio remoto
Estágio remoto utilizando equipamentos de transmissão
A figura 35 descreve os estágios remotos utilizando a nomenclatura telebrás.
ser efetuadas com uma interface de rádio, fibra óptica ou HDSL.
A função básica destes equipamentos é levar serviços de telecomunicação aos assinantes, portanto deve haver uma interface com a central, que concentre as interfaces de assinante, e uma que forneça os serviços aos assinantes.
Os equipamentos do lado central são chamados de unidade central (UC), esses equipamentos têm a função de servir como interface com a central e agrupar os serviços em sinais de mais alta taxa de transmissão. Pode-se ter várias maneiras de fazer interfaceamento com os equipamentos do lado central. Uma das maneiras é utilizar a saída de 2Mbit/s da própria central ou fazer a ligação a nível de interfaces de assinante, utilizando multiplexers MCP30. Pode-se ainda ter roteadores de sinais digitais, no caso de interfaceamento com uma rede de dados.
As interfaces de assinante são multiplexadas, formando um sinal de 2Mbit/s, podendo ser transmitidas com esta taxa, através de equipamentos ópticos a 2Mbit/s (ELO2), ou ainda estes sinais de 2Mbit/s podem ser multiplexados em sinais de maior hierarquia, utilizando equipamentos PDH, a 34Mbit/s, por exemplo, ou equipamentos SDH, a 155Mbit/s por exemplo, com interface óptica.
Figura 36 Unidade central
Estes sinais ópticos que saem da central são encaminhados aos estágios remotos, onde serão demultiplexados e convertidos novamente em interfaces de assinante.
No lado do assinante, ou seja, nos estágios remotos ou ONU (Optical Network Unit), teremos equipamentos que farão interfaceamento com os assinantes, isto é, onde serão ligados os equipamentos dos assinantes, por exemplo um telefone. Este interfaceamento será feito com equipamentos de transmissão (MCP30). Além da conexão com assinantes, a partir do ER podemos ter a ligação de outro armário, uma unidade remota, que será um armário de menor ou igual capacidade, podendo formar uma cascata de armários ou uma rede em estrela. Estas unidades intermediárias são chamadas de ODT ou distribuidores ópticos.
Figura 37 Armário de rua
Em determinadas aplicações os estágios remotos são chamados de armários ópticos.
A ligação com as interfaces de assinante, a rede secundária, pode ser feita de maneira convencional ou utilizando a integração com outros equipamentos da rede de acesso, por exemplo com equipamentos WLL, que visam substituir a rede metálica secundária por uma interface via rádio, eliminando completamente a rede metálica.
Arquiteturas de rede e integração das tecnologias
Configuração ponto-a-ponto
Esta é a configuração mais utilizada atualmente pelas operadoras. Nesta configuração temos os estágios remotos ligados diretamente à unidade central.
A configuração ponto-a-ponto é recomendada para regiões onde temos assinantes concentrados em núcleos que exigem uma alta demanda de serviços e localizam-se afastados um dos outros.
Figura 38 Configuração ponto-a-ponto
Configuração estrela ativa
O ODT recebe uma interface da UC, demultiplexa este sinal de hierarquia superior formando sinais de hierarquia mais baixa, e a partir do ODT estes sinais são enviados, através de interfaces ópticas ou pares metálicos utilizando técnicas DSL, para armários de mais baixa capacidade, os quais podem ser ELR's ou ELI's.
A configuração estrela ativa é recomendada para regiões onde temos assinantes concentrados em núcleos que exigem média ou baixa demanda de serviços, localizando-se em grupos próximos entre si.
Figura 39 Configuração estrela ativa
Configuração em Anel SDH
Nesta configuração temos os estágios remotos ligados interligados em anel a partir da unidade central via equipamentos SDH.
Com uso do SDH, que é um meio de transmissão com maior capacidade, pode-se atender uma quantidade maior de interfaces de assinantes, de tal maneira que a arquitetura estrela ativa integrada a um anel SDH torna-se uma solução para o atendimento de serviços em grandes centros onde a demanda por serviços seja muito elevada.
Além da capacidade de transmissão ser potencializada com o uso de um anel SDH, tem-se ainda as vantagens das proteções de linha que um anel SDH oferece e outras vantagens como as conexões cruzadas que não são possíveis de ser realizadas com equipamentos PDH.
Integração Estágio Remoto – WLL
Figura 40 Configuração em anel SDH
Uma das mais importantes características dos equipamentos de acesso é a integração entre as diversas tecnologias, pois no caso da necessidade de uma expansão ou de novas instalações pode-se aproveitar a rede já existente.
A integração do DECT com um estágio remoto é um exemplo típico de atendimento a regiões onde a rede secundária de pares de cobre está saturada ou necessita-se de uma rápida instalação das interfaces de assinante. Neste caso um equipamento DECT é alocado no mesmo ambiente físico do estágio remoto, disponibilizando interfaces via rádio a partir do armário.
Em várias situações o WLL utiliza arquiteturas do tipo FITL próprias, ou seja, utilizando armários exclusivos para WLL, sem estar interligados com uma tecnologia do tipo ELR ou ELI, onde, por exemplo, no DECT o RDU é a UC e o RBC é o ER.
Figura 41 Integração estágio remoto – WLL
Integração estágio remoto – CATV
Figura 42 Integração estágio remoto - CATV
Integração Estágio Remoto - Link de Rádio
Esta interligação entre o estágio remoto e link de rádio ilustra uma situação comum nas redes de acesso modernas, que é o reaproveitamento da rede existente. Neste caso foi ilustrado o reaproveitamento de um link de rádio já existente entre duas localidades.
Outra possibilidade é o reaproveitamento da rede de pares de cobre com o uso do HDSL, interligando-se uma central ao armário a nível de 2Mbps com o uso dos pares existentes na rede.
