La rete in rame di Telecom Italia: caratteristiche e potenzialità per lo sviluppo delle tecnologie xdsl.

Transcript

1 ACCESSO La rete in rame di Telecom Italia: caratteristiche e potenzialità per lo sviluppo delle tecnologie xdsl. PAOLO IMPIGLIA FABIO LAURENTI LORENZO MAGNONE ROSARIA PERSICO L articolo richiama al lettore gli elementi fondamentali della struttura e delle caratteristiche della rete di distribuzione in rame offrendo, nella parte principale, una panoramica sullo stato e sull evoluzione delle tecnologie xdsl, sia per quanto riguarda la nuova generazione ADSL, come previsto dalla normativa internazionale, sia in riferimento ad altri standard emergenti, come SHDSL e VDSL. 1. Introduzione Lo sviluppo della tecnologia ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line), unitamente alle caratteristiche di ubiquità e qualità della rete di accesso in rame italiana, hanno costituito un binomio che si è dimostrato negli scorsi anni fattore di grande successo per Telecom Italia. Grazie ad esso, in un quadro di mercato delle telecomunicazioni sempre più aperto e competitivo, Telecom Italia ha saputo rispondere alle nascenti e sempre più pressanti esigenze di servizi a larga banda per l utenza residenziale ed affari. Nuove e promettenti opportunità si prospettano adesso per l evoluzione dei servizi a larga banda su reti di accesso in rame: la capacità trasmissiva della rete in rame non è infatti vicina al punto di saturazione e lo sviluppo delle tecnologie di trasmissione numerica su doppino sono ancora in fase di evoluzione tecnologica. Si vanno affermando nuove generazioni di tecnologie xdsl (x Digital Subscriber Line), alcune delle quali, disponibili già nel corso del corrente anno, permetteranno di sviluppare ulteriormente l offerta di servizi a larga banda ai clienti. 2. Il ruolo della rete in rame, scenari di servizio a larga banda e scelte tecnologiche Le recenti offerte legate al mondo della larga banda hanno confermato la tendenza, già evidente nel corso dell ultimo anno, secondo la quale le proposte commerciali di questo mercato, si stanno sempre più spostando dal mondo della pura connettività a quello dei contenuti e dei servizi a valore aggiunto VAS (Value Added Services). In questo scenario, un ruolo fondamentale lo giocherà lo sviluppo delle piattaforme a larga banda che dovranno costituire la piattaforma tecnologica su cui basare le nuove offerte di servizi. La crescita prevista del mercato della larga banda, legata allo sviluppo dei contenuti, dei servizi dati, e VAS, ma anche dei servizi telefonici e multimediali con caratteristiche avanzate di comunicazione personale, richiede una scelta molto attenta delle tecnologie al fine di valorizzare al massimo le infrastrutture in campo ed ottimizzare sia i costi sia gli investimenti. La rete in rame rappresenta quindi un asset fondamentale da valorizzare utilizzandone al massimo le caratteristiche e le potenzialità per far giungere 74 NOTIZIARIO TECNICO TELECOM ITALIA Anno 13 n. 1 - Giugno 2004

2 la larga banda, ed i servizi ad essa correlati al maggior numero di clienti possibile. Per sfruttare nel migliore dei modi una rete in rame che sia in grado, nel tempo, di continuare ad erogare i servizi a larga banda, anche a fronte di un utilizzo sempre più spinto, sia in termini di banda, sia in termini di sistemi trasmissivi attivati, occorre conoscerla nelle sue caratteristiche peculiari e nelle sue modalità di amministrazione operativa tramite opportuni strumenti che ne garantiscano la flessibilità gestionale nel corso degli anni; è altresì importante la scelta di tecnologie che sfruttino al meglio la banda di trasmissione che la rete stessa mette a disposizione. Per questo motivo tematiche come lo spectrum management e l adozione di nuove tecnologie xdsl, sono di fondamentale importanza per abilitare servizi che richiedono sempre più banda per una clientela sempre più numerosa. La tecnologia che oggi rappresenta lo stato dell arte dei sistemi trasmissivi numerici su cavi in rame è sicuramente l ADSL. Da metà marzo 2004 tutta la clientela ADSL mass market può usufruire di accessi ADSL ad almeno 640 kbit/s in direzione downstream e 256 kbit/s in upstream, con la possibilità di richiedere una velocità downstream di 1,2 Mbit/s per la clientela più esigente. La clientela business può anche utilizzare accessi ADSL a 2 Mbit/s in downstream e 512 kbit/s in upstream. I servizi simmetrici, per clientela business, sono forniti con tecnologia SHDSL (Symmetric High bitrate Digital Subscriber Line) e consentono velocità di 2 Mbit/s ed n x 2 Mbit/s grazie all impiego di modalità trasmissive su più coppie in parallelo. Per questi servizi è stata ormai completamente abbandonata la tecnologia HDSL sia per un naturale invecchiamento tecnologico ma, soprattutto, per garantire, come vedremo in seguito, l integrità della rete in rame in termini di inquinamento spettrale. In ottica evolutiva si prevede di impiegare l attuale tecnologia ADSL a velocità ancora maggiori (4 Mbit/s in downstream) per fornire, per esempio, contenuti video di elevata qualità, ma sono in fase di valutazione anche nuove tecnologie, oggi non ancora impiegate, quali il VDSL o ADSL2+, la cui introduzione in rete potrà avvenire nel corso del La rete di accesso di Telecom Italia La rete di accesso di Telecom Italia, ovvero la struttura di telecomunicazione che consente la connessione tra le centrali periferiche e le sedi dei clienti, è costituita da circa 10 mila centrali terminali chiamate SL (Stadi di Linea) dalle quali partono i cavi della rete di accesso denominata anche rete di distribuzione. I cavi sono prevalentemente in rame anche se, come risultato di importanti progetti di cablaggio ottico, avviati fin dai primi anni Novanta, Telecom Italia dispone oggi di una rilevante infrastruttura di cavi ottici in rete di accesso. In considerazione del progressivo sviluppo di servizi a larga banda che utilizzano le tecnologie DSL (Digital Subscriber Line), sta assumendo, in questi ultimi anni, sempre maggiore rilevanza l utilizzo delle infrastrutture della rete di distribuzione in rame. Permutatore CENTRALE 1-1,2 km rete primaria armadio distributore m m rete raccordo secondaria FIGURA 1 La struttura della rete di distribuzione in rame. CENTRALE Area cavo (300) 100 Area di armadio armadio distributore FIGURA 2 Aree della rete di distribuzione in rame Area di reparto 800 rete primaria 400 rete secondaria Per rete di distribuzione in rame si intende l insieme dei portanti fisici, delle loro attestazioni/terminazioni, delle infrastrutture, degli apparati trasmissivi, degli accessori e degli apparecchi che consentono nel loro insieme la manipolazione ed il trasporto del segnale trasmissivo dalla centrale terminale al cliente e viceversa. La rete di distribuzione in rame, cosiddetta elastica, si suddivide in rete primaria, rete secondaria e raccordo (figure 1 e 2). NOTIZIARIO TECNICO TELECOM ITALIA Anno 13 n. 1- Giugno

3 * 0 IMPIGLIA LAURENTI MAGNONE PERSICO La rete in rame di Telecom Italia: caratteristiche e potenzialità per lo sviluppo delle tecnologie xdsl Oltre alla rete di distribuzione elastica esistono altre strutture di rete quali: la rete rigida che, normalmente impiegata per servire clientela posta nelle vicinanze della sede della centrale, si distingue dalla rete elastica per l assenza di terminazioni intermedie tra il permutatore ed il distributore; la rete semirigida che è un ibrido tra la rete elastica e la rete rigida ; la rete super elastica realizzata per ampliare flessibilità della rete, normalmente laddove si è in presenza di bacini rarefatti di raccolta clientela. Nel seguito verrà trattata solo la rete elastica perché essa comprende tutta la componentistica della rete di accesso. La rete primaria, normalmente ad alta potenzialità (da 400 a 2400 coppie) e con tipologia di posa prevalentemente sotterranea, contraddistingue, la tratta Borchia Casa del cliente che collega il permutatore con un terminale (armadio di distribuzione o armadio ripartilinee) ubicato in posizione intermedia rispetto alla terminazione del cliente. I cavi della rete primaria sono pertanto biterminati (attestazione sulle strisce verticali del permutatore ed in armadio); il suo percorso definisce una direttrice e l area che ricade nella sua sfera di influenza è detta Area Cavo (figura 2). La rete secondaria, normalmente a medio bassa potenzialità (da 10 a 400 coppie) e con tipologia di posa sia sotterranea sia aerea, contraddistingue, in una rete di distribuzione elastica, la tratta che collega l armadio di distribuzione con il distributore propriamente detto. I cavi secondari sono pertanto biterminati su terminazioni che, ubicate da un lato in armadio e dall altra sul distributore, consentono il sezionamento della rete ed attraverso le permutazioni d armadio le conferiscono la caratteristica dell elasticità. Le coppie del cavo secondario uscente dall armadio sono via via distribuite (mediante giunti e seguendo una numerazione precisa e puntuale che determina la numerazione dei distributori), secondo una configurazione ad albero, in cavi di potenzialità inferiore che vanno a servire i distributori ubicati il più vicino possibile alla clientela da collegare. L area che ricade nella sfera d influenza del distributore è definita Area del Distributore (o Area di Armadio nel caso dell armadio). La posa dei cavi Giunto Armadio di distribuzione secondari è prevalentemente interrata se trattasi di aree metropolitane, oppure di tipo aereo: a muro se in ambito cittadino, su palificazione in aree a bassa densità abitativa (figure 3 e 4). Il tipo di posa del cavo caratterizza anche la tipologia del distributore. Camerette Altri sistemi di linea Rete secondaria in trincea (cavi a bassa potenzialità) Rete primaria Distributore in tubazione (cavi ad alta potenzialità) FIGURA 3 La rete di distribuzione in rame in area urbana. Orizzontale cunicolo Permutatore muffole Sala muffole Sala AF ripartitore Si definisce raccordo (in origine denominato raccordo d abbonato o impianto di abbonato) quella parte di collegamento o rilegamento del cliente che unisce l ultima terminazione di rete (distributore) ove è attestato, con il terminale del cliente. Si tratta dunque di un collegamento individuale di tipo bifilare costituito con materiale diverso a seconda del tipo di posa utilizzato. Il raccordo inoltre si divide in una parte esterna che ha una terminazione sul primo punto di sezionamento all interno dell abitazione del cliente, ed una parte interna che va da tale punto all ultima presa dell impianto. FIGURA 4 La rete di distribuzione in rame in area periferica. Verticale Centrale Auto commutatore SGU 76 NOTIZIARIO TECNICO TELECOM ITALIA Anno 13 n. 1 - Giugno 2004

4 Gli elementi che costituiscono la rete di distribuzione in rame sono essenzialmente i cavi e le terminazioni (oltre ovviamente ai sistemi di trasmissione, alle infrastrutture ed agli accessori). I cavi sono definiti in funzione del numero di coppie (potenzialità), del diametro dei conduttori e del tipo di rivestimento impiegato per la protezione. I cavi attualmente impiegati hanno una potenzialità, in funzione del diametro dei singoli conduttori (0,4 o 0,6 mm), che varia da 10 a 2400 coppie. L idoneità alla posa sotterranea o aerea è definita dal tipo di protezione del rivestimento esterno (guaine). I cavi per la posa in trincea hanno guaine in polietilene e armatura di nastri in alluminio ed acciaio, quelli per la posa in canalizzazione hanno, di norma, guaina in polietilene ed armatura in alluminio, quelli per la posa aerea hanno guaina in polivinilcloruro, mentre quelli per la posa interna hanno guaine in alluminio e materiale non propagante la fiamma ed a bassa emissione di fumi. L interno di un cavo può essere riempito con aria (Secco) o con gel (Tamponato). Per terminazioni dei cavi s intende il complesso di materiali di vario tipo necessari a terminare, proteggere, permutare, sezionare e numerare le coppie dei cavi. 3.1 Strutture di terminazione in centrale La terminazione dei cavi nella sede di centrale è effettuata su una struttura detta Permutatore, posta al confine tra la rete in cavo e l autocommutatore o gli apparati dei sistemi di trasmissione. Per le centrali fino a 5000 numeri, si utilizza il permutatore murale composto da telai modulari da 6 montanti installati a parete; su ogni montante (lato verticale) sono installate 4 strisce di terminazione IDC (Insulation Displacement Connection) da 100 coppie per un totale di 400 coppie/montante. Per le centrali superiori a 5000 numeri, si utilizza il permutatore lineare composto da telai modulari da 12 montanti installati a colonna; su ogni montante (lato verticale) sono installate 8 strisce di terminazione IDC da 100 coppie per un totale di 800 coppie/montante (figura 5). Alle strisce sono attestate, con la tecnica dello sfioccamento, le coppie dei cavi provenienti dalla rete esterna. La tenuta pneumatica del cavo esterno (la rete di distribuzione in rame è pressurizzata per prevenire infiltrazione d acqua) è garantita con muffole tamponate. 3.2 Strutture di terminazione esterne alla centrale Le terminazioni esterne alla centrale sono costituite da armadi di distribuzione (detti anche armadi ripartilinee) e da distributori. L armadio di distribuzione, detto anche armadio ripartilinee, costituisce un punto di attestazione intermedio della rete nel raggiungimento capillare dell utenza (è l elemento di confine tra la rete primaria e la rete secondaria). Indipendentemente dai FIGURA 5 Permutatore lineare (lato verticale). vari modelli attualmente distribuiti nel territorio, la loro struttura è riassumibile nell insieme di un contenitore e di un complesso di moduli di attestazione, detti testarmadi, ancorati su un telaio metallico (negli armadi di distribuzione i testarmadi costituiscono l elemento di terminazione delle coppie sia dei cavi entranti, sia di quelli uscenti). Essi costituiscono un punto di sezionamento della rete, elasticità della rete, diramazione della rete e/o raccolta della clientela e talvolta di protezione della rete stessa. Gli armadi di distribuzione, nel corso degli anni, pur conservando invariate le loro caratteristiche funzionali e la loro struttura, hanno subito un processo evolutivo dal punto di vista delle tecnologie impiegate nei materiali, delle parti componenti e nelle tecniche di connessione dei portanti attestati. NOTIZIARIO TECNICO TELECOM ITALIA Anno 13 n. 1- Giugno

5 Gli armadi di distribuzione di ultima generazione, denominati armadi linea 90, hanno capacità massima di 1200 coppie. Di norma nell armadio sono attestate coppie primarie e coppie secondarie. L attestazione è effettuata per mezzo di strisce di terminazione IDC da 100 coppie che consentono, attraverso le permute, di fornire la continuità elettrica tra le coppie della rete primaria e le coppie della rete secondaria. Un armadio di distribuzione presenta un numero di coppie uscenti superiori al numero di coppie entranti, al fine di rendere elastica la rete. Il distributore è il punto di terminazione dei cavi della rete secondaria da cui si diramano i raccordi d utente (ad esso sono attestati i cavi della rete secondaria da un lato ed i raccordi di abbonato dall altro). I distributori sono distinti in funzione dell ubicazione (esterna o interna agli edifici) e del tipo di posa (su palo, a muro ed incassati). Al loro interno sono installate strisce di terminazione costituite da uno o più moduli IDC da 10 coppie. I distributori (figure 6, 7 e 8) possono essere essenzialmente di tre categorie: cassette di distribuzione (costituite da un involucro esterno, fissabile a muro o su palo, dotato di coperchio incernierato sulla base e da un modulo IDC da dieci coppie); armadietti di distribuzione (costituiti da un contenitore plastico o in lamiera di acciaio verniciato e da un insieme di supporti per il montaggio di terminali e cassette duplex ed al loro interno sono installabili testarmadi da 50 e 30 coppie e moduli IDC da 10coppie); distributori per rete a bassa densità (colonnine modulari unificate, armadietti linea 90, colonnine linea 90, ). Per dare continuità alle varie tratte di cavo è necessario effettuare la giunzione dei cavi. I giunti, in funzione della loro utilizzazione, sono classificati in: giunti dritti, per il collegamento di due cavi della stessa potenzialità; giunti diramati, per il collegamento di più cavi di diversa potenzialità; giunti di estrazione, per l estrazione di un determinato numero di coppie lungo una tratta continua di cavo (sono tagliate e giuntate le sole coppie interessate dall estrazione). Dal punto di vista dei portanti in rame la dimensione della rete di accesso è di oltre 100 milioni di chilometri-coppia (circa Armadi ed oltre 5 milioni di distributori) con una rete caratterizzata da una distanza media tra la centrale ed il cliente di circa 1,5 Km. La lunghezza media di una coppia nella rete di accesso primaria è di 1,3 Km, mentre quella di una coppia nella rete secondaria è di 0,47 Km. Tenendo conto che in questi indicatori sono presenti anche le coppie morte e quelle derivate in parallelo, la lunghezza media delle coppie della rete primaria e secondaria può essere stimata pari a rispettivamente a 1,1 Km ed a 0,4 Km. Per quanto riguarda le aree metropolitane, risulta che la lunghezza media della rete primaria è di circa 900 m, mentre FIGURA 6 Distributore in armadietto da esterno a parete. per la rete secondaria è di circa 300 m. Com era prevedibile, la lunghezza media di un rilegamento di utente in area urbana è minore di quella media nazionale (1,5 Km). FIGURA 7 Distributore in colonnina. 78 NOTIZIARIO TECNICO TELECOM ITALIA Anno 13 n. 1 - Giugno 2004

6 FIGURA 8 Distributore a palo. Una parte rilevante della rete di distribuzione è relativamente nuova, soprattutto nelle grandi città, in quanto con il Piano Europa, sviluppato negli anni , sono state destinate alla rete di accesso ingenti risorse finanziarie con le quali è stata rinnovata ed ampliata la rete di distribuzione in rame italiana adeguandola agli standard tecnici e di qualità delle principali rete europee. Queste caratteristiche della rete di accesso in rame costituiscono un notevole punto di forza nel processo di trasformazione della rete stessa da banda stretta a banda larga tramite le tecnologie DSL (Digital Subscriber Line). I punti di forza sono più precisamente tre: 1) la notevole disponibilità di collegamenti (loop) in rame in numero quasi doppio rispetto alla clientela; 2) la distanza media tra la centrale e la sede del cliente, che è tra le più basse del mondo e che fa della rete di Telecom Italia una delle più adatte all introduzione delle tecniche xdsl a larga banda; 3) l età relativamente giovane della rete di distribuzione, soprattutto nelle principali aree metropolitane. 4. Le tecnologie e l evoluzione degli standard xdsl La concezione di tecnologie per la trasmissione numerica ad alta velocità sul doppino in rame ha avuto luogo agli inizi degli anni 90 sulla base dei positivi risultati derivati dallo dall utilizzo di sistemi di linea sviluppati a supporto della interfaccia U dell accesso base ISDN (160 kbit/s). Fino ad allora la trasmissione numerica sul rilegamento di utente in rame si era limitata all utilizzo della tradizionale banda telefonica e, limitatamente all utenza affari, ai sistemi di linea PCM (Pulse Code Modulation) a 2 Mbit/s. Questi ultimi, basati sulla codifica di linea HDB3 implementata su una tecnologia sviluppata negli anni 70, presentano limiti d impiego, costi di progettazione ed esercizio certamente inconciliabili con le caratteristiche e le esigenze del mercato dei servizi di telecomunicazioni su rete fissa venuti in essere dalla seconda metà del decennio scorso in avanti. Nel corso del 1990, in seguito ai risultati fondamentali di studi sulla capacità della rete di distribuzione in rame a sostenere bande di trasmissione dell ordine di qualche Mbit/s su distanze di alcuni chilometri, gli enti di normativa preposti, sia nordamericano (ANSI T1E1.4) sia europeo (ETSI TM6), avviarono dei progetti di specifica di sistemi trasmissivi di nuova concezione. Grazie ai grandi passi avanti effettuati dalla tecnologia microelettronica ed alle ulteriori attese di sviluppo, gli obiettivi dei progetti miravano al raggiungimento di un duplice scopo: in primo luogo dimostrare la fattibilità di sistemi che potessero raggiungere, nella realtà della implementazione, i limiti trasmissivi indicati dai suddetti studi teorici; in seconda battuta, ma certamente obiettivo non meno sfidante, ottenere il successo industriale e commerciale a livello mondiale, e questo poteva essere evidentemente garantito nel tempo solo attraverso il raggiungimento di volumi e costi di produzione adeguati alle aspettative del mercato di massa. Coloro che, fino ad oggi, hanno potuto seguire il corso storico dell evoluzione di sistemi, soluzioni e servizi con denominatore comune xdsl certamente non possono che essere testimoni di un successo mondiale oltre le attese. Le tecnologie che possono essere considerate capostipiti degli standard xdsl e delle loro evoluzioni quali saranno meglio esaminate nel seguito, sono l HDSL e l ADSL. L HDSL costituisce una soluzione rispondente all esigenza di offrire soluzioni di trasporto simmetrico di flussi con velocità superiori ad almeno 1,5 Mbit/s su distanze di almeno 2-3 km, ovvero corrispondenti alle portate che tipicamente garantiscono una copertura assai consistente della popolazione di utenti di una centrale telefonica. L SHDSL, e le sue varianti, costituisce la tecnologia che di fatto sta oggi sostituendo l HDSL nell ambito delle stesse applicazioni per i nuovi servizi per l utenza affari. L ADSL costituisce, contrariamente all HDSL, una soluzione nata per servizi a larga banda per utenza residenziale in condivisione con i servizi in banda base quali il POTS, in particolare per offrire accesso veloce alle reti IP a larga banda sia per la navigazione in internet ovvero per il collegamento a centri di erogazione di contenuti video (broadcast oppure unicast); la natura dello scambio di informazioni utente-rete è quindi asimmetrica, per cui tale è il bilanciamento fra le capacità trasmissive nelle due direzioni di trasmissione. Gli obiettivi di portata del ADSL si collocano entro gli stessi valori NOTIZIARIO TECNICO TELECOM ITALIA Anno 13 n. 1- Giugno

7 obiettivo dell HDSL, vale a dire alcuni km, che qualificano questi sistemi come long range rispetto ad altre tecnologie come il VDSL. L evoluzione ADSL in atto si poggia su una tecnologia di seconda generazione (ADSL2), con delle varianti definite + e ++ atte a estendere le potenzialità di offerta di banda fino a oltre 20 Mbit/s in direzione downstream (figura 9). Quale ulteriore tecnologia xdsl, oggetto di recente attività di normativa, si considera infine il VDSL (Very high bit-rate Digital Subscriber Line), concepita per la trasmissione di bit rate assai elevati. I bit rate massimi considerati sono di circa 50 Mbit/s in dipendenza della distanza richiesta, generalmente assai ridotta rispetto a quelle tipiche degli altri sistemi xdsl long range, ed in variante simmetrica o asimmetrica. VDSL è quindi una soluzione maggiormente indicata ad essere utilizzata in architetture miste fibra rame, ad esempio FTTCab, in cui la lunghezza di rete in rame è limitata ad alcune centinaia di metri. Recentemente è stato compiuto uno studio destinato a valutare le potenzialità delle attuali tecnologie VDSL a supporto di soluzioni simmetriche a 10 Mbit/s simmetrici per servizi affari: i risultati ottenuti indicano in poco più di 700 metri le distanze massime raggiungibili, per uso in architetture di rete di accesso FTTEx (da centrale) tale indicazione appare troppo limitante per cui le soluzioni più adatte al momento individuate sono quelle basate su sistemi SHDSL multicoppia che affasciano, tramite tecniche di bonding, più rilegamenti a circa 2.3 Mbit/s di banda fisica disponibile. AMI. La soluzione definitiva adottata, frutto di un adeguato trade off tra lo stato dell arte tecnologico e le prestazioni attese sulla rete di accesso nordamericana (Carrier Serving Area), prevede l utilizzo di due coppie simmetriche per una trasmissione simmetrica full duplex con cancellazione dell eco alla velocità di 784 kbit/s. La codifica 2B1Q è tradotta in una implementazione di un transceiver il cui schema a blocchi è rappresentato in figura 10. Le principali caratteristiche sono: La trasmissione bilanciata sul doppino di una forma d onda ad impulso il quale può avere 4 possibili livelli elettrici equidistanti fra loro e valore medio nullo. Gli impulsi sono trasmessi alla cadenza di 392 per secondo (baud), ciascuno di essi rappresenta uno fra 4 possibili stati logici, equivalenti alla trasmissione di una delle possibili combinazioni di 2 bit. La decodifica del flusso numerico a valle dell equalizzazione adattativa dei campioni del segnale ricevuto, necessaria al fine di ottenere le migliori prestazioni, realizzata tramite: - l adozione di un cancellatore d eco, utile ad eliminare il residuo di eco di segnale trasmesso che si accoppia dal trasmettitore locale per effetto del non ideale comportamento dei circuiti analogici di disaccoppiamento fra le due direzioni di trasmissione (ibrido di forchetta 4 fili-2 fili); - la correzione della distorsione introdotta dal canale trasmissivo - anche in presenza di derivazioni in parallelo (bridged taps) normalmente non tollerate dai precedenti sistemi legacy - realizzata con un equalizzatore a reazione di decisione (DFE). 4.1 Sistemi simmetrici La definizione di un technical report HDSL (High Bitrate Digital Subscriber Line) risale al 1992 ad opera dell ANSI T1E1.4, sulla base della dimostrata fattibilità tecnologica, da parte di alcuni costruttori nordamericani, (Pair Gain, TellLabs), della possibilità di sviluppare sistemi di linea basati sul boost del data pump 2B1Q, lo stesso utilizzato per l interfaccia ANSI del sistema di linea ISDN a 160 kbit/s. Si era in particolare individuata come applicazione il supporto al trasporto di flussi numerici alla velocità di 1544 kbit/s (T1), individuando maggior efficienza nei tempi e benefici nei costi di provisioning. Ciò poteva essere realizzato adottando la nuova tecnologia 2B1Q, considerata più performante e robusta, in luogo dei sistemi legacy Mbit/s VDSL ADSL2+ ADSL SHDSL Percentuale ITALIA Lunghezza (km) km ADSL = Asymmetric Digital Subscriber Line SHDL = Symmetric High bit-rate Digital Subscriber Line VDSL = Very high bit-rate Digital Subscriber Line FIGURA 9 Prestazioni dei sistemi xdsl e rispettive penetrazioni nei principali Paesi. altri Operatori europei, nord americani, Far East 80 NOTIZIARIO TECNICO TELECOM ITALIA Anno 13 n. 1 - Giugno 2004

8 Line Receive filter Transmit filter DFE = Decision Feedback Equalizer FFE = Feed Forward Equalizer + + A/D FFE Descrambler D/A - Echo canceler Timing adjust 2 bits to 1 Quat FIGURA 10 Schema a blocchi di un transceiver per la codifica 2B1Q DFE Descrambler Imput Bit Stream Output Bit Stream La tecnologia HDSL è stata considerata anche dagli operatori europei come soluzione in sostituzione dei sistemi di linea HDB3 per flussi a 2048Kb/s (E1). Con l obiettivo iniziale di definire una interfaccia di linea a supporto del trasporto di flussi a 2048 kbit/s e ISDN-PRA, l ETSI ha inizialmente adottato la soluzione tecnologica nordamericana, arrivando così a definire un sistema di linea che utilizza 3 transceiver 2B1Q a 784 kbit/s. Successivamente alcuni operatori, fra i quali anche Telecom Italia, hanno richiesto la definizione di un sistema di linea che adottasse solamente 2 coppie simmetriche in luogo di 3; ancora altri operatori, per applicazioni molto particolari, hanno richiesto invece la soluzione a singola coppia con velocità complessiva di 2320 kbit/s. La variante a 2 coppie offre il vantaggio di poter risparmiare 1 coppia su 3 a scapito di una ridotta portata del sistema di linea; tuttavia, nel caso di reti di accesso limitate in lunghezza come quella italiana, non ci sono forti limitazioni alla copertura di questa soluzione, infatti la portata nominale del sistema a 2 coppie è di circa 2,5 km (con cavo 0,4 mm), per cui si ritiene assai limitata la percentuale dei casi in cui sia necessario l utilizzo di almeno un passo di rigenerazione. Il sistema a 2 coppie europeo contiene due opzioni per il codice di linea: la prima e più utilizzata è quella basata sul codice 2B1Q, la seconda è basata sul codice di linea CAP (Carrierless Amplitude-Phase modulation) ed ha trovato successo commerciale ben più limitato. La velocità lorda di trasmissione prevista è di 1168 kbit/s, e nel caso 2B1Q, importante perché adottato da Telecom Italia, la velocità di segnalazione in linea è di 584 kbaud risultandone un occupazione spettrale di circa 300 khz: questa caratteristica permette al sistema di linea di raggiungere prestazioni di portata maggiori di una fattore circa 3 rispetto ai sistemi HDB3, in secondo luogo ne risulta un segnale molto meno invasivo per effetto di diafonia verso le coppie adiacenti. La specifica tecnica europea attualmente in vigore è contenuta nel documento TS v Anche ITU- T, nel 1998, ha definito la raccomandazione G che recepisce, con poche non sostanziali modifiche, le specifiche HDSL nordamericana ed europea. Telecom Italia ha iniziato il dispiegamento in rete di HDSL intorno alla metà degli anni 90, sviluppando soluzioni stand alone che hanno via via arrestato e praticamente sostituito, dall inizio del 2002, lo sviluppo di accessi su rame per servizi ad utenza affari fino a 2 Mbit/s, eseguito tradizionalmente con sistemi DCE3 con interfaccia di linea HDB3. Di questi ultimi sistemi la consistenza in rete si attesta a circa , mentre lo sviluppo di sistemi HDSL stand alone ha raggiunto, a fine 2003, una consistenza di circa Sul finire del decennio scorso l ETSI TM6, su richiesta degli operatori che richiedevano la definizione di un sistema simmetrico multirate capace di sostenere bit-rate fino a circa 2,3 Mbit/s, ha definito la specifica SDSL (TS , Single pair Digital Subcriber Line), meglio nota e recepita in ITU-T come G (G.SHDSL). La tecnologia di transceiver, su cui il sistema di linea SHDSL si basa, utilizza una codifica di linea concettualmente derivata da quella del HDSL, in quanto si tratta di una modulazione di un impulso su ben 16 livelli trasmesso con tecnica full duplex a cancellazione d eco. La scelta è stata dettata dall esigenza di adottare una soluzione a minima invasività spettrale nei confronti dei sistemi ADSL pur mantenendo obiettivi di prestazioni long range ed in linea con quelle di HDSL; per raggiungere questi obiettivi di portata è stato necessario prevedere una codifica di linea (trellis code), non presente sul sistema HDSL. I bit rate possibili variano fra 200 kbit/s e 2320 kbit/s a passi di 64 kbit/s, variano di conseguenza la velocità di segnalazione ed il contenuto spettrale del segnale in linea a parità di livello di potenza trasmessa (13.5 db/m nominali con meccanismi di power backoff disabilitati). Le portate raggiungibili, anch esse funzione della velocità di linea, variano tra circa 2 km e oltre 4.5 km. La limitazione di portata evidenziata per i bit- NOTIZIARIO TECNICO TELECOM ITALIA Anno 13 n. 1- Giugno

9 rate più elevati, in particolare per i servizi a 2048 e 2304 kbit/s, non è apparsa soddisfacente ad alcuni operatori che si trovano altrimenti a dover ricorrere a troppi interventi in rete per l installazione di apparati di rigenerazione. È stata così introdotta dapprima l opzione a 2 coppie (four wires) che è primo passo per sfruttare la nativa funzionalità multi-rate. Se da una parte è stato possibile estendere in penetrazione l offerta dei servizi a 2 Mbit/s senza l ausilio di rigeneratori, dall altra è sorta l opportunità di utilizzare questa tecnologia per effettuare bonding multicoppia (N>2) al fine di garantire l offerta di servizi di connettività sulla rete in rame anche oltre i 2 Mbit/s, tipicamente fra 4 e circa 10 Mbit/s. Soluzioni di quest ultimo tipo sono disponibili già oggi, sebbene secondo implementazioni che sembrano non garantire adeguati livelli di interoperabilità fra differenti costruttori. A parte l implementazione di alcune soluzioni multicoppia proposte dai costruttori per aggregare traffico ATM su DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer) sfruttando il protocollo IMA (ATM Forum 1999 ATM PHY ), gli sforzi maggiori a livello di normativa vanno nella direzione di individuare tecniche, il più possibile ottimizzate allo specifico livello 2 considerato, che permettano di trasportare su M coppie SHDSL traffico di tipo Ethernet, ATM (Asynchronous Transfer Mode) e TDM (Time Division Multiplexing). Attualmente sia il gruppo ETSI TM6, con il work item M-pair ( ), che il gruppo ITU-T SG15 TM6, con il progetto G.bond, sono attivi in tal senso; concreta considerazione è da loro rivolta alla soluzione IEEE 802.3ah (EFM), già sviluppata negli anni scorsi ed arrivata ad un buon grado di consenso industriale, allo scopo di recepirla, per quanto possibile completamente, e migliorane, laddove necessario, il grado di definizione e di interoperabilità atteso per le soluzioni finali. Telecom Italia ha deciso di adottare la tecnologia SHDSL sia per i propri sistemi stand-alone, in graduale sostituzione all HDSL (servizi a 2 Mbit/s), sia come interfaccia per l aggregazione di traffico ATM sui DSLAM da utenza affari. Ad inizio 2004 circa sistemi di linea SHDSL attestati su DSLAM risultavano attivi. Alla soluzione originale a 1 coppia verrà affiancata gradualmente anche quella a 2 coppie. La soluzione multicoppia SHDSL è altrettanto di interesse per Telecom Italia offrire connettività ethernet a 4.6 o 9.2 Mbit/s su 2/4 rilegamenti SHDSL operanti a 2.3 Mbit/s, attestati lato centrale su switch Ethernet della rete GBE (Gigabit Ethernet). 4.2 Sistemi Asimmetrici La definizione di un sistema di linea sul rilegamento di utente con capacità asimmetrica risale al 1992 quando Belcore propose e sviluppò, ancora presso l ente normativo ANSI T1E1.4, un rapporto tecnico contenente la specifica di un sistema, denominato ADSL (Asymmetrical Digital Subscriber Line), concepito per trasmettere e ricevere sul comune doppino telefonico dell utente residenziale, condiviso con il servizio telefonico in banda base, una segnale numerico costituito da una banda di 1544 kbit/s in direzione rete-utente (downstream) e di 64 kbit/s in direzione utente rete (upstream). L ADSL era originariamente concepito per poter permettere all operatore telefonico l offerta di servizi VoD (Video on Demand) basati su contenuti codificati MPEG1 a circa 1.5 Mbit/s e residenti su speciali server centralizzati in rete. ANSI sviluppò ulteriormente il technical report arrivando alla stesura dello standard T1.413, con la prima versione nel 1995 e poi la seconda nel La seconda versione (T1.413issue2) decretò l affermazione internazionale della tecnologia DMT (Discrete Multi Tone), proposta da Amati e da Alcatel quale alternativa al CAP, per il codice di linea del sistema di linea ADSL. Di pari passo, con i primi positivi riscontri commerciali ottenuti da offerte ADSL per accesso veloce a internet, nel 1999 ITU-T definiva la raccomandazione G che costituisce ancora oggi lo standard adottato e riconosciuto a livello mondiale per lo sviluppo industriale e commerciale dell ADSL arrivato a superare, alla fine del primo trimestre 2004, le 60 milioni di linee utente worldwide. Telecom Italia ha dato un contributo significativo a questo successo, a partire dalla sperimentazione della tecnologia ADSL dai suoi albori (1994), ed iniziandone il dispiegamento commerciale sul finire del Il grande successo delle offerte ADSL residenziali è avvenuto a partire dal 2002 ed, a fine 2003, l ADSL era presente in circa 3000 siti di centrale con oltre 2,2 milioni di linee installate e una copertura di popolazione arrivata alla soglia dell 80 per cento. Al dispiegamento già così capillare fa riscontro il grande successo commerciale dell offerta Alice per l utenza mass market, completato da offerte retail affari e wholesale con le quali altri OLO e ISP possono offrire servizi ADSL in competizione con Telecom Italia. Il sistema di linea ADSL si basa sull utilizzo di uno schema di modulazione multiportante, denominato DMT, implementato genericamente in una architettura di transceiver piuttosto complessa, dotata di una elevata complessità computazionale di elaborazione numerica del segnale e di una componente analogica di front end assai sofisticata. È richiesta infatti la capacità di effettuare operazioni di trasformata veloce di fourier ad elevata cadenza di simbolo e, dal punto di vista analogico, devono essere garantite elevata linearità, dinamica e sensibilità (receiveing noise floor), a fronte di un segnale con larghezza di banda di più di 1 MHz e con livello significativo di potenza media e di picco trasmessi (circa 20 dbm e 32 dbm rispettivamente, direzione downstream). Il codice di linea DMT, rispetto ai tradizionali schemi di segnalazione single carrier che normalmente modulano in ampiezza e/o fase un singolo impulso in banda base (ad esempio 2B1Q, CAP), adotta uno schema che prevede la suddivisione della porzione di banda assegnata ad ogni direzione di trasmissione in un numero appropriato di sottocanali (portanti). Ciascun sottocanale, sepa- 82 NOTIZIARIO TECNICO TELECOM ITALIA Anno 13 n. 1 - Giugno 2004

10 rato ed equispaziato in frequenza dai restanti, è analizzato e trattato indipendentemente dagli altri in riferimento alla stima sulla quantità di informazione che su di esso può essere allocata per la trasmissione. Il sistema di linea, durante una sofisticata fase di training del canale, che avviene di norma all atto dell attivazione del link, ha il compito di stimare la capacità trasmissiva, effettivamente disponibile su ogni portante, in base all obiettivo di prestazione del tasso di errore richiesto dal livello di servizio di rete od applicazione di interesse. Il totale della capacità disponibile sulle singole portanti assegnate costituisce il massimo payload che può essere trasmesso sul doppino, il netto del quale risulterà nell effettiva banda disponibile all applicazione dell utente finale. L implementazione specifica dello standard ADSL prevede la realizzazione, per ogni portante impegnata, di una segnalazione QAM con efficienza di banda fino a bit di informazione. La codifica DMT, o multicarrier, permette in sostanza di sfruttare al meglio il profilo del rapporto segnale rumore tipicamente assai variabile in frequenza sul doppino telefonico a causa dell effetto combinato dell attenuazione e dei contributi di diafonia (figura 11). PSD [dbm/hz] Potenza di segnale e di rumore di paradiafonia C Capacità disponibile L 3 = 1 km L 2 = 2 km L 1 = 4 km NEXT = Near End Cross Talk SNR = Signal Noise Ratio Note per ogni frequenza cui corrisponde la portante i, le componenti S (livello del segnale trasmesso), H (attenuazione introdotta dal canale) e N (livello del rumore presente), la capacità disponibile può essere così stimata: 15 db/dec FIGURA 11 Allocazione spettrale della capacità trasmissiva disponibile sul doppino telefonico per la trasmissione numerica a larga banda. Si Hi C = C ( i ) log i i Ni Γ 2 Γ è un fattore di costruzione che tiene conto della specifica implementazione dello schema base di modulazione adottato (QAM), del guadagno di codifica previsto (da 1 a 4 db) ed infine di un criterio di conservatività (6 db SNR margin) introdotto al fine di garantire condizioni di funzionamento operative adeguatamente marginali rispetto all obiettivo di tasso di errore a lungo termine (1 10 e -7 BER). Nell opzione dello standard ADSL adottata da Telecom Italia, descritta nell Annesso A (ADSL over POTS) della raccomandazione G.992.1, si prevede uno schema di allocazione delle portanti costituito da 256 portanti allocate fra la componente continua dello spettro (DC) e 1104 khz per la direzione downstream e 32 portanti allocate fra la componente continua e 138 khz. Ciascuna portante occupa quindi una banda equivalente a 4,3125 khz: ne risulta perciò che, nell utilizzo del sistema in condivisione sullo stesso doppino con il servizio POTS, normalmente le prime 4/5 portanti non sono utilizzate; in secondo luogo Telecom Italia ha deciso adottare, allo scopo di evitare l insorgenza di paradiafonia fra i segnali ADSL, la separazione fra le frequenze occupate dalle portanti upstream e quelle downstream (Reduced NEXT) per cui queste ultime hanno un occupazione spettrale il cui estremo inferiore si trova normalmente al di sopra dei 138 khz (figura 12). Non solo a beneficio di completezza, si ricorda infine che l ETSI TM6, su giustificata richiesta di alcuni operatori europei, fra i quali spicca l operatore tedesco (DTAG), ha redatto una specifica ADSL ora vigente Segnale Rumore (NEXT) come ETSI TS v1.3.1, la quale considera SNR > 0 l utilizzo dell ADSL su un rilegamento di utente in condivisione con un accesso ISDN f [khz] BA (2B+D). In tal caso, per garantire adeguata banda disponibile all utente finale nelle direzione upstream, si è dovuto estendere il numero di toni trasmessi a 64, corrispondenti alla frequenza massima di 276 khz. Questa variante risulta recepita nella raccomandazione ITU-T G come opzione di Annesso B. Nel luglio del 2002 l ITU-T è arrivata alla pubblicazione della raccomandazione G che definisce le caratteristiche della seconda generazione della interfaccia ADSL, nota così come ADSL2. Questa raccomandazione introduce per tale interfaccia nuove funzionalità e, sulla base dei ritorni dall esperienza sul campo della prima generazione ADSL, ha ridefinito alcune parti allo scopo di ottenere, accanto ad un miglioramento di prestazioni (circa 10 per cento di guadagno in portata a parità NOTIZIARIO TECNICO TELECOM ITALIA Anno 13 n. 1- Giugno

11 Livello spettrale 4 Livello spettrale Upstream Upstream 138 Echo cancelled Downstream Reduced Next o FDD (soluzione adottata nella rete Telecom Italia) 138 Downstream FDD = Frequency Division Duplexing di bit-rate o viceversa), anche migliori robustezza, grado di interoperabilità e capabilities a supporto dei processi di esercizio e manutenzione (es. assurance). Le novità introdotte sono le seguenti (Mmandatory, O - optional): diagnostica di linea (DELT) (M); Trellis Coding (M); migliore Tx Power Cutback lato CO e CPE (M); disabilitazione di toni per controllo RFI/E (M); gestione dei consumi lato CO attraverso l introduzione di nuovi stati di operatività (L2 low power, L3 idle) (M); fase di inizializzazione e negoziazione CO-CPE più robusta (M); ridotto overhead di trama (da 32 kbit/s a 4 kbit/s) (M); riconfigurazione di linea (M); khz khz FIGURA 12 I piani spettrali previsti per i segnali ADSL (over POTS). Annesso A: ADSL over POTS ADSL ISDN POTS READSL TCM = = = = = Under development Annesso B: ADSL over ISDN Asymmetric Digital Subscriber Line Integrated Service Digital Network Plain Old Telephone Service REmote ADSL Time Compression Multiplexing protocollo di start-up più veloce (O); one bit constellation (M); algoritmo di ordinamento dei toni più robusto (M); introduzione di nuove maschere per aumentare la banda disponibile in US: Annessi I e J (O); strato TPS-TC per modalità di trasporto a pacchetto (O); strato TPS-TC per modalità di trasporto canali voce (O). La flessibilità in frequenza della codifica DMT ha permesso che sia stato possibile definire, su richiesta di vari operatori operanti in contesti geografici e di mercato diversi, vari piani spettrali (noti come annessi) rispondenti a differenti esigenze di rete e servizi su ADSL (figura 13): 1. Annex A: ADSL over POTS - Maschere US e DS identiche a quelle della G e ETSI TS v1.3.1; 2. Annex B: ADSL over ISDN - Maschere US e DS identiche a quelle della G e ETSI TS v1.3.1; 3. Annex C: specifica per ADSL in ambiente con TCM-ISDN (Giappone); 4. Annex I: All-digital mode con compatibilità spettrale ottimizzata per ambienti con ADSL over POTS -Maschere US e DS identiche a quelle della ETSI TS v1.3.1 Annesso E; 5. Annex J: All-digital mode con compatibilità spettrale ottimizzata per ambienti con ADSL over ISDN - Maschere US e DS identiche a quelle della ETSI TS v1.3.1 Annesso F; 6. Annex L: reach-extended ADSL (READSL) operation over POTS e usa PSD più alte in banda; 7. Annex M: specifica Extended Upstream ADSL, modalità simile all Annesso J, ma con POTS in banda base. A titolo di esempio si riporta in figura 14 il piano di frequenze corrispondente all annesso M, che mira ad estendere la banda del segnale upstream, ma, si noti, a scapito del segnale downstream, allo scopo di rendere disponibile al cliente una capacità superiore al limite attuale di annesso A, pari a circa 800 kbit/s. L obiettivo teorico è circa 3,5 Mbit/s ma è ragionevole ritenere le prestazioni effettive siano limitate nell intorno 2,5 Mbit/s in un contesto di rete reale. Quale ultima evoluzione della famiglia ADSL, corrispondente alla raccomandazione G del maggio 2003, è da considerarsi l ADSL2+ il quale presenta, rispetto alle funzionalità presentate per ADSL2, la peculiare caratteristica di un segnale downstream esteso fino a 2208 KHz, equivalente ad un numero di portanti pari a 512 per questa Annesso C: ADSL for TCM-ISDN G ADSL2 (luglio 2002) Annesso I: All-digital Mode A Annesso J: All-digital Mode B FIGURA 13 Le famiglie ADSL (annessi) previste dallo standard ADSL2. Annesso L: READSL New (10/2003) Annesso M: Extended Upstream 84 NOTIZIARIO TECNICO TELECOM ITALIA Anno 13 n. 1 - Giugno 2004

12 Livello spettrale direzione di trasmissione, il verso upstream resta invece invariato. Con l ADSL2+ la capacità downstream ADSL arriverà a più di 20 Mbit/s, sebbene l intrinseca capacità del doppino limiterà significativamente la vendibilità dei servizi corrispondenti, a meno di non considerare un più mite trade off fra portata e capacità trasmissiva. In sostanza ADSL2+, come del resto un ipotetico ADSL2++, sono sistemi assai affini al VDSL asimmetrico. Di fatto, già nell anno in corso, vari costruttori di microelettronica stanno mettendo a disposizione chipset capaci di supportare sia ADSL2 che ADSL2+, segno evidente di convergenza tecnologica dei due standard, e sarà garantita la compatibilità con lo standard ADSL di prima generazione attualmente in sviluppo. 5. Le caratteristiche dei cavi in rame e le problematiche di compatibilità spettrale I problemi principali connessi all utilizzo del doppino per il trasporto di segnali ad alta velocità derivano sostanzialmente dal fatto che il canale trasmissivo coppia in rame induce sul segnale utile un attenuazione non piatta ed è affetto da rumore di diafonia. Il rumore di diafonia è essenzialmente rumore di disturbo da parte di altri segnali trasmessi su coppie fisicamente vicine alla coppia che trasporta il segnale di interesse. La sua rilevanza cresce con l aumentare della frequenza: è per questo che mentre per il segnale telefonico POTS (di banda 0-4 khz) non ha grande importanza, per i segnali di tipo xdsl, caratterizzati da occupazioni spettrali che vanno dalle decine di khz fino a qualche decina di MHz, costituisce invece un fattore limitante. Per comprendere la natura della diafonia, occorre fare qualche precisazione sulle caratteristiche dei doppini costituenti la Rete di Distribuzione in rame. 5.1 Caratteristiche dei cavi EU-64 (non overlapped spectrum operation) Downstream 4 Upstream FIGURA 14 Occupazione spettrale dei segnali ADSL2 previsti per l annesso M G khz Le coppie in rame utilizzate per la trasmissione xdsl sono generalmente raggruppate in cavi di diversa potenzialità (da 2400 a 10 coppie, con valori tipici multipli di 400, 100 e 10), protetti da una guaina esterna la cui costituzione dipende dall ambientazione di posa. La tipologia dei cavi dipende, oltre che dalla potenzialità, dal diametro dei conduttori, dalla loro unità costitutiva e dall isolamento tra i conduttori. Il diametro dei conduttori dei cavi, che incide sulla resistenza elettrica e l attenuazione, (oltre che, ovviamente, sull ingombro e il peso dei cavi) è in genere di 0,4 o di 0,6 mm, ma sono utilizzati, su tratte di lunghezza limitata, anche cavi con conduttori di diametro diverso da quelli citati. L unità fondamentale costitutiva dei cavi può essere la quarta o la coppia. Nel caso di cavi a quarte, gruppi di quattro conduttori sono posizionati a croce e sono poi cordati ad elica allo scopo di equilibrare gli effetti induttivi e capacitivi. Nei cavi a coppia, invece, ogni coppia di conduttori ha un passo di cordatura diverso da quello delle altre coppie. Per quanto riguarda l isolamento tra i conduttori, è diffuso quello in carta ed aria e quello in materiale plastico. Nei cavi in carta ed aria, i conduttori sono avvolti in nastri di carta colorata (per l identificazione delle coppie) e il dielettrico vero e proprio è costituito dall aria secca; nel cavi plastici, l isolamento è ottenuto mediante rivestimento dei conduttori con polietilene pigmentato. Le singole unità (quarte o coppie) di un cavo sono generalmente disposte a strati o a gruppi, separati da un filo di cotone avvolto ad elica a largo passo, che ne consente l individuazione e la numerazione. Per quanto riguarda i capitolati di cavo diffusi nella rete di Telecom Italia, essi solo il CT1240 (cavo a coppie con isolamento in materiale plastico) e il CT1031 (cavo a quarte con isolamento in carta ed aria). In primaria, dove le potenzialità dei cavi sono necessariamente spinte, sono utilizzati prevalentemente cavi con conduttori da 0,4 mm; in secondaria invece sono anche diffusi cavi da 0,6 mm. Il rilegamento d utente può attraversare - in rete primaria e secondaria - tratte costituite da cavi di diverso tipo (quarte o coppie) e diametro, giuntate tra loro. 5.2 Attenuazione e diafonia nei cavi in rame L attenuazione in decibel di una coppia in rame presenta andamento crescente in ragione della radice della frequenza ed andamento crescente linearmente in funzione della lunghezza (figura 15). Il tipico andamento dell attenuazione con la frequenza è dovuto alle perdite per effetto pelle. Talvolta, tuttavia, la legge di variazione dell attenuazione con la frequenza è più rapida di f 0,5 specie a frequenze superiori a 1 MHz: questo perché a quelle frequenze cominciano a diventare significative anche le perdite nel dielettrico (soprattutto quando è di carta), che si vanno a sommare alle perdite nel rame. NOTIZIARIO TECNICO TELECOM ITALIA Anno 13 n. 1- Giugno

13 Con il termine diafonia si intende comunemente l accoppiamento elettromagne- 70 tico indesiderato tra un circuito riservato ad un segnale 60 ed un altro circuito riservato ad un altro segnale. Nell ambito della trasmissione su coppia in rame, 50 essa è dovuta ad un accoppiamento diretto (induttivo 40 e/o capacitivo) tra conduttori adiacenti. L effetto della diafonia è quello di trasferire 30 parte del segnale utile da una coppia a un altra e, nella teoria della trasmissione, 20 può essere modellato come quello di un rumore gaussiano colorato additivo. 10 Benché si tratti dello stesso fenomeno fisico, generalmente si suole considerare il rumore di diafonia come la risultante di due contributi, quello di paradiafonia e quello di telediafonia. Per paradiafonia o NEXT (Near End CrossTalk) si intende il disturbo misurato ai capi di una coppia per effetto dei segnali trasmessi sulle altre coppie del cavo dai trasmettitori vicini (ad esempio alla stessa estremità del cavo). Per telediafonia o FEXT (Far End CrossTalk) si intende il disturbo misurato ai capi di una coppia per effetto dei segnali trasmessi sulle altre coppie del cavo dai trasmettitori lontani (per esempio all estremità opposta del cavo). La paradiafonia, oltre che dalle caratteristiche del cavo (tipo di isolante, struttura,...), dipende dalla frequenza, dallo spettro dei segnali trasmessi sulle altre coppie, e dal numero di segnali disturbanti; tuttavia non dipende dalla lunghezza del collegamento, in quanto modella un fenomeno di accoppiamento che si realizza nei primissimi metri di cavo. La telediafonia invece dipende anche dalla attenuazione del cavo e dalla lunghezza della tratta di cavo lungo cui la coppia è disturbata: in genere il primo effetto è predominante, per cui la telediafonia diventa trascurabile sulle lunghe distanze. Paradiafonia e telediafonia sono fenomeni aleatori caratterizzabili solo dal punto di vista statistico. La caratterizzazione di questi due fenomeni con riferimento ad una determinata rete è molto complessa, non solo per la difficoltà di disporre di un campione statisticamente significativo di misure, ma anche perché la statistica varia significativamente a seconda del tipo di cavo. 5.4 Lo Spectrum Management nella rete italiana L introduzione in rete di accesso dei sistemi xdsl richiede un attenta analisi delle limitazioni dovute all attenuazione e all accoppiamento di Attenuazione per unità di lunghezza (db/km) CT mm CT mm Frequenza (Hz) x 10 6 FIGURA 15 Attenuazione dei cavi CT 1240 e CT 1031 in funzione della frequenza. diafonia con gli obiettivi di massimizzare la probabilità che l installazione e l esercizio di un sistema abbiano successo e di ridurre i rischi di degradazione delle prestazioni per i sistemi già installati col crescere della diffusione dei servizi. Uno degli obiettivi maggiormente sfidanti per gli operatori oggi è quello di stabilire il grado di coesistenza dei vari sistemi xdsl all interno dello stesso cavo, in termini di numero e tipologia, e di prevedere la distanza massima alla quale un determinato profilo di velocità xdsl può essere garantito. Queste problematiche sono affrontate nell ambito dello SpM (Spectrum Management), una sorta di disciplina che consente di stabilire regole tecnicamente coerenti per limitare il grado di inquinamento spettrale in una rete e massimizzarne la possibilità di sfruttamento. Una volta stabilite, è necessario che le regole per lo Spectrum Management siano applicate uniformemente su tutta la rete e, in caso di una rete in unbundling, da tutti gli operatori che offrono servizi xdsl su quella rete. Le regole di Spectrum Management applicate nella rete di Telecom Italia (un estratto è pubblicato sul portale WholeSale di Telecom Italia nell Allegato 3 del Manuale delle procedure servizi di accesso disaggregato a livello di rete locale di Telecom Italia) si basano su quattro principi: 1. il rispetto dei limiti standard di potenza trasmessa da parte dei segnali immessi in linea (maschere spettrali); 2. alcuni vincoli sulla posizione reciproca dei sistemi all interno del cavo (segregazione sulla quarta o sul settore); 86 NOTIZIARIO TECNICO TELECOM ITALIA Anno 13 n. 1 - Giugno 2004

14 La compatibilità spettrale tra ADSL2+ e VDSL Le problematiche di Spectrum Management, connesse all introduzione congiunta in rete dell ADSL2+ e del VDSL, sono recentemente emerse in ambito di Normativa ed ancora di fatto irrisolte. Per comprendere queste problematiche, faremo di seguito qualche considerazione preliminare. L ADSL2+ è un sistema concepito per il trasporto di servizi fortemente asimmetrici, generalmente contenenti più di un canale video (*). L ADSL2+ nasce come sistema ad alta potenza downstream (21 db/m) da poter dispiegare da centrale; ha una banda downstream che, nella modalità dell annesso A, coincide in parte con quella dell ADSL ( khz) e poi si estende ulteriormente fino a 2,2 MHz. La banda upstream invece coincide con quella dell ADSL ( khz). Recenti sviluppi in Normativa stanno mirando a che l ADSL2+ diventi un sistema che, a potenza ridotta, sia dispiegabile anche da un punto intermedio della rete, per esempio un armadio: questa esigenza è stata manifestata da alcuni operatori, che, per il fatto di operare su reti particolarmente lunghe, non riescono ad ottenere coperture adeguate con i servizi ADSL da centrale e intendono ricorrere ad altre tecnologie per offrire gli stessi servizi agli utenti fuori copertura. Box4 In generale, l introduzione di segnali nel cavo a livello di armadio comporta tuttavia impatti sui sistemi dispiegati da centrale a meno che non venga inibito l utilizzo di certe frequenze. Ciò è dovuto al fatto che i segnali downstream provenienti da Centrale (in particolare il segnale ADSL downstream**) possono venire a trovarsi, in corrispondenza dell armadio, nello stesso settore di cavo di segnali appena trasmessi e pertanto al loro massimo livello di potenza; l impatto della telediafonia, in queste condizioni, determina una degradazione inaccettabile dei segnali da centrale. In conseguenza di tutto questo, quando l ADSL2+ è dispiegato da armadio o da un altro nodo intermedio, è necessario inibire (o attenuare molto) le frequenze al di sotto di 1,1 MHz; ne consegue che in questa configurazione questo sistema può beneficiare massimamente solo della capacità compresa tra 1,1 e 2,2 MHz, che peraltro si esaurisce in poche centinaia di metri a causa dell attenuazione. Per quanto detto, in reti in cui non si hanno particolari esigenze di copertura ADSL da centrale, l utilizzo dell ADSL2+ nella configurazione da armadio appare poco attraente rispetto alla prospettiva di poter utilizzare il VDSL per ottenere una gamma di servizi più ampia (in particolare, anche servizi simmetrici) e bit rate più spinti. Analizziamo ora il caso in cui l ADSL2+ sia dispiegato da centrale e il VDSL (***) sia dispiegato da armadio (Figura A). In queste condizioni, il VDSL non fa Box3 Box2 Box1 VDSL ADSL = Asymmetric Digital Subscriber Line VDSL = Very high bit-rate Digital Subscriber Line uso delle frequenze downstream da 138 khz a 1,1 MHz per evitare impatti sull ADSL; tuttavia la Normativa prevede che il VDSL possa ancora far uso della banda 1,1-2,2 MHz. Di conseguenza, in questa banda il VDSL da armadio può comportare degrado all ADSL2+, riducendone la capacità downstream a valori simili a quelli di un ADSL normale. In base a quanto detto, è ovvio che, al fine di rendere meno problematica la coesistenza dell ADSL2+ e del VDSL, è necessario ricorrere a delle restrizioni d uso di questi due sistemi. Armadio FIGURA A Dispiegamento di ADSL2+ da centrale e VDSL da armadio. Queste restrizioni andranno sancite dalle Autorità locali e potranno ricalcare quelle che già disciplinano l uso del VDSL da centrale e da armadio [2]. Per esempio, l ADSL2+ potrebbe essere confinato ad aree di centrale non più lunghe di 1500 m ( **** ) e il VDSL potrebbe essere dispiegato da armadio in aree di centrale più lunghe di 1500 m. In ambito di Normativa si stanno studiando altre soluzioni per permettere l uso congiunto dell ADSL2+ e del VDSL: è per esempio al vaglio la definizione di un altra maschera spettrale per il VDSL che inibisca l uso delle frequenze 1,1-2,2 MHz o ne attenui il livello di potenza. Queste soluzioni però comportano una perdita di capacità downstream per il VDSL. In conclusione, il dispiegamento dell ADSL2+, verosimilmente fattibile con un upgrade hardware già dalla fine del 2004 sulle piattaforme DSLAM in campo, deve essere attentamente valutato rispetto alla prospettiva di utilizzare il VDSL da armadio. ADSL2+ Centrale ( * ) Per un solo canale video la velocità raggiungibile con l ADSL è giudicabile più che sufficiente. ( ** ) Gli altri segnali hanno tutti una banda più stretta di quella dell ADSL. ( *** ) Nel seguito ci riferiremo al VDSL già specificato (vale a dire al VDSL di prima generazione o VDSL1), con allocazione spettrale 997 e configurazione di potenza FTTCab. ( **** ) È fino a questa distanza che il guadagno di bit rate downstream dell ADSL2+ ne giustifica l utilizzo rispetto all ADSL. NOTIZIARIO TECNICO TELECOM ITALIA Anno 13 n. 1- Giugno

15 3. la limitazione, per ogni tipo di sistema, sul numero massimo di sistemi installabili nello stesso settore di cavo 1 ; 4. la restrizione a priori della massima distanza a cui un sistema di un determinato tipo può essere dispiegato. Se le motivazioni del punto 1 possono sembrare ovvie, gli altri punti meritano qualche considerazione. Riguardo il punto 2, esso discende dalla considerazione che, a causa della geometria stessa del cavo, per alcune coppie fisicamente vicine, l accoppiamento di diafonia è particolarmente severo, e quindi è consigliabile evitare l installazione di sistemi xdsl su tali coppie. In casi estremi, è preferibile segregare addirittura a livello di settore. Per comprendere le motivazioni dei punti 3 e 4, va premesso che gli studi per stabilire le regole di inserimento per l xdsl nella rete italiana sono stati eseguiti a partire dal un modello di canale coppia in rame e da modelli sistemistici dei sistemi trasmissivi derivati dalla Normativa di riferimento. L assunzione su cui si basano tali studi è dettata dall obiettivo di stabilire le prestazioni dei sistemi in un mix di tecnologie (mix di riferimento) realizzabile solo a lungo termine che prevede un riempimento del cavo molto spinto. Assunzioni di questo tipo garantiscono che la prestazione stimata per ciascuno dei sistemi del mix sia cautelativa non solo rispetto all incremento della penetrazione dei sistemi nel cavo, ma anche rispetto alle possibili realizzazioni dei mix nel tempo. Il mix di riferimento determina le limitazioni sul numero massimo di sistemi di cui al punto 3. I risultati degli studi di Spectrum Management sono espressi in termini diversi a seconda del tipo di sistema: per l ADSL, ad esempio, gli studi forniscono indicazione del massimo bit rate garantibile con una prefissata qualità 2 al variare della distanza, in downstream ed in upstream, con riferimento alla condizione di cavo pieno (mix di riferimento). Da questa indicazione derivano le restrizioni sulla massima distanza a cui un determinato profilo di velocità ADSL può essere offerto (punto 4), e cioè le regole di inserimento in rete dell ADSL. Al rischio di sovrastima della capacità xdsl nel mix di riferimento è direttamente legato il rischio di fallimento delle regole di inserimento in rete nel lungo periodo. È perciò buona norma calcolare le prestazioni dei sistemi nel mix di riferimento facendo assunzioni sulla diafonia abbastanza cautelative: per esempio, l attuale norma di inserimento in rete di (1) (2) Per settore di cavo si intende un gruppo da 100 coppie. Data la struttura dei cavi, si può assumere trascurabile il disturbo di diafonia provocato dai sistemi installati in settori diversi da quello in cui è collocato il sistema vittima. In altri termini, l ambiente cavo si può considerare coincidente con il settore di cavo da 100 coppie La qualità della linea è espressa in termini di margine di rumore. In genere il margine si fissa a 6 db. Dire che una linea funziona con 6 db di margine rispetto a un dato ambiente di rumore significa dire che, prima che il sistema inizi ad avere un tasso di errore > 10-7, è possibile incrementare in piatto il rumore di 6 db. Telecom Italia è stata ricavata sotto condizioni relativamente severe di NEXT e FEXT, che hanno una probabilità di verificarsi molto bassa (95% worst case). L altra faccia della medaglia di questo approccio è che esso porta necessariamente alla definizione di una norma molto cautelativa, che, a fronte di un rischio di fallimento molto limitato, potrebbe inibire a priori il massimo sfruttamento della rete in rame: questo, d altro canto, si ottiene proprio cercando di trarre vantaggio dal surplus di capacità disponibile sui doppini per i quali il fenomeno diafonia non si manifesta nelle sue forme più severe e limitanti. Per questo motivo, la sfida maggiore per chi si occupa di Spectrum Management oggi consiste nell individuare dei metodi, e nel predisporre degli strumenti, per fornire indicazioni puntuali sulla capacità dei doppini e sulla precipua potenzialità di ciascuno di essi di veicolare segnali a frequenze sempre più elevate ed in condizioni di riempimento di lungo termine. Nel riquadro di pagina XX sono illustrate le problematiche di Spectrum Management relative all introduzione congiunta di ADSL2+ e VDSL 6. Conclusioni L offerta di servizi a larga banda nel nostro paese si è rapidamente affermata negli ultimi anni grazie all impiego di tecnologie xdsl ed alla disponibilità capillare della rete di accesso in rame di Telecom Italia con caratteristiche di elevata qualità e di lunghezza media fra le più corte al mondo. Le prospettive di sviluppo del mercato della larga banda sono molto promettenti e non si prevedono limitazioni sulla capacità trasmissiva della rete in rame che non è infatti vicina al punto di saturazione; al tempo stesso le tecnologie di trasmissione numerica su doppino sono ancora in fase di evoluzione e promettono di estendere ulteriormente, entro breve termine, le già elevate prestazioni oggi raggiungibili. La rete in rame sarà quindi in grado di soddisfare i requisiti di banda e di qualità oggi ipotizzati per il mass market, quali Video on Demand, Brodcast TV e gaming. Anche per la clientela business le tecnologie xdsl stanno evolvendo rapidamente e si può affermare che la rete in rame costituirà un valido complemento alle soluzioni in fibra ottica per velocità dell ordine dei 10 Mb/s. È di fondamentale importanza, in questo contesto, un attenta azione di Spectrum Management della rete in rame in modo da ridurre i rischi di degradazione delle prestazioni dei sistemi già installati col crescere della diffusione dei servizi ed al fine di massimizzare la probabilità che l installazione e l esercizio di un nuovo sistema abbia successo. È altresì necessario che, una volta stabilite, le regole di Spectrum Management siano applicate uniformemente su tutta la rete ed, in caso di unbundling, rispettate da tutti gli operatori che offrono servizi xdsl sulla rete di accesi di Telecom Italia. 88 NOTIZIARIO TECNICO TELECOM ITALIA Anno 13 n. 1 - Giugno 2004

16 ABBREVIAZIONI Paolo Impiglia nel 1995 si è laureato in Ingegneria Elettronica ad indirizzo telecomunicazioni presso l Università di Roma Tor Vergata. In Telecom Italia dal 1997, in ambito ADSL ATM CAP DFE DMT DSL DSLAM FEXT FFE GBE HDSL IDC NEXT PCM READSL SHDSL SL SpM TCM TDM VAS VDSL VoD xdsl Asymmetric Digital Subdscriber Line Asynchronous Transfer Mode Carrierless Amplitude Phase modulation Decision Feedback Equalizer Discrete Multi Tone Digital Subdscriber Line Digital Subdscriber Line Access Multiplexer Far End Cross Talk Feed Forward Equalizer GigaBit Ethernet High bit-rate Digital Subdscriber Line Insulation Displacement Connection Near End Cross Talk Pulse Code Modulation REmote ADSL Symmetric High bit-rate Digital Subdscriber Line Stati di linea Spectrum Management Time Compression Multiplexing Time Division Multiplexing Value added Services Very high bit-rate Digital Subdscriber Line Video on Demand x Digital Subdscriber Line BIBLIOGRAFIA [1] Stefano Pileri: La via di Telecom Italia verso la larga banda. Notiziario Tecnico Telecom Italia anno 9 numero 2 [2] Manuale delle Procedure Servizi di Accesso Disaggregato a livello di rete locale di Telecom Italia Ottobre 2003 [3] G. SETTI et al.: Manuale di Reti di Telecomunicazioni e Trasmissioni Dati. Ed. Calderini [4] ETSI TS V1.3.1 ( ): Transmission and Multiplexing (TM); Access transmission systems on metallic access cables; Very high speed Digital Subscriber Line (VDSL); Part 1: Functional requirements. [5] ITU-T G.992.3: Asymmetric digital subscriber line (ADSL) transceivers - 2 (ADSL2) Luglio 2002 [6] ITU-T G.992.5: Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) Transceivers - Extended Bandwidth ADSL2 (ADSL2plus) - Maggio 2003 Rete ha prima svolto sperimentazioni in campo e verifiche tecnico-funzionali per i servizi basati su sistema DECT, nella divisione Tecnologie e Architetture. In seguito, nella linea di Ingegneria di Rete, ha condotto attività di redazione di specifiche e norme tecniche per sistemi radio punto PDH e SDH. Si è anche impegnato nella stesura di standard internazionali prevalentemente in ambito ETSI. Dal 2000, nella linea Industrializzazione delle Infrastrutture, si è prima occupato della redazione delle specifiche e norme tecniche degli apparati di accesso per rete in rame e fibra ottica e successivamente ha coordinato le attività di industrializzazione apparati di rete di accesso. Attualmente, nell ambito della funzione Network Engineering Sistemi Mass Market si occupa dell ingegnerizzazione e dei collaudi di apparati di accesso su rame e fibra ottica. Fabio Laurenti si è laureato in Ingegneria Elettronica presso l Università di Roma La Sapienza nel Nel 1996 è assunto in Telecom Italia - Direzione Generale Rete Esercizio e Gestione Operativa - occupandosi dell esercizio e manutenzione della Rete a larga banda HFC Socrate. Dal 1998 al 2001 opera presso la Direzione Generale Rete nell ambito delle funzioni di Esercizio e Manutenzione Apparati Trasmissivi con responsabilità sugli apparati a larga banda della rete di accesso. Nel 2002 assume, nell ambito della funzione Network Assurance della Direzione Rete, la responsabilità dell Esercizio e Manutenzione degli Apparati della Rete di Accesso (PDH, SDH, xdsl), dei Sistemi di Supporto delle Reti Trasmissive (Network Manager ed Element Manager per le tecnologie SDH/DWDM ed xdsl) e dei Sistemi Radio. Da dicembre 2003 opera nella Direzione Rete di Wireline presso la funzione Nodi di Accesso di Network Services con responsabilità sulle attività di Engineering & Maintenance degli apparati e delle terminazioni della rete di accesso, con particolare riguardo alle tecnologie xdsl e ai nodi multiservizio Access Node. Lorenzo Magnone si è laureato nel 1988 in Ingegneria Elettronica, con corso di studi in Telecomunicazioni, presso il Politecnico di Torino. Nel 1990 è stato assunto in CSELT (oggi TILAB) come ricercatore occupandosi dello studio, valutazione e specifica di sistemi di trasmissione numerica su coppie in rame. Successivamente, come rappresentante di Telecom Italia, ha partecipato attivamente alla specifica degli standard internazionali (ANSI, ETSI, DSL forum e ITU-T) per le tecnologie HDSL, ADSL ed SHDSL ricoprendo, presso ETSI TM6, il ruolo di editor della normativa europea per ADSL. Come esperto di tecnologie xdsl ha collaborato alle prime sperimentazioni e trial di servizi a larga banda su ADSL effettuati da Telecom Italia, in seguito ha assunto il ruolo di responsabile dei progetti TILAB a supporto dell inserimento in rete, per i servizi commerciali residenziali di massa ed affari di TI, delle tecnologie ADSL ed SHDSL. Attualmente è Client Area Manager per l Accesso Broadband Wireline. Rosaria Persico si laurea nel 1996 con lode in Ingegneria Elettronica presso l Università di Napoli. Subito dopo la laurea, matura un esperienza sull elaborazione di dati SAR (Synthetic Aperture Radar), presso l organizzazione militare WEU (Western European Union) in Spagna. Da settembre 1997 è in TILAB (già CSELT) dove opera, nell ambito dell area Rete di Accesso, sulle tecnologie xdsl. Ha seguito diversi gruppi di Normativa, tra i quali l FSAN-VDSL WG, l ITU-T SG15/Q4 e l FS-VDSL, ed è autrice di numerosi contributi. Da due anni è coinvolta nell ETSI TM6, dove detiene la rapporteurship per l SDSL multicoppia. È impegnata nello scouting di soluzioni tecnologiche innovative su xdsl e nel testing di livello fisico, ATM ed Ethernet secondo le norme di riferimento. Sviluppa un software per la stima delle prestazioni delle tecnologie xdsl, tramite il quale sono attualmente affrontate le problematiche di compatibilità spettrale (Spectrum Management) nella rete di Telecom Italia, create le norme di inserimento in rete per l xdsl e sviluppati gli ambienti di rumore per il testing di laboratorio. NOTIZIARIO TECNICO TELECOM ITALIA Anno 13 n. 1- Giugno