AREA TECNICA - ADSL

ADSL - Scheda Tecnica

Le tecnologie DSL (Digital Subscriber Line) utilizzano le preesistenti linee telefoniche in rame per il trasporto di dati a larga banda, come i servizi video e multimediali. Con il termine xDSL identifichiamo forme di tecnologia DSL alternative: HDSL (High data rate DSL), SDSL (Single line DSL), ADSL (Asymmetric DSL), RADSL (Rate adaptive Asymmetric) e VDSL (Very high data rate DSL) sono alcune delle più note. In ogni caso si tratta di servizi basati su connessioni punto-punto con doppino in rame tra la rete di accesso pubblica e un utente di tipo domestico o affari (ultimo miglio). 

Attualmente tutte le offerte in circolazione puntano alla tecnologia asimmetrica ADSL. Essa è applicabile sia a linee digitali ISDN che alle tradizionali linee analogiche di Rete Telefonica Generale. Queste ultime sono solitamente preferite da Telecom: nel caso di utente ISDN, Telecom infatti può scegliere se attivare il servizio sulla linea esistente oppure portare all'utente una nuova linea analogica. Sfruttando le frequenze trasmissive non utilizzate dalla fonia, la tecnologia ADSL attiva sul doppino d'utente RTG, un canale trasmissivo aggiuntivo rispetto alla "banda fonica", ossia totalmente separato da quello su cui viaggia il traffico voce/fax. Tale canale può essere utilizzato per il trasporto del protocollo IP e quindi per l'accesso ad Internet tramite la rete di un ISP. 
L'ADSL è disponibile in due modalità di funzionamento: "Full rate" e "G.lite". 

Il circuito full rate è formato da due modem ai capi di un doppino telefonico e trasporta tre canali: 

• uno telefonico per la telefonia di base (prelevata dal lo splitter passivo, non è gestita dal modem, quindi il servizio è attivo anche se il modem ADSL non funziona)

• uno downstream ad alta velocità (dedicato alla ricezione dei dati dalla rete, caratterizzato da velocità massima teorica di 6Mbps con flussi dati possibili da 1,5 a 6,1 Mbps)

• uno duplex a media velocità bidirezionale (canale upstream dedicato all'invio dei dati verso la Rete, caratterizzato da velocità massima teorica di 640kbps)

La compresenza dei tre canali distinti è possibile in quanto i segnali voce/fax occupano solo una piccola parte dello spettro di frequenze disponibili sul doppino: mentre la banda fonica (il canale occupato dalla trasmissione dei segnali vocali e fax) occupa le frequenze fino a soli 4Khz, la tecnologia ADSL consente di sfruttare anche frequenze superiori a 32KHz. Le velocità dei modem ADSL sono congruenti con lo standard europeo E1 a 2,048 Mbps e americano T1 a 1,544 Mbps, per cui queste sono le capacità di flusso minime garantite. L'orientamento generale di costruttori di apparati e gestori di rete è di sfruttare le capacità di trasporto mediante ATM (Asynchronous Transfer Mode) supportate direttamente dai modem, come previsto dallo standard. Ciò permette di avere velocità di flusso controllate e la possibilità di supporto diretto dei protocolli IP. Da un punto di vista tecnico il collegamento ADSL assicura quindi una singola connessione ATM con classe di servizio ABR (Available Bit Rate). Per l'utente ciò significa che il flusso dati in ricezione dipende da quanti utenti sono connessi al provider con traffico ATM attivo; al provider è assicurata sulla connessione ATM una PCR (Peak Cell Rate) e una MCR (Minimum Cell Rate) in base al contratto stipulato. In ogni caso è evidente che l'effettiva velocità del flusso dipenderà dalla velocità di Internet e non del tratto ADSL.

Il circuito ADSL G.lite prevede gli stessi tre canali del circuito full rate, con alcune limitazioni di banda ed il servizio di telefonia di base lato utente assicurato da microfiltri in serie ai singoli telefoni (splitter distribuito), compromesso tra la facilità di cablaggio dell'impianto e la qualità di servizio, dovuta ai carichi alquanto variabili sui singoli telefoni. Non è previsto che il modem dell'utente supporti lo splitter. Questa soluzione va scelta solo se non sono presenti centralini, antifurti, intercomunicanti, smart box, sistemi di teleallarme, telesoccorso e telecontrolli o altri prodotti/servizi che utilizzano in generale l'impianto telefonico. La tipologia a filtri distribuiti richiede di inserire un apposito filtro in ciascuna presa telefonica utilizzata da un apparecchio tradizionale (telefono, fax, cordless, modem analogico tradizionale). Il modem o router ADSL, invece, non necessita della presenza di questo filtro e può quindi essere collegato direttamente ad una qualsiasi presa telefonica presente nella abitazione/ufficio. L'installazione del filtro è un'operazione molto semplice che può essere eseguita direttamente dal cliente. Esistono due tipologie di filtri a seconda del tipo di presa telefonica esistente: i filtri tripolari o i filtri RJ relativi alla presa anche nota come "plug". 

In entrambi i casi (Full rate e G.lite) il downstream risente di fattori fisici (lunghezza della linea, diametro del filo, presenza di sezionamenti e interferenze varie), quindi, come previsto dagli standard, ciascun utente avrà prestazioni che dipendono dalla qualità totale del cosiddetto "ultimo miglio". Nel sistema ADSL la distanza diventa elemento essenziale per la qualità, poiché la tipica dipendenza del BER (Bit Error Rate) di un tradizionale modem analogico dovrebbe essere risolta dalla presenza nel modem ADSL della funzione FEC (Forward Error Correction). Tale FEC non risulta indispensabile per la navigazione su Internet, ma lo diventa se il servizio tratta il video digitale compresso. Abbiamo stabilito che l'ADSL, usando il già esistente doppino della linea telefonica, può trasmettere dati ad elevata velocità. Ciò si è ottenuto migliorando le tecnologie di filtraggio e conversione analogico/digitale dei tradizionali modem analogici. Dato infatti che il normale doppino in rame può trasportare segnali con frequenze fino ai megahertz, si è scelto di usare frequenze oltre la banda fonica (300 - 3.400 Hz). Anche se con il crescere della distanza si attenuano più rapidamente rispetto a quelli in banda fonica, i segnali ADSL manipolati con maggiore capacità di elaborazione su dinamica più elevata, funzionano efficacemente.
Il modem ADSL, utilizzando la modulazione DMT (Discrete Multi Tone), è paragonabile a tanti modem che lavorano in parallelo con una banda di 4,3125 kHz. DMT crea flussi dati paralleli identificati come sottocanali (detti tone o sub-channel) che trasportano frazioni di informazione. Applicando tecniche FDM (Frequency Division Multiplexing) per separare le bande upstream/downstream e di cancellazione dell'eco per sovrapporle, è possibile realizzare il modem ADSL grazie alle tecnologie già note per quelli V.32 e V.34. I sottocanali sono modulati indipendentemente con una frequenza di portante pari a quella di sub-channel ed elaborata in parallelo tramite Fast Fourier Transform (FFT) per ottenere velocità aggregate molto alte. Ogni canale elementare utilizza modulazioni di fase e ampiezza, assegnando fino a 15 bit per ogni simbolo e per ogni Hz di spettro. Il blocco di gestione dei canali può assegnare quelli "migliori" affinché i flussi possano mantenere la qualità richiesta dal servizio (sistema "data interleaving"). Il numero dei bit assegnati a ogni sottocanale dipende dalle caratteristiche della linea. Certi sub-channel, addirittura, oltre ai normali disturbi di natura telefonica subiscono interferenze dalle emissioni radio AM. L'allocazione dei sub-channel e il numero dei bit a essi assegnato sono gestiti dai modem ADSL dinamicamente. Da un punto di vista teorico le velocità massime raggiungibili sono di 1,5 Mbps (upstream) e di 16 Mbps (downstream).

Sulla borchia telefonica del cliente, viene inserito un filtro che consente il collegamento contemporaneo degli apparati telefonici e del modem ADSL. Presso la centrale, la funzionalità modem ADSL è integrata in un apparato di multiplazione detto DSLAM (Digital Subscriber Loop Access Multiplexer), installato e gestito da Telecom Italia. La DSLAM è il punto di raccolta, aggregazione, concentrazione e permutazione di tutte le linee ADSL afferenti alla centrale. In generale, l'area di disponibilità del servizio corrisponde alla Rete Urbana di ciascuna città. In ogni caso, è opportuno richiedere a Telecom una verifica di fattibilità fatta sulla base delle informazioni sulla linea d'utente che ha nel proprio database. Telecom indica un margine di errore almeno del 5% rispetto a tali informazioni e si riserva comunque il diritto di effettuare test direttamente sull'impianto utente e centrale, al fine di valutare l'effettiva rispondenza ai requisiti per la fornitura del servizio. In particolare, la possibilità di attivare ADSL su una linea telefonica dipende dalla qualità e dalla lunghezza del doppino; quest'ultima, in particolare, non deve essere superiore a circa 5,5km. A parte poche eccezioni, Telecom Italia assicura che i doppini oggi presenti sul territorio nazionale sono qualificati in termini di caratteristiche fisiche per supportare ADSL. Attraverso il doppino, DSLAM e modem d'utente instaurano il canale trasmissivo ADSL. Rispetto ai valori teorici sopra indicati, le velocità massime raggiungibili in trasmissione/ricezione sono limitate dal dimensionamento della DSLAM, dalla lunghezza e dalla qualità media del doppino. In base a tali caratteristiche, Telecom Italia sulla propria infrastruttura nazionale limita le velocità massime a 640kbps in downstream ed a 128kbps in upstream. Sul canale ADSL, DSLAM e modem d'utente instaurano una connessione permanente ad alta velocità in protocollo ATM, che costituisce il link di trasporto per il protocollo IP. Nella DSLAM avviene la separazione del traffico ATM/ADSL da quello fonico. Mentre quest'ultimo viene restituito alla rete telefonica, il primo è consegnato alla rete nazionale ATM di Telecom Italia, ATMosfera, che lo trasporta fino alla rete del provider.  

Interoperabilità 
Esistono diversi livelli di compatibilità nei sistemi ADSL ma, come già accaduto per i modem analogici, i chipset disponibili devono ancora subire un'intensiva fase di test della compatibilità reciproca a livello fisico. I partecipanti al consorzio ADSL Forum stanno eseguendo test di interoperabilità sulla interpretazione degli standard. Per i modem ADSL la compatibilità ha una complessità maggiore, in quanto la trama dati scambiata tra ATU-C e ATU-R include informazioni per la gestione del collegamento.
I modem basati su chipset dello stesso costruttore possono scambiarsi informazioni di tipo proprietario e sostanzialmente ATU-C gestisce ATU-R (canale AOC). Ma con chipset differenti sui due lati, la gestione deve subire semplificazioni che in alcuni casi non permettono di ottenere prestazioni ottimali. Un ulteriore livello di interoperabilità esiste a livello dei canali dati per il trasferimento di informazioni riguardanti i protocolli di gestione dell'ATU (canale EOC). Quest'ultimo aspetto è in avanzata fase di sviluppo per ciò che riguarda gli standard. Le installazioni attuali non presentano tuttavia particolari problemi poichè‚ i fornitori installano la medesima coppia di chipset per ATU-C e ATU-R.

ATM end-to-end
Attualmente il servizio avviene su una singola connessione "ATM interleaved", ma in realtà i chipset possono supportare, come da standard, un ulteriore canale; per tale ragione si ha la disponibilità di un doppio canale ATM di cui uno può essere predisposto in modalità "fast path" (no interleaving). Questo canale andrebbe utilizzato per un flusso con requisiti di attraversamento del canale predefiniti (per esempio un flusso audio/video). Ciò significa che deve essere predisposto un servizio adeguato e che il provider deve controllare l'attivazione e la gestione dei canali ATM con classe di servizio diversa dalla ABR, dove la qualità di servizio è fornita "al meglio". Definire una QoS garantita comporta il potenziamento dei meccanismi di gestione e la garanzia del funzionamento anche in un sistema costituito da apparati eterogenei. La risoluzione di queste problematiche impegna i costruttori nella definizione dei protocolli e delle procedure di gestione per tutti gli apparati necessari alle varie tipologie di rete.

Voce su ADSL 
Uno dei più recenti settori su cui si concentrano gli sforzi di standardizzazione. L'integrazione voce-dati è oggetto di studi di natura diversa e rappresenta il punto di convergenza fra le tecnologie delle telecomunicazioni e quelle Internet. La possibilità di trasportare la voce su un canale ATM in un sistema xDSL, saltando le operazioni di digitalizzazione, multiplazione e connessione svolte nelle centrali telefoniche in apparati diversi, può rappresentare un'operazione economicamente vantaggiosa e di semplificazione degli impianti. In pratica l'eliminazione di POTS splitter e di altri circuiti analogici consentirebbe la gestione di un sistema completamente digitale.
L'utilizzo per questa operazione del canale "fast path" di ADSL potrebbe rappresentare un significativo passo in avanti.