ADSL

L’ADSL, acronimo di Asymmetric digital subscriber line, è una forma di DSL, ossia una tecnologia nata per la trasmissione di dati che permette di utilizzare i cavi di rame delle tradizionali linee telefoniche per trasmettere dati in modo molto più veloce rispetto a quanto potrebbe fare un modem classico. E questo è possibile grazie all’utilizzo di frequenze che non vengono solitamente utilizzate in una telefonata.

Come funziona

Solitamente, il servizio di ADSL può essere distribuito entro brevi distanze dall’ufficio centrale, solitamente entro i 4 km, ma se i cavi originali sono buoni e posizionati nel modo corretto, si possono raggiungere anche gli 8 km. Un micro filtro chiamato ‘doppino’ o ‘splitter’ permette a una qualsiasi linea telefonica di essere utilizzata sia per le normali telefonate che come ADSL allo stesso tempo, mentre un ulteriore separatore di frequenze si occupa della separazione del segnale per permettere al telefono di funzionare correttamente. Le informazioni che viaggiano per ADSL solitamente vengono fatti passare per il data network della compagnia telefonica per poi raggiungere un network internet dedicato.
Le caratteristiche distintive dell’ADSL rispetto alle altre forme di DSL è che la linea, come dice lo stesso nome, è asimmetrica, quindi consente un flusso di dati molto superiore in una direzione rispetto all’altra. I provider solitamente etichettano l’ADSL come un servizio che permette ai consumatori di connettersi a internet in una modalità piuttosto passiva: gli utenti infatti possono approfittare di alte velocità per scaricare dati dalla rete ma hanno una velocità di invio di dati relativamente bassa.

Esistono ragioni sia tecniche che commerciali per giustificare il fatto che l’ADSL sia una delle tecnologie maggiormente utilizzate per le utenze domestiche. Dal punto di vista tecnico, é più probabile che ci sia più scambio da altri circuiti dalle parti dello DSLAM, dove i fili che provengono dalle numerose connessioni locali sono molto più vicini gli uni agli altri, più che dalla parte di linea dove che entra in casa del cliente. Di conseguenza il segnale in upload è più debole nella parte più rumorosa del collegamento locale mentre il segnale in download e`più forte nella parte più rumorosa del collegamento locale. È quindi evidente che sia la DSLAM a trasmettere a una bitrate più elevata piuttosto che il modem che si trova nell’abitazione dell’utente.

Visto che nella stragrande maggioranza dei casi gli utenti domestici preferiscono avere unna maggiore velocità in download che in upload, le compagnie telefoniche fanno di necessità virtù, proponendo agli utenti domestici l’offerta ADSL.

Dda un punto di vista puramente commerciale, limitare la velocità di upload limita fortemente l’attrattiva dell’offerta ADSL per gli utenti business, che spesso sono costretti ad acquistare connessioni con linee più veloci anche in upload. Questo crea una netta segmentazione nelle comunicazioni digitali tra gli utenti domestici e quelli aziendali.

Funzionamento

Attualmente, la maggior parte delle connessioni ADSL sono full-duplex. La comunicazione ADSL full-duplex viene conseguita su una coppia di cavi sia con un duplex definito frequency-division (FDD) sia con un duplex definito echo-cancelling (ECD), sia con una modalità di duplex definita time-division (TDD).

Il FDD utilizza due bande di frequenza distinte, chiamate banda di upstream e banda di downstream. La banda di upstream viene utilizzata per le comunicazione dall’utente all’ufficio centrale. La banda in downstream viene utilizzata per le comunicazioni inverse, ossia dall’ufficio centrale all’utente.

L’area rossa è la frequenza solitamente utilizzata per le normali conversazioni telefoniche (PSTN), la verde rappresenta la banda in upstream e la blu la banda in downstream, entrambe utilizzate per l’ADSL.

Nelle ADSL standard per le comunicazioni in upstream utilizzano la banda che va da 25.875 kHz a 138 kHz, mentre per le comunicazioni in downstream viene utilizzata quella da 138 kHz a 1104 kHz. Ognuna di queste due bande viene ulteriormente divisa in canali di frequenza più piccoli da 4.3125 kHz. Questi piccoli canali spesso vengono anche chiamati bin.

Durante il collegamento iniziale il modem ADSL testa ogni bin per stabilire il rapporto segnale/rumore a ogni frequenza. Anche la distanza fisica dallo scambio telefonico e le caratteristiche tecniche del cavo possono incidere sulla qualità di propagazione del segnale, mentre segnali di disturbo sul cavo di rame, eventuali interferenze di alcune trasmissioni radio in AM, interferenze locali e rumori elettrici percepiti dall’utente possono voler dire che ci possono essere livelli di rumore eccessivamente elevati in determinate frequenze. Il rapporto tra segnale e rumore in determinati bin (e in determinate frequenze) può quindi essere buono o completamente inadeguato, compromettendo la qualità della comunicazione.

Un rapporto negativo segnale/rumore che viene individuato su determinate frequenze vuol dire che qui bin non potranno essere utilizzati, riducendo la portata massima del link in una connessione ADSL tuttavia funzionante. Il modem DSL provvederà a utilizzare onguno dei bin, talvolta chiamate allocation “bit per bin”.

I bin che offrono un buon rapporto segnale/rumore (SNR) saranno quelli individuati per trasmettere i segnali, scelti tra un gran numero di valori codificati (una gamma di possibilità che cresce con il crescere della quantità dei dati inviati) in ogni pacchetto di dati. Il numero di possibilità non deve essere troppo grande da confondere il ricevente su qual è il bin migliore da utilizzare. I bin rumorosi possono essere utilizzati per trasportare un paio di bit alla volta scelti tra una delle quattro pattern disponibili, oppure un solo bit alla volta nel caso dell’ADSL2+, mentre i bin troppo rumorosi non vengono proprio utilizzati.

Se la rumorosità della frequenza all’interno di un bin dovesse cambiare, il modem DSL può alterare la distribuzione di bit per bin, in un processo chiamato bitswap, ossia scambio di bit, dove i bin che diventano troppo rumorosi sono impiegati per trasportare solo pochi bit mentre gli altri canali vengono impiegati per trasportare i fardelli di dati più pesanti.

La capacità di trasferimento di un modem DSL, quindi, è determinata dalla somma delle allocation bit-per-bin dell’insieme dei bin disponibili. Rapporti più elevati segnale/rumore e più bin utilizzati offrono una capacità di connessione maggiore, mentre un rapporto segnale/rumore più basso e un minor numero di bin utilizzati portano a una capacità di connessione inferiore.

La capacità massima che deriva dalla somma dei bit-per-bin è indicata sui modem DSL e viene, a volte, chiamata “sync rate”. Questo può a volte portare a dei fraintendimenti in quanto la vera capacità di collegamento utilizzata per i trasferimenti di dati risulterà essere decisamente inferiore visto che vengono anche trasmessi dati extra chiamati “protocol overhead”, che corrispondono a circa l’84%/87% della maggior parte delle connessioni PPPoA. In più, alcuni Internet Service Provider hanno anche delle restrizioni riguardo alla portata massima dei trasferimenti di dati all’interno dei loro network, il traffico in internet può essere congestionato, i server sono sovraccarichi e spesso i computer degli utenti non sono molto efficienti: il risultato di tutti questi fattori è un’evidente riduzione delle velocità di connessione rispetto a quanto indicato dal modem.

Le decisione prese dal modem DSL possono essere sia conservatrici, dove il modem sceglie di assegnare meno bit a ciascun bin di quelli che realmente potrebbe con il risultato di una connessione più lenta, oppure meno conservatrici, assegnando più bit ad ogni bin con il rischio però di eventuali errori di connessione soprattutto nel caso in cui il rapporto segnale/rumore si deteriori al punto in cui le allocation bit-per-bin scelte siano troppo alte per far fronte al maggior rumore presente.

Quest’attitudine conservatrice che prevede la scelta di utilizzare meno bit per bin come salvaguardia contro eventuali incrementi di rumore nel segnale viene chiamato rapporto “signal to noise margin” o SNR Margin. Lo scambio telefonico può suggerire il miglior SNR Margin al modem DSL quando questo si connette, e il modem può poi regolare le proprie assegnazioni di bit per bin.
Un margine SNR abbastanza elevato vuol dire una portata massima ridotta ma una migliore affidabilità e soprattutto stabilità della connessione, mentre un SNR Margin ridotto vuol dire altissime velocità ma solo se il livello di rumore non si innalza troppo, altrimenti la connessione deve essere abbandonata e rinegoziata (re-sync).

L’ADSL2+ è più in grado di affrontare queste circostanze, grazie a una feature chiamate Seamless Rate Adaptation (SRA) che può accomodare i cambiamenti della capacità di collegamento totale senza interrompere o indebolire la comunicazione.

I fornitori di ADSL possono sopportare l’utilizzo di frequenze più alte come un’estensione proprietaria dello standard base. Nonostante tutto però questo richiede un equipaggiamento fornito dal fornitore ad entrambe le estremità della linea, e potrebbe causare problemi di sovrapposizione di dati che potrebbero affettare altre linee dello stesso bundle.

Esiste una corrispondenza tra il numero di canali disponibili e la capacità della connessione ADSL. L’esatta capacità di dati trasferibili per canale dipende dal metodo di modulazione utilizzato.

Metodi di modulazione

Inizialamente l’ADSL era disponibile in due versioni, chiamate CAP e DMT. La CAP era lo standard ufficiale delle ADSL fino al 1996, utilizzato nel 90 per cento delle ADSL installate ai tempi. Il DMT fu scelto per gli standard ADSL ITU-T, G.992.1 e G.992.2 (chiamate rispettivamente G.dmt e G.Lite). Da lì in avanti tutte le successive installazione ADSL furono realizzate con lo schema do modulazione DMT.

Gli annessi J e M spostano lo split di frequenza upstream/downstream fino a 276 kHz (dai 138 kHz precedenti) per dare una spinta in avanti alle velocità di upstream. In più, le varianti di ADSL e ADSL2 “All digital loop” supportano 256 kbit/s in più in upstream se la banda solitamente utilizzata per le connessioni voce POTS viene dedicata all’utilizzo dell’ADSL.
L’accesso dell’ADSL1 utilizza la banda da 1.1 Mhz mentre la ADSL2 utilizza la banda da 2.2 Mhz.

Le velocità massime di upstream e downstream indicate sono ovviamente teoriche. Importante è anche sottolineare che poiché i digital subscriber line access multiplexers e i modem ADSL possono essere stati implementati basandosi su standard diversi o incompleti, alcuni produttori possono indicare velocità diverse. Ad esempio, la Ericsson ha diversi device che supportano velocità in upstream non standard fino a 2 Mbit/s nell’ADSL2 e nell’ADSL2+.

Installazione

Per via del modo in cui utilizza lo spettro di frequenze, l’installazione dell’ADSL potrebbe presentare alcuni problemi. È infatti necessario installare a casa degli utilizzatori dei filtri corretti per le diverse frequenze per evitare interferenze con le comunicazioni voce, e allo stesso tempo aver cura di mantenere il segnale “pulito” per le connessioni ADSL.

Agli albori dell’ADSL, l’installazione prevedeva la presenza fisica di un tecnico a casa, che si occupava dell’installazione di un doppino o di un micro filtro vicino al punto di demarcazione da cui partiva la linea dedicata alla trasmissione di dati. In questo modo il segnale DSL veniva isolato prima di arrivare nella casa dell’utente. In ogni modo questa procedura risultava essere piuttosto costosa e poteva causare problemi ai clienti, dovevano aspettare la visita del tecnico che eseguisse l’installazione.

Per ovviare a questo problema molti fornitori di DSL hanno iniziato a offrire un’opzione di auto-installazione che prevede l’invio dell’equipaggiamento e delle dovute istruzioni a casa dell’utente. E invece di isolare il segnale DSL al punto di demarcazione veniva fatto esattamente l’opposto: il segnale DSL veniva filtrato ad ogni presa telefonica con l’impiego di un filtro per la voce e uno per i dati, inclusi nel micro filtro da applicare direttamente in una qualsiasi presa del telefono, senza dover installare ulteriori cavi per casa.

Un effetto collaterale di questo nuovo metodo di auto-installazione era che il segnale DSL poteva essere degenerato, soprattutto de alla linea venivano collegati più di cinque apparecchi telefonici. Attualmente il segnale DSL infatti è presente in tutti i cavi telefonici di una casa, causando attenuazioni del segnale ed effetti eco. Un modo per evitare questo inconveniente è quello di tornare al modello di installazione originale e installare un filtro upstream a tutte le prese del telefono, esclusa quella a cui viene collegato il modem. Questo metodo però richiede la modifica di alcuni dei cavi in casa e in alcune situazioni, sempre dipendendo dalla disposizione originale dei cavi, potrebbe anche non funzionare bene. Per questo risulta molto più semplice installare dei filtri in ogni presa telefonica che si utilizza.

Il segnale DSL può essere degenerato da linee telefoniche vecchie, micro filtri non ben realizzati, interferenze radio, rumori elettrici e da lunghe prolunghe telefoniche. Le prolunghe infatti sono solitamente realizzate con conduttori in rame realizzati in modo diverso dai normali fili telefonici, e non sono in grado di mettere in atto una buona difesa dal rumore. Questi tipi di cavo sono anche più suscettibili ad eventuali interferenze magnetiche.

Tutte queste criticità vengono ulteriormente peggiorate se l’utente si dovesse trovare a una distanza maggiore di 4 chilometri dal DSLAM, distanza che abbassa i livelli del segnale e incrementa il livello di rumore percepito localmente. Questo causa una conseguente riduzione della velocità così come frequenti errori di connessione o instabilità di linea.

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