Projeto e implementação em DSP de sistema de comunicação multiportadora baseado no padrão G.fast

As redes de acesso usando cabos de cobre atualmente utilizam bandas de frequência até 30 MHz, especificada no padrão VDSL2. À medida que arquiteturas híbridas de fibra e cobre se tornam mais proeminentes na indústria e academia, torna-se possível utilizar cabos metálicos mais curtos (i.e. até 250 metros) conectando o último ponto de distribuição aos usuários, de modo que frequências mais altas podem ser exploradas para se alcançar taxas de transmissão de dados de 500 Mbps ou mais, como é o caso do padrão G.fast atualmente em desenvolvimento no ITU-T. Nesse trabalho, um simulador no domínio do tempo foi desenvolvido para avaliar a capacidade do sistema G.fast com diferentes tamanhos de extensão cíclica e diferentes topologias de rede especificadas pelo ITU-T. Os resultados das simulações mostram que sistemas G.fast são robustos a bridged taps e capazes de atingir altas taxas de dados para todas as topologias simuladas, provendo suporte à próxima geração de serviços de banda larga. Além disso, esse trabalho descreve o progresso da implementação de um protótipo de modem baseado no padrão G.fast em um ambiente híbrido de DSP multicore e FPGA utilizando kits de avaliação adquiridos pela UFPA. Arquiteturas, protocolos de comunicação e benchmarks são apresentados e avaliados para se chegar à conclusão de que tal protótipo é factível e fornece suporte flexível a várias linhas de pesquisa em banda larga da próxima geração.

ABSTRACT: The evolving broadband access systems using copper networks are currently deployed in a frequency band that goes up to 30 MHz, as specified in VDSL2. As hybrid fiber-copper architectures become more important in the industry and academia, using shorter loop lengths (i.e. up to 250 meters) from the last distribution point to users enables adopting even higher frequencies to achieve very high data rates of 500 Mbps and beyond, as is the case with the G.fast standard under development by ITU-T. In this work, a time-domain simulator has been developed to evaluate G.fast system performance with different cyclic extension lengths and different reference loop topologies specified by ITU-T. The simulation results show that G.fast systems are robust to bridged taps and capable of providing very high data rates for all simulated loop topologies to support next generation ultra high speed broadband services. Furthermore, this work describes an ongoing effort to implement a G.fast-based modem protototype in a hybrid multicore DSP and FPGA environment using readily-available evaluation kits purchased by UFPA. Architecture plans, communication protocols and benchmarks are presented and evaluated to conclude that such a prototype is both feasible and flexible to support several avenues of research in next generation broadband.