Redes CATV coaxiales (1949-1988)

• Las redes CATV (Community Antenna TeleVision) nacieron para resolver problemas de recepción en zonas de mala cobertura.

• Antena (centro emisor) en sitio elevado con buena recepción. Señal a los usuarios hacia abajo ‘downstream’.

• Cable coaxial de 75 • Amplificadores cada 0,5-1,0 Km. Hasta 50 en cascada.• Señal solo descendente. Amplificadores impedían

transmisión ascendente.

Receptores yDecodificadores

Moduladores yConversores

Contenidos locales

CABECERA

Arquitectura típica de una red CATV coaxial tradicional

Hasta 50 amplificadores en cascada EmpalmeAmplificadorunidireccional

Cable Coaxial (75 ) Muchos milesde viviendas

Redes CATV HFC (1988- )

• Muchos amplificadores en cascada degrada la señal, complica y encarece mantenimiento. Solución: redes HFC (Hybrid Fiber Coax):– Zonas de 500-2000 viviendas – Señal a cada zona por fibra, distribución en coaxial. – Máximo 5 amplificadores en cascada.

• Además amplificadores para tráfico ascendente, red bidireccional (monitorización, pago por visión, interactividad y datos)

• En España casi todas las redes CATV son HFC bidirecc.

Arquitectura HFC (Híbrida Fibra-Coax.)

CabeceraRegional

Cab. local

Nodofibra

Nodofibra

Nodofibra

Nodofibra

COAX Empalme

Nodofibra

Nodofibra

Conexión

Set-top box-TVCable módem - ordenador

8 MHzTV1C9TV3

Nodofibra

Nodofibra

Nodofibra

Cab. local

Cab. local

Estándares en redes CATV

• Primeros CM y CMTS propietarios.• Mayo de 1994: el IEEE crea subcomité 802.14 (redes

CATV). Estándar borrador en septiembre de 1998.• En 1995 el DAVIC (Digital Audio Visual Council)

empieza a desarrollar estándares para CATV. DAVIC 1.2 se publica en diciembre de 1996.

• Enero de 1996: cuatro operadores crean MCNS (Multimedia Cable Network System) para desarrollar estándares DOCSIS (Data-Over-Cable Service Interface Specification). DOCSIS 1.0 se publica en marzo de 1997.

Estándares CATV

• DOCSIS: estándar más extendido. • Productos DAVIC 1.2 aproximadamente un año

por detrás.• DOCSIS: desarrollo USA. Caso europeo (Euro-

DOCSIS) contemplado a posteriori.• DAVIC: desarrollo europeo. • CMs actuales: DOCSIS 1.0 (sobre todo),

también DVB 1.2 y propietarios (ver p. Ej. www.com21.com).

• ITU-T ha adoptado DOCSIS 1.0 y DAVIC 1.2.

Transmisión de datos en CATV

• Sentido descendente (ida): datos modulados en portadora analógica de un canal de televisión de 6 MHz (NTSC) u 8 MHz (PAL)

• Para el retorno:– Redes coaxiales (unidireccionales) línea telefónica

(analógica o RDSI).– Redes HFC (bidireccionales): zona de bajas

frecuencias (no usada normalmente en CATV). Canales de anchuras diversas, de 0,2 a 3,2 MHz

Elementos de comunicación en una red CATV HFC

Señal modulada de radiofrecuencia

Ordenador(o hub)

Cablemódem

Red CATVHFC

Backboneoperador

Internet

CMTS(Cable Módem

Termination System)

Ethernet10BASE-T

Domicilio del usuario

Cabecera local

Router

Cabecera regional

Proveedor decontenidos

Organización de los canales en red HFC

Servicios clásicos (TV)Servicios clásicos (TV)Servicios de datosServicios de datos

Canales para televisión digital

Canales para transmisión de datos

Canales para televisión analógica

Fre

cuen

cia

Canales de retorno para datos

Dos sintonizadores Dos sintonizadores seleccionan un canal de TV seleccionan un canal de TV

y uno de datos a la vezy uno de datos a la vez

Set-Top analógica/digital y Cable Módem

Reparto de frecuencias en red HFC (DOCSIS)

Sentido Europa

(PAL, SECAM)

América

(NTSC)

Relación

señal/ruido

Ascendente

5-65 MHz 5-42 MHz >25 dB

Descendente

96-864 MHz 88-860 MHz

>34 dB

(típica 46 dB)

Asimetría ascendente/descendente

• Descendente:– Gran ancho de banda y gran calidad.– Coexistencia con señal de TV (analógica y digital)

• Ascendente, menor ancho de banda y mayor ruido debido a:– Banda de RF más ‘sucia’ (interferencias, emisiones

de onda corta, radioaficionados, etc.)– Efecto ‘embudo’: agregación del ruido e interferencia

introducido por todos los usuarios de la zona. (Esto impedía el sentido ascendente en redes coaxiales puras, con muchos amplificadores.)

Técnicas de modulación para transmisión de datos en redes CATV

• QPSK: Quadrature Phase-Shift Keying• QAM: Quadrature Amplitude Modulation

Modulación

Sentido

Bits/ símbol

o

S/R mínim

a

S/R Shannon

QPSK Asc. 2 21 dB 7

16 QAM Asc. 4 24 dB 8

64 QAM Desc. 6 25 dB 8,3

256 QAM Desc. 8 33 dB 10,9

Caudales brutos en redes CATV

Debido al overhead introducido por el FEC (Forward Error Correction) y otros factores los caudales netos son aproximadamente un 10-15% menores que los brutos

Anchura (KHz)

Kbaudios

Caudal QPSK (Kb/s)

Caudal 16 QAM (Kb/s)

200 160 320 640

400 320 640 1280

800 640 1280 2560

1600 1280 2560 5120

3200 2560 5120 10240

Anchura (MHz)

Kbaudios

Caudal 64 QAM (Kb/s)

Caudal 256 QAM (Kb/s)

6 5057 30342

6 5361 42888

8 6952 41712

8 6952 55616

Asc.

Desc.

Asignación típica de frecuencias ascendentes en una red CATV

Servicio Banda (MHz) Ancho de banda (MHz)

Supervisión de la red (uso reducido por el

ruido)

5-25 20

Reserva 25-28 3

Telefonía y Datos (Internet)

28-40 12

Banda de guarda 40-42 2

Señalización interactiva, pago por visión

42-45 3

Datos (Internet) 45-52 7

Banda de guarda 52-54 2

Datos (Internet) 54-65 11

Asignación típica de frecuencias descendentes en una red CATV

Servicio Banda

(MHz)

Ancho banda

(MHz)

Ancho por

canal (MHz)

Núm.

Canales

Radiodifusión FM 87,5-108

20,5 0,15 130

Radio Digital (DAB) 108-118

10

Televisión analógica PAL B 118-300

182 7 26

Televisión analógica PAL G

302-606

304 8 38

Televisión digital 606-750

144 1,6 90

Datos (Internet), Telefonía y otros servicios

750-862

112 8 14

Cabeceraregional

Arquitectura típica de una red CATV HFC

Anillo de fibra(TV y datos viajan

por separado)

Cabecera local

Receptor y Modulador

Internet

Nodode fibra(500-2000viviendas)

Empalme

Fibra (monomodo)Cable Coaxial (75 )

Amplificadorbidireccional

125-500 viviendas

Bidireccional3-5 amplificadores máx.

Conversorfibra-coaxial

Cable módem

Ethernet (10BASE-T)

Esquema de una zona en una red CATV

Canal Descendente (854- 862 MHz) 41,7 Mb/s Compartidos por 3 usuarios

(1) (2)(3)

Canal ascendente – (29,7–31,3 MHz)

2,56 Mb/s compartidos por 3 usuarios

(3)(1) (2)

Dos canales ascendentes (29,7-31,3 y 31,3-32,9 MHz)

2,56 Mb/s compartidos por usuarios 1 y 3

2,56 Mb/s dedicados al usuario 2

Protocolos implicados en la comunicación CM-CMTS

Red CATV HFC

Protocolo MAC de CATV (DOCSIS)

• Medio broadcast: cada CM recibe todo el tráfico descendente, vaya o no dirigido a él.

• Cada CM (y el CMTS) recibe una dirección MAC IEEE 802 globalmente única (48 bits) que le identifica.

• Por seguridad el tráfico viaja encriptado (DES 56 bits), solo el destinatario lo pueda descifrar.

• Es posible realizar emisiones multicast/broadcast

Funcionamiento de CATV

• Medio broadcast, canales ascendente y descendente compartidos por cada zona, como una LAN, pero:– Canal descendente: solo el CMTS puede transmitir,

todos los CMs reciben.– Canal ascendente: todos los CMs pueden transmitir,

pero solo el CMTS recibe.

• Dos CMs no pueden hablar directamente (aunque estén en la misma zona); solo puede comunicarse a través del CMTS del que dependen.

MAC de CATV (DOCSIS)

• En descendente el CMTS es el único que emite, por tanto no hay conflicto.

• En ascendente los CM comparten el canal. Cuando un CM quiere transmitir pide permiso al CMTS que le da ‘crédito’ para que emita una cantidad de bits, de acuerdo con la disponibilidad y el perfil que tiene asignado el CM.

• Se puede producir una colisión solo cuando el CM manda el mensaje de petición (pero no cuando esta usando su ‘turno de palabra’).

Funcionamiento de MAC en DOCSIS

Un mini-slot: 64 símbolos

Correspondencia de DOCSIS con el modelo OSI

OSI DOCSIS

Aplicación

Transporte

Red

Enlace

Física

FTP, SMTP, HTTP, etc.

TCP y UDP

IP

IEEE 802.2

MAC DOCSIS

HFC

5-65 MHz96-864 MHz (8 MHz/canal)

ITU-T J.83 Anexo A

AscendenteTDMA (mini-slots)

DescendenteTDM (MPEG)

Mensajes de control DOCSIS

Aplicac. basadas

en MPEG, ej. Video, TV digital