Redes Catv Coaxiales (1949-1988)

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 Ω • Amplificadores cada 0,5-1,0 Km. Hasta 50 en cascada. • Señal solo descendente. Amplificadores impedían transmisión ascendente.

Arquitectura típica de una red CATV coaxial tradicional Hasta 50 amplificadores en cascada

Amplificador unidireccional

CABECERA

Receptores y Decodificadores

Moduladores y Conversores

Contenidos locales Cable Coaxial (75 Ω)

Muchos miles de viviendas

Empalme

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.) Nodo fibra

Nodo fibra

Nodo fibra

8 MHz TV1 C9 TV3

Cab. local

Cabecera Regional

Cab. local Cab. local

Nodo fibra Nodo fibra Nodo fibra

Nodo fibra

Nodo fibra

Nodo fibra

COAX

Empalme

Conexión Set-top box-TV Cable módem - ordenador

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.

Cronología estándares CATV IEEE 802.14 5/94

DAVIC

Creación

12/95

DAVIC 1.0

1/96

Creación

9/96

DAVIC 1.1

12/96

DAVIC 1.2

3/97 9/98

DOCSIS 1.0 Publicación borrador

3/99 2000 2001

MCNS

DOCSIS 1.1 Aprobada su disolución ¿DOCSIS 1.2?

Estándares CATV • DOCSIS: estándar más extendido. • Productos DAVIC 1.2 aproximadamente un año por detrás. • DOCSIS: desarrollo USA. Caso europeo (EuroDOCSIS) 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 Ethernet 10BASE-T Cabecera regional

Backbone operador

Red CATV HFC CMTS (Cable Módem Termination System)

Router

Internet

Cabecera local

Proveedor de contenidos

Cable módem

Ordenador (o hub)

Domicilio del usuario

Organización de los canales en red HFC

Canales para televisión digital Set-Top analógica/digital y Cable Módem

Canales para televisión analógica

Dos sintonizadores seleccionan un canal de TV y uno de datos a la vez

Canales de retorno para datos

Servicios clásicos (TV) Servicios de datos

Frecuencia

Canales para transmisión de datos

Reparto de frecuencias en red HFC (DOCSIS)

Sentido

Europa (PAL, SECAM)

América (NTSC)

Relación señal/ruido

Ascendent e

5-65 MHz

5-42 MHz

>25 dB

Descenden te

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 Modulació Sentid Bits/ S/R S/R n o símbol mínim Shannon o QPSK Asc. 2 21adB 7

• •

16 QAM

Asc.

4

24 dB

8

64 QAM

Desc.

6

25 dB

8,3

256 QAM

Desc.

8

33 dB

10,9

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

Caudales brutos en redes CATV

Asc.

Desc.

Anchura (KHz)

Kbaudio s

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)

Kbaudio s

Caudal 64 QAM (Kb/s)

Caudal 256 QAM (Kb/s)

6

5057

30342

6

5361

8

6952

8

6952

42888 41712 55616

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

Asignación típica de frecuencias ascendentes en una red CATV Servicio

Banda (MHz)

Supervisión de la red (uso reducido por el ruido) Reserva

5-25

Ancho de banda (MHz) 20

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)

Radiodifusión FM

87,5108 108118 118300 302606 606750 750862

Radio Digital (DAB) Televisión analógica PAL B Televisión analógica PAL G Televisión digital Datos (Internet), Telefonía y otros servicios

Ancho banda (MHz) 20,5

Ancho por canal (MHz) 0,15

Núm. Canale s 130

182

7

26

304

8

38

144

1,6

90

112

8

14

10

Arquitectura típica de una red CATV HFC Bidireccional 3-5 amplificadores máx.

Amplificador bidireccional

Empalme

Cable módem

Cabecera regional Internet

Cabecera local

Anillo de fibra (TV y datos viajan por separado)

Receptor y Modulador

Nodo de fibra (500-2000 viviendas)

Conversor fibra-coaxial

Fibra (monomodo) Cable Coaxial (75 Ω) Ethernet (10BASE-T)

125-500 viviendas

Esquema de una zona en una red CATV Canal Descendente (854- 862 MHz) 41,7 Mb/s Compartidos por 3 usuarios

(3) (1)

(2)

(1)

(2)

(3)

Canal ascendente – (29,7–31,3 MHz)

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

2,56 Mb/s compartidos por 3 usuarios

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

FTP, SMTP, HTTP, etc.

Transporte

TCP y UDP

Red

IP

Mensajes de control DOCSIS

Aplicac. basadas en MPEG, ej. Video, TV digital

IEEE 802.2

Enlace

MAC DOCSIS

Física

Ascendente TDMA (mini-slots)

Descendente TDM (MPEG)

5-65 MHz

96-864 MHz (8 MHz/canal) ITU-T J.83 Anexo A HFC