6754446-Redes-CATV-Coaxiales-19491988
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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