Diferentes Arquitecturas Utilizadas en Redes de CATV

Ing Juan Ramón García BishIng Juan Ramón García Bish

jrgbish@hotmail.comjrgbish@hotmail.com

Arquitectura Tipo Arbol y Rama(Tree & Branch)

Es la arquitectura tradicionalmente utilizada en las Es la arquitectura tradicionalmente utilizada en las redes de CATV desde 1950 hasta 1990redes de CATV desde 1950 hasta 1990

Consta de dos partes básicas : Consta de dos partes básicas : - Línea troncal que se va ramificando. - Línea troncal que se va ramificando. - Línea de distribución que se deriva de la troncal.- Línea de distribución que se deriva de la troncal.

Conexiones a usuarios se toman de la distribuciónConexiones a usuarios se toman de la distribución Cascada de amplificadores troncales = 30 o 40 ampCascada de amplificadores troncales = 30 o 40 amp Cascada de distribucion = 1 Bridger + 3 extensoresCascada de distribucion = 1 Bridger + 3 extensores Ancho de banda típico 220 MHz hasta 550 MHz.Ancho de banda típico 220 MHz hasta 550 MHz. Espaciamiento típico 22 a 25 dB.Espaciamiento típico 22 a 25 dB.

Arquitectura Tipo Arbol y RamaEsquema Básico

Arquitectura Tipo Arbol y Rama

Calidad de señal muy dependiente de la ubicación del Calidad de señal muy dependiente de la ubicación del cliente respecto al headend.cliente respecto al headend.

Fluctuaciones de nivel de señal al final de la linea por Fluctuaciones de nivel de señal al final de la linea por la gran cantidad de dispositivos en cascada.la gran cantidad de dispositivos en cascada.

Poco confiable, gran cantidad de dispositivos Poco confiable, gran cantidad de dispositivos encadenados genera multiples puntos de falla.encadenados genera multiples puntos de falla.

Inapropiada para servicios bidireccionales : - Inapropiada para servicios bidireccionales : - Baja capacidad de retorno compartida entre muchos Baja capacidad de retorno compartida entre muchos - Efecto de acumulacion de ingreso interferencias - Efecto de acumulacion de ingreso interferencias

Limitacion de ancho de banda Limitacion de ancho de banda

Arquitecturas tipo HFC

HFC = Arquitectura hibrida de fibra optica y HFC = Arquitectura hibrida de fibra optica y cable coaxilcable coaxil

Cada variacion de diseño tiene su acronismo Cada variacion de diseño tiene su acronismo - CAN = Cable Area Network - CAN = Cable Area Network - FBB = Fiber Backbone - FBB = Fiber Backbone - FTF = Fiber to the - FTF = Fiber to the Feeder - FTLA = Fiber Feeder - FTLA = Fiber to the Last Active - FTTC to the Last Active - FTTC = Fiber to the Curb - = Fiber to the Curb - FTTH = Fiber to the Home FTTH = Fiber to the Home

Arquitecturas Tipo HFC

Esta arquitectura se basa en una estructura celular Esta arquitectura se basa en una estructura celular donde enlaces de fibra óptica vinculan pequeñas donde enlaces de fibra óptica vinculan pequeñas celdas (nodos) con la cabecera del sistema.celdas (nodos) con la cabecera del sistema.

Característica de las construcciones desde 1990.Característica de las construcciones desde 1990. Tamaño del nodo óptico : Tamaño del nodo óptico :

- 1990-1995 => 2000 a 5000 hogares - 1990-1995 => 2000 a 5000 hogares - 1995-2000 => 1000 a 2000 hogares - 1995-2000 => 1000 a 2000 hogares - 2000-2005 => 100 a 1000 hogares - 2000-2005 => 100 a 1000 hogares

Ancho de Banda : Ancho de Banda : - 1990-1995 => 550 a 750 MHz - 1990-1995 => 550 a 750 MHz - 1995-2000 => 750 a 860 MHz - 1995-2000 => 750 a 860 MHz - 2000-2005 => 860 a 1000 MHz - 2000-2005 => 860 a 1000 MHz

Cable Area Network - CAN

Mas que una arquitectura se trata de una herramienta Mas que una arquitectura se trata de una herramienta de actualización del sistema (upgrade).de actualización del sistema (upgrade).

Consiste en reemplazar partes de la linea troncal por Consiste en reemplazar partes de la linea troncal por enlaces de fibra óptica.enlaces de fibra óptica.

Permite mejorar la confiabilidad y la calidad de la Permite mejorar la confiabilidad y la calidad de la señal al reducir cascadas de amplificadores.señal al reducir cascadas de amplificadores.

Permite implementar sistemas redundantes si se Permite implementar sistemas redundantes si se utiliza la vieja troncal como reserva.utiliza la vieja troncal como reserva.

Permite utilizar este recurso como alternativa para Permite utilizar este recurso como alternativa para ampliar el ancho de banda reemplazando troncales ampliar el ancho de banda reemplazando troncales por equipos de mayor ganancia (superior a 30 dB)por equipos de mayor ganancia (superior a 30 dB)

Cable Area Network

Fiber Backbone

Si se invierte la posicion de algunos amplificadores Si se invierte la posicion de algunos amplificadores de la vieja troncal se logra optimizar la relación de la vieja troncal se logra optimizar la relación entre cascada y cantidad de enlaces de fibra.entre cascada y cantidad de enlaces de fibra.

Se pierde la redundancia al no poder utilizarse la Se pierde la redundancia al no poder utilizarse la vieja troncal como reserva.vieja troncal como reserva.

Esta arquitectura se utilizo tanto en actualización Esta arquitectura se utilizo tanto en actualización como en nuevas construcciones a fines de los 80scomo en nuevas construcciones a fines de los 80s

Fiber Backbone

Fiber to the Feeder Esta arquitectura parte de definir el alcance del Esta arquitectura parte de definir el alcance del

nodo optico en funcion de una cierta cantidad de nodo optico en funcion de una cierta cantidad de casas pasadas o extension geografica.casas pasadas o extension geografica.

La calidad de señal buscada tambien limita la La calidad de señal buscada tambien limita la extension del nodo optico.extension del nodo optico.

En el tramo coaxil diferenciamos lineas expreso En el tramo coaxil diferenciamos lineas expreso

(express feeder) y lineas de distribucion.(express feeder) y lineas de distribucion. Es practica comun no intercalar derivadores Es practica comun no intercalar derivadores

domiciliarios (multitaps) sobre las lineas expreso. domiciliarios (multitaps) sobre las lineas expreso.

Fiber to the Feeder

Fiber to the Last Active

Esta arquitectura ubica un nodo óptico con Esta arquitectura ubica un nodo óptico con varias salidas operando en alto nivel para varias salidas operando en alto nivel para alimentar una gran cantidad de clientes.alimentar una gran cantidad de clientes.

Nodos pequeños, menos de 100 hogares típico.Nodos pequeños, menos de 100 hogares típico. No existen amplificadores en cascada.No existen amplificadores en cascada. La distribución es totalmente pasiva La distribución es totalmente pasiva

PON = Passive Optical network. PON = Passive Optical network. Arquitectura eficiente en areas de densidad Arquitectura eficiente en areas de densidad

media o alta.media o alta.

Fiber to the Last Active

Fiber to the Curb El cable de fibra optica llega hasta la puerta de la El cable de fibra optica llega hasta la puerta de la

casa del suscriptor (curb = cordon de la vereda).casa del suscriptor (curb = cordon de la vereda). Esta arquitectura se basa en mini-nodos de bajo Esta arquitectura se basa en mini-nodos de bajo

costo con 4 , 8 o 16 salidas.costo con 4 , 8 o 16 salidas. Nodos muy pequenos, menos de 20 hogaresNodos muy pequenos, menos de 20 hogares Igual que la arquitectura de fibra hasta el ultimo Igual que la arquitectura de fibra hasta el ultimo

activo es totalmente pasiva.activo es totalmente pasiva. Arquitectura muy rica en tendido de fibraArquitectura muy rica en tendido de fibra La unica limitacion de ancho de banda esta en el La unica limitacion de ancho de banda esta en el

enlace opticoenlace optico

Fiber to the Home

El cable de fibra optica ingresa a la casa del El cable de fibra optica ingresa a la casa del clientecliente

Se requieren cables de gran cantidad de Se requieren cables de gran cantidad de fibras opticas.fibras opticas.

Todavia no resulta economicamente viableTodavia no resulta economicamente viable

Consideraciones sobre la Cantidad de Fibras

Fiber count = cantidad de fibras opticas que se Fiber count = cantidad de fibras opticas que se asignan a cada nodo.asignan a cada nodo.

Debe definirse si se va a permitir dividir la senal Debe definirse si se va a permitir dividir la senal optica en la calle. Es preferible hacer todo el optica en la calle. Es preferible hacer todo el manejo de las señales ópticas (division, manejo de las señales ópticas (division, conmutacion y combinacion) en el headend.conmutacion y combinacion) en el headend.

Minima cantidad de fibras = 2 por nodo Minima cantidad de fibras = 2 por nodo (1 fibra para directa y 1 fibra para reversa) (1 fibra para directa y 1 fibra para reversa)

Cantidad de fibras recomendada 8 a 12 por nodo Cantidad de fibras recomendada 8 a 12 por nodo 12 fibras = 4 directa + 4 reversa + 4 reserva 12 fibras = 4 directa + 4 reversa + 4 reserva

Arquitectura HFCEvolución

A medida que el tamaño del nodo va disminuyendo A medida que el tamaño del nodo va disminuyendo cada vez se requiere que mas fibras ópticas lleguen cada vez se requiere que mas fibras ópticas lleguen hasta la cabecera del sistema.hasta la cabecera del sistema.

En sistemas sin redundancia el numero de fibras en En sistemas sin redundancia el numero de fibras en los cables se ira reduciendo a medida que nos los cables se ira reduciendo a medida que nos alejemos de la cabecera (modulo escalonado)alejemos de la cabecera (modulo escalonado)

En sistemas redundantes tendremos un anillo con En sistemas redundantes tendremos un anillo con cantidad constante de fibras (modulo constante)cantidad constante de fibras (modulo constante)

Con nodos pequeños se tiene casi la misma calidad Con nodos pequeños se tiene casi la misma calidad de señal en cualquier punto del sistema.de señal en cualquier punto del sistema.

Arquitectura HFCEstrellas de Fibra - Módulo Decreciente

Arquitectura HFCAnillos de Fibra – Modulo Constante

Arquitectura HFCCaso Real - Cantidad de Fibras

Consideremos los siguientes parámetros : Consideremos los siguientes parámetros : - Ciudad de 1.000.000 hogares (Buenos Aires) - Ciudad de 1.000.000 hogares (Buenos Aires) - Nodos de 1000 hogares pasados. - Nodos de 1000 hogares pasados. - Prevision de 12 fibras ópticas por nodo. - Prevision de 12 fibras ópticas por nodo.

Con estas hipótesis resulta : Con estas hipótesis resulta : - Cantidad total de nodos = - Cantidad total de nodos = 1000 1000 - Cantidad total de fibras ópticas llegando - Cantidad total de fibras ópticas llegando

a la cabecera del sistema = a la cabecera del sistema = 1200012000

Arquitectura HFC - Segmentación

Para reducir la cantidad de fibras que llegan al Para reducir la cantidad de fibras que llegan al Headend dividimos al sistema en unidades Headend dividimos al sistema en unidades menores denominadas HUBs .menores denominadas HUBs .

Desde el Headend llegamos a los HUBs con Desde el Headend llegamos a los HUBs con enlaces redundantes de fibra (anillos).enlaces redundantes de fibra (anillos).

Desde los hubs llegamos a los nodos con : Desde los hubs llegamos a los nodos con : - Enlaces redundantes (anillos) - Enlaces redundantes (anillos) - Enlaces no redundantes (estrella o modulo - Enlaces no redundantes (estrella o modulo

decreciente)decreciente)

Arquitecturas HFC modernasArquitecturas HFC modernas

De acuerdo a las consideraciones anteriores resultan De acuerdo a las consideraciones anteriores resultan tres arquitecturas modernas tipo HFC.tres arquitecturas modernas tipo HFC.

Anillo – Estrella : Anillo – Estrella : Anillo entre HUBs y estrella al nodo.Anillo entre HUBs y estrella al nodo.

Doble Anillo : Doble Anillo : Anillo entre HUBs y anillo entre los nodos. Anillo entre HUBs y anillo entre los nodos.

Anillo – Anillo – Estrella Anillo – Anillo – Estrella Introduce el concepto de HUB secundario. Introduce el concepto de HUB secundario. Anillo HUBs primarios y anillo HUBs Anillo HUBs primarios y anillo HUBs secundarios Estrella de Hub secundario al nodo.secundarios Estrella de Hub secundario al nodo.

Arquitectura HFCArquitectura HFCTipo Anillo - EstrellaTipo Anillo - Estrella

Arquitectura HFCArquitectura HFCTipo Anillo - AnilloTipo Anillo - Anillo

Arquitectura HFCArquitectura HFCTipo Anillo – Anillo - EstrellaTipo Anillo – Anillo - Estrella

Anillo Óptico Headend – HubDividiendo la señal Óptica en Headend

Anillo Óptico Headend – HubDividiendo la señal Óptica en Anillo

Broadcast & NarrowcastBroadcast & Narrowcast

Broadcast = La misma información esta presente Broadcast = La misma información esta presente en todos los puntos del sistema. en todos los puntos del sistema. Estructura típica de transmisión en la Estructura típica de transmisión en la arquitectura tipo “Árbol y Rama” (Tree & Branch)arquitectura tipo “Árbol y Rama” (Tree & Branch)

Narrowcast = Se transmite información Narrowcast = Se transmite información difernciada según el cliente o la región geografica. difernciada según el cliente o la región geografica. Las diferentes variantes de la arquitectura HFC Las diferentes variantes de la arquitectura HFC permiten segmentar el area de cobertura enviando permiten segmentar el area de cobertura enviando información especifica según el nodo, grupo de información especifica según el nodo, grupo de nodos o HUB.nodos o HUB.

Servicios Tipo NarrowcastServicios Tipo Narrowcast

Canal de información local o regional. Canal de información local o regional. (Diferenciado por HUB o grupo de HUBs)(Diferenciado por HUB o grupo de HUBs)

Servicios de Video por Demanda (VOD). Servicios de Video por Demanda (VOD). (Diferenciado por nodo o grupo de nodos) (Diferenciado por nodo o grupo de nodos)

Servicios de Telefonía y Datos . Servicios de Telefonía y Datos . (Diferenciado por nodo o grupo de nodos) (Diferenciado por nodo o grupo de nodos)

Inserción de publicidad diferenciada por target de Inserción de publicidad diferenciada por target de audiencia.(Diferenciado por nodo o grupo de nodos)audiencia.(Diferenciado por nodo o grupo de nodos)

Al direccionar la información solo al usuario que Al direccionar la información solo al usuario que debe recibirla se logra optimizar el uso del ancho de debe recibirla se logra optimizar el uso del ancho de banda (permite el reuso de frecuencias)banda (permite el reuso de frecuencias)

Arquitecturas de NarrowcastArquitecturas de Narrowcast

Narrowcast a nivel RF desde el HUB.Narrowcast a nivel RF desde el HUB. CWDM CWDM (Coarse Wave Division Multiplexing)(Coarse Wave Division Multiplexing): :

1550nm 1550nm Broadcast / 1310 NarrowcastBroadcast / 1310 Narrowcast

DWDM DWDM (Dense wave Division multiplexing)(Dense wave Division multiplexing): : 1310nm Narrowcast / 1550 Broadcast1310nm Narrowcast / 1550 Broadcast

DWDM DWDM (Dense Wave Division Multiplexing)(Dense Wave Division Multiplexing): : 1550nm Narrowcast / 1550 Broadcast1550nm Narrowcast / 1550 Broadcast

Narrowcast a Nivel RF desde el HubNarrowcast a Nivel RF desde el Hub

CWDM – Narrowcast en 1310 nmCWDM – Narrowcast en 1310 nm

DWDM – Narrowcast en 1550 nmDWDM – Narrowcast en 1550 nm

DWDM – Narrowcast en 1550 nmDWDM – Narrowcast en 1550 nm

Multiplicación Capacidad UpstreamMultiplicación Capacidad Upstream

Dedicacion de mas fibras al retorno. Dedicacion de mas fibras al retorno.

Apilado de frecuencia, conv. en bloque. Apilado de frecuencia, conv. en bloque. (Frequency Stacking , Block Conversion) (Frequency Stacking , Block Conversion)

WDM , CWDM, SWDM, DWDM WDM , CWDM, SWDM, DWDM (Wave Division (Wave Division Multiplexing)Multiplexing)

Retorno DigitalRetorno Digital Combinacion de las anteriores - Combinacion de las anteriores -

DWDM + Frequency Stacking DWDM + Frequency Stacking - DWDM + Retorno Digital - DWDM + Retorno Digital

Dedicacion de mas Fibras al Retorno

Es el metodo mas economico si existe suficiente Es el metodo mas economico si existe suficiente cantidad de fibras de reserva.cantidad de fibras de reserva.

Permite utilizar transmisores opticos tipo Permite utilizar transmisores opticos tipo Fabry-Perrot (FP) o DFB.Fabry-Perrot (FP) o DFB.

Transmisores FP: economicos pero baja pefomance Transmisores FP: economicos pero baja pefomance (problemas de ruido y de estabilidad termica) (problemas de ruido y de estabilidad termica)

Metodo caro si hay que instalar nuevo cable de Metodo caro si hay que instalar nuevo cable de F.O., sobre todo en zonas urbanas.F.O., sobre todo en zonas urbanas.

Tipicamente se preveen 4 fibras por nodo para Tipicamente se preveen 4 fibras por nodo para retorno lo cual permite segmentar el nodo en cuatro retorno lo cual permite segmentar el nodo en cuatro partes.partes.

Multiples Fibras de Retorno Multiples Fibras de Retorno por Nodopor Nodo

Conversion en Bloque

Se efectua una conversion hacia frecuencias mas Se efectua una conversion hacia frecuencias mas altas para multiplexar cuatro retornos dentro de una altas para multiplexar cuatro retornos dentro de una banda de 200 MHz de ancho de banda.banda de 200 MHz de ancho de banda.

No permite el uso de transmisores opticos tipo FP No permite el uso de transmisores opticos tipo FP pues se requiere una mayor linealidad. Solo se pues se requiere una mayor linealidad. Solo se puede trabajar con transmisores tipo DFB.puede trabajar con transmisores tipo DFB.

La perfomance del sistema depende de las La perfomance del sistema depende de las caracteristicas de cada conversor en bloque : caracteristicas de cada conversor en bloque : - Rango - Rango Dinamico - Dinamico - Estabilidad en Frecuencia Estabilidad en Frecuencia - Ruido de Fase - Ruido de Fase

Conversion en bloque

Multiplexación por long de onda

WDM o CWDM WDM o CWDM (coarse wave division multiplexing) (coarse wave division multiplexing) Una longitud de onda cercana a los 1310 nm Una longitud de onda cercana a los 1310 nm y otra a los 1550 nmy otra a los 1550 nm

SWDM (sparse wave division multiplexing) SWDM (sparse wave division multiplexing) Una long de onda de 1310 nm se combina Una long de onda de 1310 nm se combina con hasta 8 de 1550 nm.con hasta 8 de 1550 nm.

DWDM (dense wave division multiplexing) DWDM (dense wave division multiplexing) Idem al caso anterior pero llegando hasta 16 Idem al caso anterior pero llegando hasta 16 longitudes de onda para operación analogica y 32 longitudes de onda para operación analogica y 32 en el caso digitalen el caso digital

SWDM – Sparse Wave Division Multip.

Estabilidad de los laser DFB = 15 nm . Estabilidad de los laser DFB = 15 nm . Longitudes de onda espaciadas = 20 nm . Longitudes de onda espaciadas = 20 nm . Valores nominales de longitud de onda = Valores nominales de longitud de onda =

1490, 1510, 1530, 1550, 1490, 1510, 1530, 1550, 1570, 1590 y 1610 nm.1570, 1590 y 1610 nm.

Amplio rango de longitudes de onda no permite el Amplio rango de longitudes de onda no permite el uso de amplificadores ópticos EDFA (Erbium uso de amplificadores ópticos EDFA (Erbium Doped Fibre Amplifier)Doped Fibre Amplifier)

Adecuado para cubrir links de hasta 13 dB de Adecuado para cubrir links de hasta 13 dB de presupuesto óptico.presupuesto óptico.

DWDM – Dense Wave Division multiplexing

Usualmente cubre la banda C = 1520 - 1570 nm. Usualmente cubre la banda C = 1520 - 1570 nm. La ITU (International Telecommunications Union) La ITU (International Telecommunications Union)

ha definido un set de longitudes de onda standard ha definido un set de longitudes de onda standard que se conoce como grilla ITU.que se conoce como grilla ITU.

Espaciamiento grilla ITU = 100 GHz o 0.8 nm.Espaciamiento grilla ITU = 100 GHz o 0.8 nm. Canales ITU comienzan con CH 0 = 1577.86 nmCanales ITU comienzan con CH 0 = 1577.86 nm Tecnologia actual permite transmision de señales Tecnologia actual permite transmision de señales

analogicas con tecnicas DWDM hasta 8 long. de analogicas con tecnicas DWDM hasta 8 long. de onda por fibra (16 en condiciones especiales).onda por fibra (16 en condiciones especiales).

SWDM – DWDM en el HubHub Activo

DWDM en el Hub - Hub Pasivo

Retorno Digital

El sistema mas basico consiste en digitalizar la señal El sistema mas basico consiste en digitalizar la señal analogica de 0 a 42 MHz.analogica de 0 a 42 MHz.

Para un rango dinamico adecuado se requieren Para un rango dinamico adecuado se requieren conversores Analogico-Digitales de 10 a 12 bits y conversores Analogico-Digitales de 10 a 12 bits y frecuencias de muestreo superiores a 90 MHz.frecuencias de muestreo superiores a 90 MHz.

En estas condiciones se requiere un link digital de En estas condiciones se requiere un link digital de 2.5 Gbps para transmitir dos retornos independientes.2.5 Gbps para transmitir dos retornos independientes.

Permite utilizar transmisores opticos de bajo costo.Permite utilizar transmisores opticos de bajo costo. Mayor robustez permite SWDM con links de 23 dB.Mayor robustez permite SWDM con links de 23 dB. Digital DWDM permite hasta 32 longit. de onda.Digital DWDM permite hasta 32 longit. de onda.

Retorno Digital

Conversion en Bloque + DWDM

Combina tecnicas de conversion en bloque en el Combina tecnicas de conversion en bloque en el Nodo con DWDM en el Nodo o Hub.Nodo con DWDM en el Nodo o Hub.

Permite implementar estructuras centralizadas sin Permite implementar estructuras centralizadas sin incrementar considerablemente la cantidad de fibras incrementar considerablemente la cantidad de fibras que llegan a la cabecera.que llegan a la cabecera.

Multiplexando : Multiplexando : - 4 bloques sobre 8 lambdas = 32 retornos x - 4 bloques sobre 8 lambdas = 32 retornos x fibra - 4 bloques sobre 16 lambdas = 64 fibra - 4 bloques sobre 16 lambdas = 64 retornos x fibra - 8 bloques sobre 16 lambdas = retornos x fibra - 8 bloques sobre 16 lambdas = 128 retornos x fibra128 retornos x fibra

Conversion en Bloque + DWDM

Nodo EscalableEscalabilidad vs Redundancia

Nodo escalable admite los siguientes modulos : Nodo escalable admite los siguientes modulos : - 4 Receptores opticos - 4 Receptores opticos - 4 Transmisores opticos - 4 Transmisores opticos - 2 Fuentes de alimentacion - 2 Fuentes de alimentacion

Maxima escalabilidad sin redundancia = 4 x 4 Maxima escalabilidad sin redundancia = 4 x 4 Division en 4 downstreams + Division en 4 downstreams + 4 upstreams4 upstreams

Maxima escalabilidad con redundancia = 2 x 2 Maxima escalabilidad con redundancia = 2 x 2 Division en 2 downstreams + 2 upstreams Division en 2 downstreams + 2 upstreams

Escalabilidad vs RedundanciaDownstream

Escalabilidad X2 Escalabilidad X2 Escalabilidad X4Escalabilidad X2 Escalabilidad X2 Escalabilidad X4Sin redundancia Con redundancia Sin redundanciaSin redundancia Con redundancia Sin redundancia

Escalabilidad vs RedundanciaUpstream

Sin escalar Escalabilidad X2 Escalabilidad X4 Sin escalar Escalabilidad X2 Escalabilidad X4

Con redundancia Con redundancia Sin redundanciaCon redundancia Con redundancia Sin redundancia

Esquema Hub Downstream

Esquema Hub Upstream