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Sistemas de Acceso Optico: Redes-HFC

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2_ REDES-HFC (HYBRID FIBER COAXIAL)Como ya se ha comentado en captulos precedentes, si bien la gnesis de la Redes-HFC (Hybrid Fiber Coaxial) no obedece a la introduccin del bucle ptico, sino a la modernizacin de las antiguas Redes-CATV (de televisin, TV, sobre cable, CA), lo cierto es que, actualmente, y merced a la extensin de los servicios por ellas soportados, constituyen el desarrollo comercial ms relevante en lo que a introduccin de la fibra ptica en el bucle se refiere. Por ello, en el presente captulo se repasa, sucintamente, el diseo tcnico de tales Redes.

2_1_ ARQUITECTURA DE REFERENCIAEn la Figura adjunta se refleja la arquitectura de referencia de una Red-HFC (Hybrid Fiber Coaxial), que comienza por la Cabecera de Red donde, en ltima instancia, se recogen, comprimen, multiplexan,... las distintas seales ofrecidas por el operador de cable. Una Cabecera de Red puede atender millones de hogares (pasados).

TRO

NRC A BEC ERA RED

NL

TRO

NR

NL

TRO

NL

RED T RO NC A L

R E D D E D IS T R IB U C IO N

R E D D E D IS P E R S IO N

R E D O P T IC A

R E D C O A X IA L

Figura 2.1. Red-HFC: Arquitectura de Referencia

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La Cabecera de Red alimenta a varios Nodos de Red (NRs), enlazados con ella, tpicamente y por razones de seguridad, va anillos sncronos autorestaurables. Los Nodos de Red incluyen normalmente amplificadores y divisores pticos. Un Nodo de Red puede atender hasta unos 800.000 hogares (pasados). A su vez, cada Nodo de Red alimenta a varios Nodos Locales (NLs), elementos intermedios de red que, bsicamente, amplifican y distribuyen la seal. Un Nodo Local puede atender alrededor de 40.000 hogares (pasados). Como se aprecia en la Figura 2.1, el Terminal de Red Optica (TRO) realiza la conversin electro-ptica, amn de procesar la seal ascendente para su transmisin al Nodo Local. Los usuarios (hogares conectados) se enlazan al Terminal de Red Optica a travs de una red, de tipo coaxial, con topologa rbol-rama (red de Dispersin). Esta red incluye un cable coaxial principal con mltiples ramificaciones, cada una de las cuales da servicio a los usuarios a travs de nuevas ramificaciones. Un Terminal de Red Optica puede atender a unos 400 usuarios (hogares conectados), aunque normalmente se establece un nmero inferior (unos 250, por ejemplo) con objeto de facilitar la implementacin del canal ascendente. Los usuarios se conectan a la Red-HFC en el Punto de Terminacin de Red (PTR), instalado en su domicilio, que constituye la frontera entre la infraestructura del operador de red y la red interior del usuario.

2_2_ ESPECTRO Y CANALIZACIONEl espectro de las redes de cable est evolucionando desde los 300/400/450 MHz de las antiguas redes (de tipo coaxial, y dedicadas, exclusivamente, a la difusin de televisin) hasta los 860 MHz (1) de las modernas redes-HFC. Dicho espectro se divide, de forma asimtrica, en dos canales: el Descendente (que transporta las seales generadas en la Red, tpicamente en la Cabecera, y dirigidas a los usuarios) y el Ascendente (que soporta las seales generadas por los usuarios: telefona, datos, solicitudes de v deo on demand, VoD, pay per view, PpV,...).

(1)

En Estados Unidos este valor es de 750 MHz.

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Segn el Reglamento Tcnico para la prestacin del Servicio de Telecomunicaciones por Cable (Real Decreto 2066/1996), la canalizacin del anterior espectro debe ser de 5-55 MHz para el canal ascendente y de 86-862 MHz para el canal descendente. A su vez, en el citado Reglamento Tcnico tambin se establece cierta canalizacin para el canal descendente: .- de 87.5 a 108 MHz para radiodifusin-FM sonora. .- de 118 a 174 MHz y de 230 a 470 MHz para difusin de televisin en formato analgico (tipo PAL). .- de 606 a 862 MHz para televisin digital.

(* )

5

55

86 1 1 8 FM T V -PA L y O tros

606 T V digital

862

C A NA L A SC ENDENT E

C A NA L DESC ENDENT E (* ) 7.5 dB (para 64-Q A M ) y -1 .5 dB (para 256-Q A M )

Figura 2.2. Red-HFC: Espectro y Canalizacin Como se observa en la Figura 2.2, el canal ascendente es un recurso muy limitado (en comparacin con el descendente) que debe ser compartido por todos los usuarios haciendo uso de tcnicas de acceso al medio. Al efecto, este canal (5-55 MHz) suele dividirse en varios canales-RF ascendentes, de 1 a 6 MHz cada uno, con capacidad entre 1.6 y 10 Mbps por canal, merced al uso de tcnicas de modulacin digital (QPSK, por ejemplo).

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2_3_ REDES EN TERCERA VENTANAEn la Figura siguiente (la 2.3.), y en consonancia con el modelo de referencia antes descrito (epgrafe 2_1_), se representa la arquitectura bsica de las nuevas Redes-HFC en tercera ventana (alrededor de 1.500 nanometros). La principal diferencia entre las de segunda y tercera ventana es la razn de divisin (mayor en las de tercera ventana, que pueden utilizar amplificadores pticos, pudiendo alcanzar razones de divisin de hasta 1:16), y la implementacin del canal ascendente (que suele ser punto a punto en las de segunda ventana, y multipunto a punto en las de tercera).

NODO DE RED (NR)

NODO LOCAL (NL) 1:N 1:P O O E

A/DE CABECERA DE RED

1:M E O

DEMODULADOR

E O E O E O O E

1:S

1:R E O O E

TERMINAL RED OPTICA (TRO)

Figura 2.3. Red-HFC en Tercera Ventana No obstante, y debido a la fuerte componente de ruido que afecta al canal ascendente (segn se refleja a continuacin), es recomendable utilizar en l razones de divisin relativamente bajas (por ejemplo, de 1:4).

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Efectivamente, en el canal ascendente se combinan dos efectos especficos (el efecto embudo, noise funneling, y el ruido introducido por los equipos de los usuarios, ingress noise), que aconsejan reducir (por debajo de 300) el nmero de usuarios atendidos por cada Terminal de Red Optica (TRO) (2)

2_3_1_ Parmetros de Calidad en el Punto de Terminacin de Red (PTR) De acuerdo con el Reglamento Tcnico del servicio de Telecomunicaciones por Cable (Real Decreto 2066/1996), en el Punto de Terminacin de Red (PTR), donde termina la red del operador y comienza la red interior del usuario, deben garantizarse, entre otros, los siguientes valores: .- Nivel de seal de Video entre 62 y 82 dBV, con relacin portadora/ruido, (C/N)PTR, para seal PAL (AMBLV) igual o superior a 44 dB La relacin portadora/ruido se define, para cada canal, como el cociente entre el nivel de la portadora de luminancia y el ruido del canal de televisin, expresado en dB. En cada punto de la Red, el valor de la relacin portadora/ruido ser el correspondiente al canal ms desfavorable. .- Nivel de la seal de Radiodifusin-FM estereofnica entre 50 y 70 dBV/75, con relacin portadora/ruido igual o superior a 48 dB .- Distorsin (intermodulacin) de Segundo Orden, DSOPTR , para la seal de vdeo, igual o superior a 54 dB La distorsin de segundo orden se define como la relacin entre el nivel de la portadora de luminancia y la potencia de los productos de intermodulacin de segundo orden, expresada en dB y tomada para el canal ms desfavorable. .- Distorsin (intermodulacin) de Tercer Orden, DTOPTR , para la seal de vdeo, igual o superior a 52 dB La definicin del DTO es similar a la del DSO.

(2)

Mientras en el canal descendente el ruido es proporcional al logaritmo del nmero de amplificadores en cascada, en el canal ascendente, y debido al efecto embudo (noise funneling), el ruido es proporcional al nmero total de amplificadores de la red. Ello se traduca, en las antiguas redes coaxiales de CATV, en diferencias superiores a 10 dB en la relacin portadora/ruido (C/N)

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Consecuentemente, habr que realizar un diseo tal que en el Punto de Terminacin de Red (PTR) se garanticen los anteriores valores. A tal fin, conviene analizar separadamente el diseo de cada una de las partes de la red (tramo ptico y tramo coaxial) para, posteriormente y merced a la pertinente combinacin de resultados, alcanzar los valores arriba sealados. En dicha lnea, caracterizando por los subndices OPT y COX los parmetros correspondientes a la Red Optica y la Red Coaxial, y considerando el grado de coherencia de las perturbaciones (ruidos e intermodulaciones) involucradas, cabe sealar las siguientes expresiones:en unidades naturales

[(C/N)PTR]-1 = [(C/N)OPT]-1 + [(C/N)COX]-1

(1)

por lo que, consecuentemente:

[(C/N)PTR]dB = 10 log {[(C/N)OPT]-1 + [(C/N)COX]-1}-1 44 dB

(2)

Asmismo, y obviando el fenmeno de la cross-modulation (atenuacin o amplificacin de la propia seal, debido a la intermodulacin), las distorsiones de segundo y tercer orden, supuesto expresadas en dB, se componen de la siguiente forma: DSOPTR = 10 log [antlog (DSOOPT/10) + antlog (DSOCOX/10)] 54 dB (3) DTOPTR = 20 log [antlog (DTOOPT/20) + antlog (DTOCOX/20)] 52 dB (4) En base a cuanto antecede, y a ttulo orientativo, en la Figura 2.4. se ilustra un posible plan de objetivos de calidad para los parmetros ms significativos. Existen otros parmetros de calidad, en principio de menor importancia, tales como la Modulacin Cruzada, el Retardo de Crominancia, la Modulacin por Zumbido, la Ganancia y Fa