Introducción Redes HFC, CMTS y DOCSIS

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Introducción

Las redes HFC (Híbrido de Fibra-Coaxial) es un término que define una red que incorpora tanto fibra óptica como cable coaxial para brindar servicio de banda ancha. Esta tecnología nace para mejorar los antiguos sistemas CATV de cable coaxial y optimizar las redes existentes para este servicio.

Estas funcionan en base a un estándar internacional y no comercial llamado DOCSIS (Data Over Cable Service Interface Specification o Especificación de Interfaz de Servicios de Datos Por Cable) que regula todo los patrones de la red, desde los cable modem de los usuarios hasta las centrales de monitoreo o CMTS.

El presente documento posee como objetivo el introducir los conceptos más importantes de una red HFC con servicios de datos a través de Cablemodems y servicios relacionados.

Redes HFC

En este capítulo se detalla lo estudiado acerca de las redes HFC, su definición, esquema típicocon sus respectivas divisiones y los dispositivos que la componen, haciendo una descripciónmás detallada del funcionamiento de CMTS.

Definición

Como se mencionó anteriormente HFC en telecomunicaciones es un término que define una red que incorpora tanto fibra óptica como cable coaxial, estas nacen para mejorar los antiguos sistemas CATV y optimizar las redes existentes para este servicio. Los nodos zonales se conectan mediante fibra óptica, mientras que la conexión hasta los abonados se hace con cable coaxial.

Una característica interesante de este tipo de redes es que generalmente no se necesario la utilización de amplificadores en el la red de distribución (red coaxil) por lo que no se agrega ruido por presencia de estos dispositivos en la red. Así mismo la red óptica tampoco cuenta con dispositivos amplificadores.

A través del uso de cada una de estas tecnologías (Óptica y Coaxil), la red es capaz de aprovecharse de los beneficios y minimizar el impacto de las limitaciones inherentes a cada una. Esta combinación dada en las redes HFC nos permite sacar el máximo provecho de la red para la transmisión de datos y lograr conexiones de alta velocidad.

Para incorporar el servicio de datos sobre una red HFC se utiliza un estándar llamado DOCSIS que regula todo los patrones de las red, desde los cable modem de los usuarios hasta las centrales de monitoreo o CMTS, el funcionamiento de esta norma se detalla en capítulo 4 de este informe.

 

Esquema típico

Una red HFC se divide en cuatro partes que la componen:

• Cabecera,
• Red troncal
• Red de distribución
• Red de dispersión o de abonado

 

Cabecera

En la cabecera se centraliza la recepción, generación, y combinación de las señales de los distintos servicios que serán distribuidos en la red HFC. Es el lugar físico en el cual confluyen todas las señales, cuenta con la infraestructura necesaria para las distintas prestaciones en la red, su complejidad dependerá de la diversidad de los servicios que se brinden.

La cabecera también se encarga del monitorear la red, supervisar el funcionamiento y de las tareas relacionadas con la tarifación y control de los servicios prestados a los abonados.

En una red HFC la cabecera cuenta con transmisores ópticos que son los que alimentan a la red troncal. Además si se presta el servicio de datos sobre la red, la cabecera tendrá un CMTS y tendrá receptores ópticos para la información que le llegue desde los abonados.

 

Red troncal

La red troncal es la encargada de repartir la señal compuesta, generada por la cabecera a todas las zonas de distribución que abarca la red HFC. El primer paso en la evolución de las redes clásicas de CATV hacia las redes de telecomunicaciones por cable HFC consistió en sustituir las largas cascadas de amplificadores y el cable coaxial de la red troncal por enlaces punto a punto de fibra óptica por lo que no se agrega ruido por presencia de estos dispositivos en la red. Así la antigua red troncal se transformó en una estructura con anillos redundantes que unen nodos ópticos entre sí.

La red troncal está conformada por sistemas de transmisores ópticos para enviar hacia la cabecera el contenido las señales eléctricas generadas por los usuaritos (sentido ascendente). También cuenta con receptores ópticos para transformar las señales ópticas en eléctricas para la red de distribución en sentido descendente. Además puede usar dispositivos Splitter (divisores) para alimentar los distintos nodos zonales ópticos

 

Red de Distribución

La red de distribución es la encargada de suministrar las señales desde la red troncal hasta la red del abonado. La línea de distribución está conformada por cable coaxil, por elementos activos como amplificadores y los correspondientes elementos pasivos como divisores, acopladores direccionales, atenuadores y taps.

Red de dispersión o de abonado

La red de dispersión conecta la red de distribución de coaxial con los usuarios, abarca desde el tap (donde termina la red de distribución) y llegando hasta el domicilio del abonado. Cuenta los cables necesarios y con los distintos dispositivos que hacen posible el uso de los servicios ofrecidos al abonado, tales como cable-modem, decodificadores de señales HD o contenido exclusivo, MTA (adaptador terminal multimedia),etc.

Los servicios soportados por este tipo de redes son:

• Distribución analógica de TV y digital
• Servicios de pago por visión (PPV) y vídeo bajo demanda ( video on demand, VoD)
• Acceso a Internet Servicios y videojuegos interactivos
• Acceso a bases de datos
• VoIP o Videoconferencias
• Comercio electrónico, tele-administración, telemedicina, etc.
• Acceso a Internet a través del TV, portales TV, anuncios interactivos, etc.

 

CMTS

Como se mencionó anteriormente el CMTS (Cable Modem Termination System) es el dispositivo que se utiliza para proporcionar servicios de datos como Internet o VoIP a los abonados, se encarga de enviar los datos en sentido descendente modulados por los canales de televisión seleccionados previamente y también recogen de los cable módems de los usuarios los datos que éstos envían a través del canal ascendente de retornos ubicados por debajo del espectro de los canales utilizados en el servicio de televisión. Generalmente este equipo se encuentra en la cabecera.

Como se ve en la figura anterior el CMTS cuenta con tres tipos puertos principales:

• WAN: este es un puerto ethernet que provee conectividad con la nube (internet) 8
• DS (Downstream): Este puerto con conector tipo Fh (conector típico coaxial hembra) es por el cual se envía tráfico (páginas web, archivos, vídeos, etc.) hacia los usuarios (sentido descendente). Como se dijo anteriormente CMTS envía por el puerto DS información modulada en canales de televisión que generalmente en el rango de frecuencias de 54 a 800 MHz, cuentan con las mismas características que los canales de tv convencionales (ancho de banda, frecuencia central, etc.). Estos son añadidos con grilla de canales de televisión mediante un sumador de señales RF típico utilizado en las redes de CATV que alimenta directamente al transmisor óptico de la cabecera.
• UP (Upstream): Este puerto con conector tipo Fh es por el cual se recibe tráfico (peticiones de páginas, email, archivos, etc.) desde los usuarios (sentido ascendente). Los canales utilizados para UP son canales que tienen frecuencias inferiores a la de los canales que se transmiten para los usuarios, y generalmente sus frecuencias van  desde los 5 a 42 MHz, tienen un ancho de banda de 3.2 MHz y pueden llegar hasta 6,4 MHz . Estos canales de retorno llegan directamente del receptor óptico ubicado en la cabecera.

 

DOCSIS

"Data Over Cable Service Interface Specifications", se trata de un estándar no comercial que define los requisitos de las interfaces de comunicación y las operaciones necesarias en la red para transmitir datos sobre sistemas de cable, en nuestro caso en una red HFC, lo que permite añadir transferencias de datos de alta velocidad a un sistema CATV. DOCSIS fue desarrollado por una empresa sin fines de lucro llamada CableLabs fundada 1988, esta fue creada por un consorcio de compañías de cable que invirtieron en el desarrollo e investigación del estándar.

Reseña histórica de versiones

DOCSIS 1.0 - released in March 1997
-US channel width: between 200 kHz and 3.2 MHz
-US modulations: QPSK and 16-QAM support.
-US modulation type: TDMA

DOCSIS 1.1 - released in April 1999
-add QOS y dynamic services (for PacketCable|VoIP)
-US channel width,modulation and modulation type: same like 1.0
-add pre-equalization, concatenation and fragmentation

DOCSIS 2.0 (Servicios simétricos) - released in December 2001
-US channel width: up to 6.4MHz
-US modulations: adds 32-QAM, 64-QAM and 128-QAM support.
-US: Mod.Type: S-CDMA y A-TDMA
-pre-equalization improved
-'DOCSIS 2.0 + IPv6' standard also supports IPv6, which may on the cable modem side only require a firmware upgrade

DOCSIS 3.0 - released in August 2006
-IPV6 Support
-Channel bonding
-Minimum number of channels that hardware must be able to support: 4

DOCSIS 3.1 - released in October 2013
-OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
-LDPC (Low Density Parity Check)