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CABLE MODEM Profesor : Jorge Carrillo

CABLE MODEM Profesor : Jorge Carrillo. INTRODUCCION A CABLE MODEM. 1.- Historia y evolución de las redes de cable. Las redes CATV tradicionales (coaxiales, 1949-1988) se caracterizaban por lo siguiente :

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  1. CABLE MODEM Profesor : Jorge Carrillo Inacap - Telecomunicaciones

  2. INTRODUCCION A CABLE MODEM 1.- Historia y evolución de las redes de cable Las redes CATV tradicionales (coaxiales, 1949-1988) se caracterizaban por lo siguiente : • Las redes CATV (Community Antenna TeleVision) nacieron para resolver problemas de recepción en zonas de mala cobertura. • La antena (centro emisor) se ubicaba en un sitio elevado con buena recepción. La señal se enviaba a los usuarios hacia abajo (downstream). • Se utilizaba cable coaxial de 75  • Amplificadores cada 0,5-1,0 Km. Hasta 50 en cascada. • Red unidireccional. Señal solo descendente. Amplificadores impedían transmisión ascendente. Inacap - Telecomunicaciones

  3. INTRODUCCION A CABLE MODEM 2.- Arquitectura típica de una red CATV coaxial tradicional Amplificador unidireccional Hasta 50 amplificadores en cascada Empalme CABECERA Moduladores y Conversores Receptores y Decodificadores Contenidos locales Cable Coaxial (75 ) Muchos miles de viviendas Inacap - Telecomunicaciones

  4. INTRODUCCION A CABLE MODEM • Redes clásicas de CATV (Community Antenna TV). Años 50 a 70. • Redes todo coaxial unidireccionales: justificación (interferencias co-canal, bajo nivel de recepción, recepción multipath, etc.). • Incremento gradual del ancho de banda transmitido: Inacap - Telecomunicaciones

  5. INTRODUCCION A CABLE MODEM • Introducción de la fibra óptica para mejorar las redes. Años 80. • Esquema de red mejorada con fibra óptica. • Reducción de las cascadas de amplificadores (reducción de ruido y distorsión) puede aumentar más el ancho de banda. Inacap - Telecomunicaciones

  6. INTRODUCCION A CABLE MODEM • Siguiente paso en la mejora de la red: partición del conjunto en zonas independientes servidas cada una por un nodo óptico. Inacap - Telecomunicaciones

  7. INTRODUCCION A CABLE MODEM 3.- Redes CATV modernas ( HFC, 1988 en adelante ) • Muchos amplificadores en cascada degradan la señal, complican y encarecen 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 se dispone de amplificadores para tráfico ascendente, red bidireccional ( monitoreo, pago por visión, interactividad y datos ) • En la actualidad casi todas las redes CATV son HFC bidireccionales. Inacap - Telecomunicaciones

  8. ESQUEMA ACTUAL DE RED DE CABLE MODEM Inacap - Telecomunicaciones

  9. ESQUEMA ACTUAL DE RED DE CABLE MODEM • Hasta ahora la red CATV era una mera distribución de señales TV. • Surgen 3 tecnologías clave: 1. Fibra óptica. 2. Compresión digital. 3. Bajos costos computación y almacenamiento de datos. • Nuevas topologías: - Estrella-estrella-bus - Anillo-estrella-bus - Anillo-anillo-estrella-bus aumentan la capacidad, la calidad, y la confiabilidad de las redes de cable. Esto, junto con el establecimiento del canal de retorno, permite ofrecer todo tipo de servicios de telecomunicación. Inacap - Telecomunicaciones

  10. ARQUITECTURA DE LA RED HFC Los elementos y estructuras que la componen son : • RED DE TRANSPORTE INTERURBANO Cabecera de los servicios Cabecera óptica • RED TRONCAL PRIMARIA Nodos primarios • RED TRONCAL SECUNDARIA Nodos finales (nodos electro-ópticos) • RED DE DISTRIBUCIÓN DE COAXIAL Amplificadores bidireccionales de RF Punto de Conexión de Red (PCR; taps) • ACOMETIDA Punto de Terminación de Red (PTR) • RED INTERIOR DE CLIENTE Terminales de cliente Inacap - Telecomunicaciones

  11. RED DE TRANSPORTE INTERURBANO • Es una red óptica de alta capacidad que interconecta cabeceras de servicio ubicadas en diferentes comunas o localidades. Proporcionan transporte de video y otros servicios. • Topología: • Punto a punto • Anillo redundante • Mixto • Posibilidad de extracción / inserción ( drop & insert ) • Tecnología de transporte: • Analógica (supertrunks) • Digital: SDH, ATM o propietario • Tecnología óptica: • 2ª / 3ª ventana • Con / sin DWDM Inacap - Telecomunicaciones

  12. CABECERA DE SERVICIOS • Constituye el origen de las señales que se transmiten a través de la red. La cabecera de la red de telecomunicaciones por cable contiene todos aquellos equipos y sistemas que permiten al operador prestar de manera integrada los servicios de televisión, telefonía y datos (cabecera de video, central telefónica, red de datos, servidores de aplicaciones, etc.). Inacap - Telecomunicaciones

  13. RED TRONCAL PRIMARIA • Red óptica que une la Cabecera y los Nodos Primarios en esquemas con redundancia. Inacap - Telecomunicaciones

  14. RED TRONCAL SECUNDARIA • Red óptica que une los Nodos Primarios y los Nodos Finales. Esta red es de transporte y los nodos finales constituyen los equipos de acceso para la conexión de servicios del usuario final. Inacap - Telecomunicaciones

  15. NODO FINAL • Esquema de un nodo final donde se refleja como elemento principal el NEO ( Nodo Electro Optico ) Inacap - Telecomunicaciones

  16. NODO ELECTRO OPTICO ( NEO ) • Elemento de red de cable que separa la red troncal secundaria de la red de distribución y cubre un área de servicio de unos 500 hogares pasados. Contiene el nodo electro-óptico: Inacap - Telecomunicaciones

  17. RED DE DISTRIBUCION DE COAXIAL • Red de cable coaxial que constituye el tramo comprendido entre el Nodo Final y el Punto de Conexión de Red (TAP). Inacap - Telecomunicaciones

  18. ACOMETIDA • Constituye la parte de la red HFC que forma el tramo comprendido entre el PCR (TAP y/o caja terminal de pares) y el PTR en el hogar del cliente u oficina. • El diseño específico de las acometidas depende de la estructura de los edificios, existiendo múltiples alternativas en función de estas características: • PCRs distribuidos en la planta baja • Cajas de TAPs a diferentes alturas • PCRs en las azoteas • Etc. Inacap - Telecomunicaciones

  19. TIPOS DE ACOMETIDA • Diferentes posibilidades dependiendo de las características constructivas de la zona de despliegue Inacap - Telecomunicaciones

  20. RED INTERIOR DEL CLIENTE ( RIC ) Inacap - Telecomunicaciones

  21. Señal modulada de radiofrecuencia Ethernet 10BASE-T Cabecera regional Red CATV HFC Backbone operador Cable módem Computador (o hub) CMTS (Cable Módem Termination System) Router Domicilio del usuario Internet Cabecera local Proveedor de contenidos ELEMENTOS DE UNA RED HFC Inacap - Telecomunicaciones

  22. DESCRIPCION DEL CABLE MODEM • Es un dispositivo que permite la conexión del usuario a la red de cable permitiendo la transmisión de datos y la conexión a Internet a grandes velocidades. Los cablemodem se conectan a la red HFC (PTR) mediante un conector de cable coaxial de tipo F, y al PC a través de una interfaz Ethernet 10BaseT. El PC debe disponer, por tanto, de una tarjeta de red. Puede actuar como puente transparente ( bridge ) o como router IP. • Se pueden conectar varios PCs a través de un mismo CM (algunos CM llevan hub incorporado). • Hay algunos modems internos (bus PCI) y conectables a USB. Inacap - Telecomunicaciones

  23. TIPOS DE CABLE MODEM Inacap - Telecomunicaciones

  24. ESTRUCTURA DEL CABLE MODEM Inacap - Telecomunicaciones

  25. ESTRUCTURA DEL CABLE MODEM • Interfaz de RF Contiene el sintonizador y un filtro diplexor que permite al sintonizador usar un conjunto de frecuencias ( generalmente entre 88 y 860 Mhz para el tráfico downstream ) y otro conjunto ( entre 5 y 42 Mhz para upstream ). • Modulador QPSK Es utilizado para el tráfico de upstream y convierte la data digital proveniente del PC del usuario en señales de RF para transmisión. Este modulador también se conoce como Modulador Burst, debido a su naturaleza irregular en forma de ráfaga. Se compone de tres partes : Una sección para insertar información usada para la corrección de errores en el extremo receptor, un modulador QAM y un conversor Digital a Análogo. Inacap - Telecomunicaciones

  26. ESTRUCTURA DEL CABLE MODEM • Demodulador 64QAM La mayoría de los demoduladores cumplen 4 funciones : - Poseen un demodulador QAM propiamente tal, que recibe la señal de RF y extrae la información para enviarla a un conversor Análogo a Digital. - El conversor A/D toma la señal que varía en tensión y la convierte en 0’s y 1’s. - Un módulo corrector de errores verifica la información recibida con referencia a un estándar conocido de tal manera que cualquier error pueda ser detectado y corregido. - Un sincronizador de frame o trama, generalmente en formato MPEG, asegura que los datos encapsulados permanezcan en línea y en orden. Inacap - Telecomunicaciones

  27. ESTRUCTURA DEL CABLE MODEM • Protocolo MAC Proporciona la interfaz de nivel de capa 2 o enlace de datos, tanto para upstream o downstream y tiene varias funciones como por ejemplo compartir el medio en forma razonable, asignar la frecuencia a los cable modem, recibir a través de un medio broadcast todo el tráfico descendente, vaya o no dirigido a él. • Encriptado/Desencriptado de datos Por seguridad el tráfico viaja encriptado (DES 56 bits), sólo el destinatario lo puede descifrar. • Controlador Ethernet Es la interfaz entre el modem y la LAN o PC. • Procesador Este ítem agrupa a la CPU que puede realizar trabajos relacionados con la MAC, memoria flash y RAM. Inacap - Telecomunicaciones

  28. ESQUEMA DE SISTEMA CABLE MODEM Inacap - Telecomunicaciones

  29. ORGANIZACIÓN DE FRECUENCIAS EN HFC • Sentido descendente (downstream): datos modulados en portadora analógica de un canal de televisión de 6 MHz (NTSC) u 8 MHz (PAL) • Para el retorno: - Redes HFC (bidireccionales): zona de bajas frecuencias (no usada normalmente en CATV). Canales de diversos anchos de banda, de 0,2 a 3,2 MHz - Redes coaxiales (unidireccionales) línea telefónica (analógica o RDSI). • Descendente: 96-864 MHz (Europa), 88-860 MHz (América). S/R > 34 dB (normal 46 dB) • Ascendente: 5-65 MHz (Europa), 5-42 MHz (América). S/R > 25 dB • Sentido ascendente más problemático: - Banda de RF más ‘sucia’ (interferencias, emisiones de onda corta, radioaficionados, etc.) - Amplificación del ruido e interferencia introducido por todos los usuarios de la zona(efecto ‘embudo’). Esto impide utilizar el sentido ascendente en redes con muchos amplificadores. Inacap - Telecomunicaciones

  30. ESPECTRO DE FRECUENCIAS Inacap - Telecomunicaciones

  31. FAMILIA DE MODULACIONES DIGITALES Modulación por corrimiento de fase (PSK) • La onda modulada en fase puede ser obtenida cambiando la fase de la portadora en proporción a la señal de banda base y se puede representar por : P(t) = cos ( wc*t + q + S(t)* Df/2 ) Donde : Df= 2p/n es la diferencia de fase entre señales adyacentes S(t) es la señal banda base multinivel que toma los valores o niveles de +/-1, +/-3, etc. n es el número de niveles Inacap - Telecomunicaciones

  32. MODULACION POR CORRIMIENTO DE FASE 2PSK • En este caso n = 2 y P(t) = cos ( wc*t + q + S(t)* p/2 ) • Como la señal de banda base S(t) es una señal bipolar NRZ, que toma dos valores, la señal P(t) tendrá sólo 2 fases : +p/2 y -p/2 ya que S(t) varía entre +1 y –1 respectivamente. Por lo tanto las 2 fases están distanciadas en 180º. • 2 PSK se conoce también como PSK binario ó BPSK Inacap - Telecomunicaciones

  33. MODULACION POR CORRIMIENTO DE FASE 2PSK S(t) +1 -1 P(t) +1 -1 Inacap - Telecomunicaciones

  34. MODULACION POR CORRIMIENTO DE FASE 4PSK S(t) +3 +1 -1 -3 P(t) Inacap - Telecomunicaciones

  35. MODULACION POR CORRIMIENTO DE FASE 4PSK ó QPSK • En este caso n = 4 y P(t) = cos ( wc*t + q + S(t)* p/4 ) • Como la señal de banda base S(t) es una señal bipolar NRZ, que toma cuatro valores, la señal P(t) tendrá 4 fases distanciadas en 90º. • 4 PSK se conoce también como QPSK (01) (00) +3 +1 -3 -1 (10) (11) Inacap - Telecomunicaciones

  36. MODULACION DE AMPLITUD EN CUADRATURA (QAM) • La onda modulada en amplitud de cuadratura se puede obtener mediante el cambio simultáneo de 2 parámetros de la onda portadora : la amplitud y la fase. • La señal de información es una señal multinivel y cada nivel representa más de 1 bit ( 2,4, etc..) • Se usan dos señales sinusoidales que tienen una diferencia de fase de 90º ó en cuadratura, como por ejemplo sen wct y cos wct . • La onda modulada en 4QAM por ejemplo se representa como : E(t) = S1(t)* cos wct + S2(t)* sen wct Donde S1(t) y S2(t) son las señales banda base que contienen la información con la que se modula la portadora. Inacap - Telecomunicaciones

  37. MODULACION DE AMPLITUD EN CUADRATURA (QAM) (-1,1) (1,1) (1,-1) (-1,-1) • En este caso 4QAM es igual que QPSK, pero solamente coinciden Inacap - Telecomunicaciones

  38. ESPECIFICACIONES DE CAPA FISICA Recomendaciones ITU-T J.83 anexo B • Este anexo B de la recomendación ITU-T J.83 describe : -la estructura de trama - la codificación de canal - la modulación de canal para un sistema de distribución digital multiservicio que es específico para un canal de cable, es decir válido solamente en el formato DOWNSTREAM. • El diseño de la modulación, intercalación y codificación se basa en la prueba y caracterización de los sistemas de cable de América del Norte. • Se supone que la entrada de formato de datos a la modulación y codificación es el transporte MPEG-2. Inacap - Telecomunicaciones

  39. ESPECIFICACIONES DE CAPA FISICA Recomendaciones ITU-T J.83 anexo B Diagrama de bloques estratificado básico del procesamiento de transmisión por cable : Inacap - Telecomunicaciones

  40. TRAMA MPEG • La capa de transporte para datos MPEG-2 está compuesta por paquetes de 188 bytes : - 1 byte para el sincronismo - 3 bytes de encabezamiento o header que contienen información de identificación del servicio, aleatorización y control. - 184 bytes de datos MPEG-2 o auxiliares. • Esta capa de tratamiento de trama MPEG se utiliza exclusivamente cuando el transporte de tramas es vía MPEG-2 y en el caso de un transporte ATM, se prescinde de esta capa exterior. • La capa de transporte MPEG es la capa mas externa del procesamiento y su función es : - generar un mecanismo de paridad y de comprobación en el extremo receptor para proporcionar una funcionalidad mejorada de delimitación de paquetes y una capacidad de detección de errores independiente de la próxima capa FEC. Inacap - Telecomunicaciones

  41. CORRECCION DE ERRORES • La corrección de errores en recepción (FEC) está compuesta de 4 capas de procesamiento : Inacap - Telecomunicaciones

  42. CORRECCION DE ERRORES La sección FEC utiliza diversos tipos de algoritmos de corrección de errores y técnicas de intercalación para transportar datos en forma confiable a través del canal de cable. Las funciones de la sección FEC son las siguientes: • Codificación Reed-Solomon (RS) que proporciona codificación y decodificación de bloques para corregir hasta tres errores de símbolo dentro de un bloque Reed-Solomon. El formato del código es : RS(n,k) = RS(128,122) y t=3 errores de símbolo por bloque RS y s =7-bit símbolos. Bytes de paridad = 2*t = 6 Bytes de data = k = 122 Bytes de palabra codificada = n = 128 Inacap - Telecomunicaciones

  43. CORRECCION DE ERRORES • Intercalación. Dispersa en forma uniforme los símbolos, de tal manera de corregir los errores inducidos por ruido en ráfagas. • Aleatorización. Hace posible una distribución uniforme de los símbolos en la constelación, lo que permite al demodulador mantener un bloque adecuado. • Codificación reticular. Permite la introducción de redundancia para mejorar la relación S/N, incrementando la constelación de símbolos sin aumentar la velocidad de símbolos. Inacap - Telecomunicaciones

  44. FORMATOS QAM UTILIZADOS Inacap - Telecomunicaciones

  45. CONSTELACION 64QAM Inacap - Telecomunicaciones

  46. CONSTELACION 256QAM Inacap - Telecomunicaciones

  47. SALIDA RF MODULADOR QAM Inacap - Telecomunicaciones

  48. ESTÁNDARES EN REDES CATV Existen 3 grandes estándares en redes CATV que se han desarrollado a través del tiempo : • DVB/DAVIC (Digital Video Broadcasting Project/Digital Audio Visual Council) • MCNS/DOCSIS (Multimedia Cable Network System/Data Over Cable Service Interface Specification) • IEEE 802.14 Inacap - Telecomunicaciones

  49. CRONOLOGÍA ESTÁNDARES CATV Inacap - Telecomunicaciones

  50. ESTÁNDARES CATV • DOCSIS: es el estándar más extendido. • Productos DAVIC 1.2 aproximadamente un año por detrás de DOCSIS. • DOCSIS: Es desarrollado en USA. El caso europeo (Euro-DOCSIS) contemplado posteriormente (solo cambia nivel físico). • DAVIC: Es un desarrollo europeo. • CMs actuales: DOCSIS 1.0 (mas extendido), también DVB 1.2 y propietarios. • ITU-T ha adoptado tanto DOCSIS 1.0 como DAVIC 1.2. Inacap - Telecomunicaciones

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