Este documento describe diferentes arquitecturas utilizadas en redes de cableado coaxial (CATV). Describe la arquitectura tradicional "tipo árbol y rama" y las modernas arquitecturas híbridas de fibra óptica y cable coaxial (HFC). También cubre conceptos como broadcast, narrowcast, y diferentes métodos para aumentar la capacidad de retorno en sistemas HFC como la dedicación de más fibras, conversión en bloque, multiplexación por longitud de onda y retorno digital.

1. Diferentes Arquitecturas
Utilizadas en Redes de CATV
Ing Juan Ramón García Bish
jrgbish@hotmail.com

2. Arquitectura Tipo Arbol y Rama
(Tree & Branch)
 Es la arquitectura tradicionalmente utilizada en las
redes de CATV desde 1950 hasta 1990
 Consta de dos partes básicas :
- Línea troncal que se va ramificando.
- Línea de distribución que se deriva de la troncal.
 Conexiones a usuarios se toman de la distribución
 Cascada de amplificadores troncales = 30 o 40 amp
 Cascada de distribucion = 1 Bridger + 3 extensores
 Ancho de banda típico 220 MHz hasta 550 MHz.
 Espaciamiento típico 22 a 25 dB.

3. Arquitectura Tipo Arbol y Rama
Esquema Básico

4. Arquitectura Tipo Arbol y Rama
 Calidad de señal muy dependiente de la ubicación
del cliente respecto al headend.
 Fluctuaciones de nivel de señal al final de la linea
por la gran cantidad de dispositivos en cascada.
 Poco confiable, gran cantidad de dispositivos
encadenados genera multiples puntos de falla.
 Inapropiada para servicios bidireccionales :
- Baja capacidad de retorno compartida entre muchos
- Efecto de acumulacion de ingreso interferencias
 Limitacion de ancho de banda

5. Arquitecturas tipo HFC
 HFC = Arquitectura hibrida de fibra optica y
cable coaxil
 Cada variacion de diseño tiene su acronismo
- CAN = Cable Area Network
- FBB = Fiber Backbone
- FTF = Fiber to the
Feeder - FTLA = Fiber
to the Last Active - FTTC
= Fiber to the Curb -
FTTH = Fiber to the Home

6. Arquitecturas Tipo HFC
 Esta arquitectura se basa en una estructura celular
donde enlaces de fibra óptica vinculan pequeñas
celdas (nodos) con la cabecera del sistema.
 Característica de las construcciones desde 1990.
 Tamaño del nodo óptico :
- 1990-1995 => 2000 a 5000 hogares
- 1995-2000 => 1000 a 2000 hogares
- 2000-2005 => 100 a 1000 hogares
 Ancho de Banda :
- 1990-1995 => 550 a 750 MHz
- 1995-2000 => 750 a 860 MHz
- 2000-2005 => 860 a 1000 MHz

7. Cable Area Network - CAN
 Mas que una arquitectura se trata de una herramienta
de actualización del sistema (upgrade).
 Consiste en reemplazar partes de la linea troncal por
enlaces de fibra óptica.
 Permite mejorar la confiabilidad y la calidad de la
señal al reducir cascadas de amplificadores.
 Permite implementar sistemas redundantes si se
utiliza la vieja troncal como reserva.
 Permite utilizar este recurso como alternativa para
ampliar el ancho de banda reemplazando troncales
por equipos de mayor ganancia (superior a 30 dB)

8. Cable Area Network

9. Fiber Backbone
 Si se invierte la posicion de algunos amplificadores
de la vieja troncal se logra optimizar la relación
entre cascada y cantidad de enlaces de fibra.
 Se pierde la redundancia al no poder utilizarse la
vieja troncal como reserva.
 Esta arquitectura se utilizo tanto en actualización
como en nuevas construcciones a fines de los 80s

10. Fiber Backbone

11. Fiber to the Feeder
 Esta arquitectura parte de definir el alcance del
nodo optico en funcion de una cierta cantidad de
casas pasadas o extension geografica.
 La calidad de señal buscada tambien limita la
extension del nodo optico.
 En el tramo coaxil diferenciamos lineas expreso
(express feeder) y lineas de distribucion.
 Es practica comun no intercalar derivadores
domiciliarios (multitaps) sobre las lineas expreso.

12. Fiber to the Feeder

13. Fiber to the Last Active
 Esta arquitectura ubica un nodo óptico con
varias salidas operando en alto nivel para
alimentar una gran cantidad de clientes.
 Nodos pequeños, menos de 100 hogares típico.
 No existen amplificadores en cascada.
 La distribución es totalmente pasiva
PON = Passive Optical network.
 Arquitectura eficiente en areas de densidad
media o alta.

14. Fiber to the Last Active

15. Fiber to the Curb
 El cable de fibra optica llega hasta la puerta de la
casa del suscriptor (curb = cordon de la vereda).
 Esta arquitectura se basa en mini-nodos de bajo
costo con 4 , 8 o 16 salidas.
 Nodos muy pequenos, menos de 20 hogares
 Igual que la arquitectura de fibra hasta el ultimo
activo es totalmente pasiva.
 Arquitectura muy rica en tendido de fibra
 La unica limitacion de ancho de banda esta en el
enlace optico

16. Fiber to the Home
 El cable de fibra optica ingresa a la casa del
cliente
 Se requieren cables de gran cantidad de
fibras opticas.
 Todavia no resulta economicamente viable

17. Consideraciones sobre la
Cantidad de Fibras
 Fiber count = cantidad de fibras opticas que se
asignan a cada nodo.
 Debe definirse si se va a permitir dividir la senal
optica en la calle. Es preferible hacer todo el
manejo de las señales ópticas (division,
conmutacion y combinacion) en el headend.
 Minima cantidad de fibras = 2 por nodo
(1 fibra para directa y 1 fibra para reversa)
 Cantidad de fibras recomendada 8 a 12 por nodo
12 fibras = 4 directa + 4 reversa + 4 reserva

18. Arquitectura HFC
Evolución
 A medida que el tamaño del nodo va disminuyendo
cada vez se requiere que mas fibras ópticas lleguen
hasta la cabecera del sistema.
 En sistemas sin redundancia el numero de fibras en
los cables se ira reduciendo a medida que nos
alejemos de la cabecera (modulo escalonado)
 En sistemas redundantes tendremos un anillo con
cantidad constante de fibras (modulo constante)
 Con nodos pequeños se tiene casi la misma calidad
de señal en cualquier punto del sistema.

19. Arquitectura HFC
Estrellas de Fibra - Módulo Decreciente

20. Arquitectura HFC
Anillos de Fibra – Modulo Constante

21. Arquitectura HFC
Caso Real - Cantidad de Fibras
 Consideremos los siguientes parámetros :
- Ciudad de 1.000.000 hogares (Buenos Aires)
- Nodos de 1000 hogares pasados.
- Prevision de 12 fibras ópticas por nodo.
 Con estas hipótesis resulta :
- Cantidad total de nodos = 1000
- Cantidad total de fibras ópticas llegando
a la cabecera del sistema = 12000

22. Arquitectura HFC - Segmentación
 Para reducir la cantidad de fibras que llegan al
Headend dividimos al sistema en unidades
menores denominadas HUBs .
 Desde el Headend llegamos a los HUBs con
enlaces redundantes de fibra (anillos).
 Desde los hubs llegamos a los nodos con :
- Enlaces redundantes (anillos)
- Enlaces no redundantes (estrella o modulo
decreciente)

23. Arquitecturas HFC modernas
 De acuerdo a las consideraciones anteriores resultan
tres arquitecturas modernas tipo HFC.
 Anillo – Estrella :
Anillo entre HUBs y estrella al nodo.
 Doble Anillo :
Anillo entre HUBs y anillo entre los nodos.
 Anillo – Anillo – Estrella
Introduce el concepto de HUB secundario.
Anillo HUBs primarios y anillo HUBs
secundarios Estrella de Hub secundario al nodo.

24. Arquitectura HFC
Tipo Anillo - Estrella

25. Arquitectura HFC
Tipo Anillo - Anillo

26. Arquitectura HFC
Tipo Anillo – Anillo - Estrella

27. Anillo Óptico Headend – Hub
Dividiendo la señal Óptica en Headend

28. Anillo Óptico Headend – Hub
Dividiendo la señal Óptica en Anillo

29. Broadcast & Narrowcast
 Broadcast = La misma información esta presente
en todos los puntos del sistema.
Estructura típica de transmisión en la
arquitectura tipo “Árbol y Rama” (Tree & Branch)
 Narrowcast = Se transmite información
difernciada según el cliente o la región geografica.
Las diferentes variantes de la arquitectura HFC
permiten segmentar el area de cobertura enviando
información especifica según el nodo, grupo de
nodos o HUB.

30. Servicios Tipo Narrowcast
 Canal de información local o regional.
(Diferenciado por HUB o grupo de HUBs)
 Servicios de Video por Demanda (VOD).
(Diferenciado por nodo o grupo de nodos)
 Servicios de Telefonía y Datos .
(Diferenciado por nodo o grupo de nodos)
 Inserción de publicidad diferenciada por target de
audiencia.(Diferenciado por nodo o grupo de nodos)
 Al direccionar la información solo al usuario que
debe recibirla se logra optimizar el uso del ancho de
banda (permite el reuso de frecuencias)

31. Arquitecturas de Narrowcast
 Narrowcast a nivel RF desde el HUB.
 CWDM (Coarse Wave Division Multiplexing):
1550nm
Broadcast / 1310 Narrowcast
 DWDM (Dense wave Division multiplexing):
1310nm Narrowcast / 1550 Broadcast
 DWDM (Dense Wave Division Multiplexing):
1550nm Narrowcast / 1550 Broadcast

32. Narrowcast a Nivel RF desde el Hub

33. CWDM – Narrowcast en 1310 nm

34. DWDM – Narrowcast en 1550 nm

35. DWDM – Narrowcast en 1550 nm

36. Multiplicación Capacidad Upstream
 Dedicacion de mas fibras al retorno.
 Apilado de frecuencia, conv. en bloque.
(Frequency Stacking , Block
Conversion)
 WDM , CWDM, SWDM, DWDM
(Wave
Division Multiplexing)
 Retorno Digital
 Combinacion de las anteriores

37. Dedicacion de mas Fibras al Retorno
 Es el metodo mas economico si existe suficiente
cantidad de fibras de reserva.
 Permite utilizar transmisores opticos tipo
Fabry-Perrot (FP) o DFB.
 Transmisores FP: economicos pero baja pefomance
(problemas de ruido y de estabilidad termica)
 Metodo caro si hay que instalar nuevo cable de
F.O., sobre todo en zonas urbanas.
 Tipicamente se preveen 4 fibras por nodo para
retorno lo cual permite segmentar el nodo en cuatro
partes.

38. Multiples Fibras de Retorno
por Nodo

39. Conversion en Bloque
 Se efectua una conversion hacia frecuencias mas
altas para multiplexar cuatro retornos dentro de
una banda de 200 MHz de ancho de banda.
 No permite el uso de transmisores opticos tipo FP
pues se requiere una mayor linealidad. Solo se
puede trabajar con transmisores tipo DFB.
 La perfomance del sistema depende de las
caracteristicas de cada conversor en bloque :
- Rango
Dinamico -
Estabilidad en Frecuencia
- Ruido de Fase

40. Conversion en bloque

41. Multiplexación por long de onda
 WDM o CWDM
(coarse wave division multiplexing)
Una longitud de onda cercana a los 1310 nm
y otra a los 1550 nm
 SWDM (sparse wave division multiplexing)
Una long de onda de 1310 nm se combina
con hasta 8 de 1550 nm.
 DWDM (dense wave division multiplexing)
Idem al caso anterior pero llegando hasta 16
longitudes de onda para operación analogica y 32
en el caso digital

42. SWDM – Sparse Wave Division Multip.
 Estabilidad de los laser DFB = 15 nm .
 Longitudes de onda espaciadas = 20 nm .
 Valores nominales de longitud de onda =
1490, 1510, 1530, 1550,
1570, 1590 y 1610 nm.
 Amplio rango de longitudes de onda no permite el
uso de amplificadores ópticos EDFA (Erbium
Doped Fibre Amplifier)
 Adecuado para cubrir links de hasta 13 dB de
presupuesto óptico.

43. DWDM – Dense Wave Division multiplexing
 Usualmente cubre la banda C = 1520 - 1570 nm.
 La ITU (International Telecommunications Union)
ha definido un set de longitudes de onda standard
que se conoce como grilla ITU.
 Espaciamiento grilla ITU = 100 GHz o 0.8 nm.
 Canales ITU comienzan con CH 0 = 1577.86 nm
 Tecnologia actual permite transmision de señales
analogicas con tecnicas DWDM hasta 8 long. de
onda por fibra (16 en condiciones especiales).

44. SWDM – DWDM en el Hub
Hub Activo

45. DWDM en el Hub - Hub Pasivo

46. Retorno Digital
 El sistema mas basico consiste en digitalizar la señal
analogica de 0 a 42 MHz.
 Para un rango dinamico adecuado se requieren
conversores Analogico-Digitales de 10 a 12 bits y
frecuencias de muestreo superiores a 90 MHz.
 En estas condiciones se requiere un link digital de
2.5 Gbps para transmitir dos retornos independientes.
 Permite utilizar transmisores opticos de bajo costo.
 Mayor robustez permite SWDM con links de 23 dB.
 Digital DWDM permite hasta 32 longit. de onda.

47. Retorno Digital

48. Conversion en Bloque + DWDM
 Combina tecnicas de conversion en bloque en el
Nodo con DWDM en el Nodo o Hub.
 Permite implementar estructuras centralizadas sin
incrementar considerablemente la cantidad de fibras
que llegan a la cabecera.
 Multiplexando :
- 4 bloques sobre 8 lambdas = 32 retornos x
fibra - 4 bloques sobre 16 lambdas = 64
retornos x fibra - 8 bloques sobre 16 lambdas =
128 retornos x fibra

49. Conversion en Bloque + DWDM

50. Nodo Escalable
Escalabilidad vs Redundancia
 Nodo escalable admite los siguientes modulos :
- 4 Receptores opticos
- 4 Transmisores opticos
- 2 Fuentes de alimentacion
 Maxima escalabilidad sin redundancia = 4 x 4
Division en 4 downstreams
+ 4 upstreams
 Maxima escalabilidad con redundancia = 2 x 2
Division en 2 downstreams + 2
upstreams

51. Escalabilidad vs Redundancia
Downstream
Escalabilidad X2 Escalabilidad X2 Escalabilidad X4
Sin redundancia Con redundancia Sin redundancia

52. Escalabilidad vs Redundancia
Upstream
Sin escalar Escalabilidad X2 Escalabilidad X4
Con redundancia Con redundancia Sin redundancia

53. Esquema Hub Downstream

54. Esquema Hub Upstream