Tecnología HFC en España

DAVID SÁEZ ESPINOSA, PABLO DE DIOS ARRANZ

Marzo 2008

1. MOTIVACIÓN ORIGINAL Y EVOLUCIÓN2. ESTRUCTURA Y ELEMENTOS DE RED3. ESTÁNDARES4. EVOLUCIÓN Y ESTADO DEL ARTE EN ESPAÑA5. PRESTACIONES6. SERVICIOS OFRECIDOS7. ASPECTOS REGULATIVOS8. CONCLUSIONES

1. MOTIVACIÓN ORIGINAL Y EVOLUCIÓN 1.1. HISTORIA Y EVOLUCIÓN DE HFC

• Las redes híbridas de fibra y coaxial (HFC) tienen su origen en los antiguos sistemas de televisión por cable, también llamados CATV, que aparecieron en 1948 en EE.UU. para dar cobertura a las zonas remotas o montañosas donde la recepción por ondas herzianas se hacía inviable.

• A mediados de los 70, la tecnología de transporte de señal por satélite añadió canales a los disponibles vía la distribución por ondas terrestres.

• Para resolver la limitación del ancho de banda del cable coaxial se introdujo la tecnología óptica, cosa que fue factible en los años 90 cuando se dispuso de dispositivos ópticos con la adecuada linealidad. Este es el origen de las redes HFC.

• A mediados de los 90, se introduce la televisión digital y la interactividad. Los operadores comienzan a ofrecer acceso a Internet.

1.2. HFC EN ESPAÑA

• El 22 de diciembre de 1995 se aprueba la Ley de las Telecomunicaciones por Cable, que permite:

- Un operador de ámbito nacional: Telefónica de España S.A.

- Un operador máximo en cada región.

• En 1996 se adjudica la primera concesión a una operadora regional que será RETECAL S.A.

• A partir de 1998 surgen múltiples operadores, con competencia en cada comunidad autónoma: Able, Canarias Telecom, Euskaltel, Grupo R, Madritel, Menta, Ono, Retecal, Retena, Reterioja, Supercable, Telecable.

2. ESTRUCTURA Y ELEMENTOS DE RED 2.1 CABECERA

• La función de la cabecera es combinar las distintas fuentes de programación, ubicándolas en los canales del espectro del cable, con la modulación de los receptores analógicos convencionales.

• Fuentes de programación para televisión:

- Canales analógicos (FM) recibidos por satélite, mediante parabólicas.

- Emisiones terrestres.

- Programas transportados mediante SDH.

• Obtenidas las señales en banda base, se entregan a moduladores AM-VSB de frecuencia fija, que producen ya los canales de 8Mhz de ancho de banda y sistema PAL que se ubicarán en la banda 50-550Mhz (canales de 6Mhz en NTSC).

Distribución del espectro en las redes HFC (cifras en MHz)

2. ESTRUCTURA Y ELEMENTOS DE RED 2.1 CABECERA

Cabecera con telefonía y canal de retorno

2.2 RED TRONCAL

• Red troncal primaria: está constituida por un anillo geográfico (físico), con arquitectura (lógica) en estrella, formado por 128 fibras ópticas típicamente. Conectan la cabecera con los nodos primarios.

• La configuración en anillo cerrado permite dar redundancia ante cualquier tipo de fallo , hay una segunda ruta de respaldo.

• Esto implica que hay dos transmisores ópticos para cada enlace cabecera-nodo primario, y están activos, con lo que en cada uno de los nodos primarios se escoge la señal de mejor calidad.

• La red troncal secundaria conecta cada nodo primario con varios nodos secundarios (típicamente 6) a través de anillos con arquitectura de estrella. Todo ello forma lóbulos que cubren unos 12000 hogares.

• Desde los nodos secundarios se pasa al tercer nivel troncal, que comprende las fibras que parten de los nodos secundarios y que hacen llegar la señal a los nodos ópticos terminales, donde se realiza la conversión óptico-eléctrica y viceversa.

2.2 RED TRONCAL

2.2 RED TRONCAL

2.3 RED DE DISTRIBUCIÓN

• La red de distribución de coaxial es la encargada de distribuir las señales desde el nodo óptico terminal hasta cada punto de derivación en los edificios a los que da servicio. La distribución se realiza con estructura en árbol, de forma que cada nodo óptico terminal da lugar a 4 ramas de 125 hogares aproximadamente cada una.

• En el nodo óptico terminal se realiza la conversión óptico-eléctrica de las señales transportadas en el sentido descendente. Después pasan a los amplificadores, que proporcionan la señal a cada una de las cuatro ramas de coaxial que parten del nodo óptico terminal.

• Principales componentes en el coaxial:

- Activos: amplificadores de línea.

- Pasivos: Los divisores de potencia o splitters, que derivan ramales coaxiales, y los taps, que derivan la señal hasta las terminaciones donde se conectan las acometidas de usuario

2.4 EQUIPOS DE ABONADO

• set-top box: para decodificar las señales analógicas que no son en abierto, y permitir interactividad (por ej. Pay Per View).

• módems de cable (CM): actúan como gateways, pasando del protocolo Ethernet al protocolo de la red de cable. Junto con el CMTS (Cable Modem Termination System) , en la cabecera, implementan el protocolo físico y de acceso al medio (MAC), para acceder a Internet. Son asimétricos: la recepción de datos se realiza por un canal de entre 6 y 8 MHz del espectro descendente (entre 86 y 860 MHz) con modulación digital 64-QAM (Quadrature Amplitude Modulation). En sentido ascendente, utiliza un canal de 2 Mhz del espectro de retorno (5-55Mhz), con modulación QPSK. Se conectan a la red HFC mediante un conector de cable coaxial de tipo F, y al PC a través de Ethernet 10BaseT o USB.

3. ESTÁNDARES 3.1 DOCSIS

• El DOCSIS (Data Over Cable Interface Specification) es un estándar elaborado por CableLabs, un consorcio de empresas de televisión por cable, que permite la interoperatividad entre las cabeceras de las redes y los cablemódems de diferentes fabricantes.

• - DOCSIS 1.0: Servicio Best Effort de alta velocidad

• - DOCSIS 1.1: Múltiples clases de servicio y QoS para los servicios sensibles al retardo, como telefonía.

• - DOCSIS 3.0 (7 de Agosto de 2006): soporte para Ipv6 y el channel bonding, que permite utilizar varios canales simultáneamente a cada usuario.

El “channel bonding”.

3. ESTÁNDARES 3.1 DOCSIS

Ocupación del espectro.Torre de protocolos.

Versiones DOCSIS.

3.3 EuroDOCSIS• El EuroDOCSIS nació para adaptarse a los estándares europeos de TV: los canales

downstream son de 8 Mhz (PAL) frente a los 6 Mhz de NTSC.

• En España se ha adoptado el EuroDOCSIS, con un canal de retorno (upstream) de 5 a 55 Mhz.

4. EVOLUCIÓN Y ESTADO DEL ARTE EN ESPAÑA

• El antecedente de las redes de cable en España son los vídeos comunitarios, que surgen principalmente en Andalucía y Levante a principios de la década de los ochenta, debido al coste de los reproductores de vídeo de la época.

• El cable que unía inicialmente a varios vecinos de un mismo portal cruzó la calle para conectarse con las viviendas colindantes y, poco a poco, esa red se fue extendiendo.

• A finales de la década se añaden al menú las televisiones privadas y emisiones en lenguas foráneas captadas a través de antenas parabólicas.

• En los 90, existe un grupo de alrededor de 100 operadores que cumplían unos requisitos mínimos en cuanto a calidad de la programación emitida y la situación reglada de sus trabajadores, contaban con más de 80.000 abonados.

• El mercado de los operadores del cable se configuró alrededor de tres plataformas, tras la Ley General de Telecomunicaciones (1998), que liberalizaba el sector:

-Telefónica de Cable S.A.

-Cableuropa S.A. (ONO)

-AOC (Agrupación de Operadores de Cable), que agrupa a 11 grandes operadoras de cable.

4. EVOLUCIÓN Y ESTADO DEL ARTE EN ESPAÑA

• En 2000, Telefónica retira su ambicioso proyecto de cable (medio billón de pesetas de presupuesto) y apostará desde entonces por el ADSL.• El mercado de HFC se ha repartió entre 2 grandes operadores: ONO (que compró Retecal), y Auna (holding de AOC).• En 2003 se superó el medio millón de clientes, pero el ADSL ya superaba el millón.

En el mapa se puede contemplar la división en demarcaciones que marcó la Ley de 1998. Al principio eran un total de 38 demarcaciones, 24 plurimunicipales y 14 unimunicipales, estas últimas coincidentes con las zonas de arraigo del vídeo comunitario. En cada una de ellas se concedió una licencia a un operador por concurso.

4. EVOLUCIÓN Y ESTADO DEL ARTE EN ESPAÑA

• En estos últimos años, se han producido numerosas alianzas y absorciones entre las empresas de cable. Una de las más significativas se produjo en el año 2005 cuando Ono compra Auna Cable.

• Actualmente, ONO se ha hecho con casi toda la red de cable de España aunque Grupo R sigue fuerte en Galicia, Euskaltel en el País Vasco y Telecable en Asturias.

4. EVOLUCIÓN Y ESTADO DEL ARTE EN ESPAÑA• La situación actual de ONO es la siguiente:

• Cumple el estándar DVB-C y DOCSIS 1.1, capacidad (supuestamente) para HDTV

• 45.000 km de fibra a lo largo de toda España.

• Se superó el millón de clientes en fechas recientes.

• Ofrece 6 Mbps gratis (downstream) a los clientes que tienen contratado 4Mbps ante el empuje del ADSL .

• Su objetivo parece ser una evolución hacia DOCSIS 3.0 y FTTH (fiber to the home) + GPON (Gigabit Pasive Optical Network), aunque no se ven inversiones.

Cuadro-resumen de la tecnología FTTH-GPON, evolución de la HFC, a veces pasando por FTTC(fiber to the curb), FTTB(fiber to the building) oFTTP (fiber to the premises), según el grado de cercanía de la fibra óptica al usuario.

4. EVOLUCIÓN Y ESTADO DEL ARTE EN ESPAÑA

• Sorpresa : en Noviembre pasado Telefónica movió ficha (o fibra) e inició un plan piloto de FTTH que ha llevado los 30 megas a más de 10.000 clientes.

• La CMT ha tenido que frenar la intención de Telefónica de aumentarlo a otros 10.000 más en abril, por el impacto en el mercado.

• Algunos titulares recientes que clarifican la situación actual: -“Disminuye el número de conexiones a través de cable módem” , 8 de Octubre 2007,

sacado del Informe de la CMT, que se puede ver en el anexo. -“El ADSL se muere, dejen paso a la fibra óptica”, 27 de enero de 2008,

http://www.elmundo.es/ariadna/2008/460/1201289754.html -“El operador R, el más rentable de España” , 16 Enero 2008

5. PRESTACIONES5.1 EL RUIDO Y LAS INTERFERENCIAS EN EL CANAL DE RETORNO

• Existen dos parámetros que influyen negativamente en las portadoras digitales del canal de retorno entre 5 MHz. y 45 MHz como son el ruido impulsivo y el ingress, causados por las señales de telefonía móvil, las señales de radio, la red eléctrica del usuario, motores eléctricos...

• En el sentido Downstream, la señal que pasa a través de un splitter es atenuada en las salidas de éste, junto con el ruido que lleva la señal, por lo tanto, no cambia la relación señal a ruido.

• En el canal ascendente las señales provenientes de cada usuario junto con el ruido de los elementos por los que van pasando en cada camino (amplificadores, distribuidores, conectores, etc.), se van sumando y acaban convergiendo en un único punto produciendo un efecto chimenea (noise funneling), que aumenta con el número de usuarios (la señal es la misma, el ruido se suma).

• La consecuencia de esto es que las modulaciones no pueden ser tan densas (símbolos más separados) como en sentido descendente (QPSK /16-QAM frente a 64/256-QAM downstream).

5. PRESTACIONES5.1 EL RUIDO Y LAS INTERFERENCIAS EN EL CANAL DE RETORNO

• Soluciones frente al ruido:

• Se analizan periódicamente una serie de parámetros de calidad del canal. Si caen por debajo de un umbral, se conmuta automáticamente a otro canal ,o se cambia a otro esquema de modulación, como CDMA (Code Division Multiple Access) en la que varios usuarios acceden simultáneamente al canal pero cada uno de ellos multiplica su señal por un determinado código ortogonal. Esto permite tasa de errores de 10-9 en 10 Mbps con S/N de 20 dB.

5. PRESTACIONES 5.2 CAPACIDAD NOMINAL Y CAUDAL EFECTIVO

• La capacidad nominal en el canal de retorno es de hasta 5 Mbps en la especificación de DOCSIS 1.0 y hasta 10Mbps en DOCSIS 1.1. Estas tasas varían en función del tipo de modulación (QPSK, 16 QAM etc). En las próximas generaciones el canal de retorno tendrá una capacidad de 30 Mbps. El caudal efectivo está en torno a 2 Mbps. en el canal de retorno.

• La capacidad nominal en el canal descendente es de 40 Mbps, pero el caudal efectivo está en el entorno de los 30 Mbps. Es compatible con el transporte de stream de video MPEG usando modulaciones QAM (64 o 256 QAM).

6. SERVICIOS OFRECIDOS

• 1) Distribución de TV. Es la aplicacación principal, las redes se diseñaron para ello. El ancho de banda disponible permite típicamente 30 canales de TV analógicos o 100 digitales, ya que las modulaciones empleadas permiten múltiples canales digitales por un canal de RF (6 Mhz en EEUU y 8 Mhz en Europa). Permite servicios broadcast y pago por vision (PPV). Hay puntos débiles es en los servicios de vídeo bajo demanda (VoD), donde a cada petición del usuario se ha de enviar un flujo multilexado con otros contenidos (complejo de gestionar en cabecera).

• 2) El servicio de telefonía. Las redes HFC no son las más idóneas para los servicios de voz, que requieren comunicación a tiempo real, baja latencia y ancho de banda constante.

• 3) Servicios de Internet y datos. Se realizan a través los módems de cable, que son la interfaz que posibilita la transmisión y recepción de la información entre usuario y cabecera (CMTS). Los estándares DOCSIS han tenido como objetivo especificar la forma en la que ofrecer servicios de datos basados en protocolos IP sobre redes HFC. Se sigue un esquema de acceso mixto FDM/TDM (downstream) y FDM/TDMA en upstream.

6. SERVICIOS OFRECIDOS

• En cuanto al sentido descendente, el gran ancho de banda que se ofrece al usuario final (aun cuando el ancho de banda disponible por canal sea compartido por los usuarios conectados a ese canal) es proporcionado por las técnicas de modulación M-QAM (con valor de M de hasta256).La codificación se apoya en formato de trama MPEG.

• En sentido ascendente la transmisión se estructura en time-slots. El ancho de banda es mucho menor y la técnica de acceso es TDMA, lo que implica que los usuarios deben entrar en disputa por el recurso cuando quieren transmitir.

Canal ascendente (upstream)

Canal ascendente (downstream)

6. SERVICIOS OFRECIDOS

• Por todo lo anterior, habrá una reducción de la eficiencia en el canal de retorno. Las redes HFC serán adecuadas para los servicios IP sólo cuando el tráfico sea fuertemente asimétrico ( mayor en downstream), pero no es así para aplicaciones como las peer to peer o telefonía y videoconferencia sobre IP, con tráfico más simétrico.

7. ASPECTOS REGULATIVOS

• El marco legal para la prestación de los servicios de telecomunicaciones por cable en España queda determinado por las siguientes leyes y decretos:

-Ley 31/1987, de 18 de diciembre, de Ordenación de las telecomunicaciones. A través de esta ley, se separan los servicios finales de los servicios portadores.

-Ley 42/1995, de 22 de diciembre, de las Telecomunicaciones por cable.

• Regulan, por primera vez, la prestación conjunta de servicios de telecomunicaciones y audiovisuales a través de las nuevas tecnologías del cable.

• Ahora se definen como “ servicios de interés general”, cuando antes eran “servicios esenciales de titularidad estatal reservados al sector público”.

- Ley 12/1997, de 24 de abril, de Liberalización de las Telecomunicaciones.

- La Ley 11/1998, de 24 de abril, General de Telecomunicaciones (LGT),

• Esta última se convirtió en la norma esencial que marcó la liberalización del sector.

• Dividió España en demarcaciones a explotar por las operadoras adjudicatarias.

7. ASPECTOS REGULATIVOS

• Entre 1997 y 1998 se adjudicaron los concursos y las empresas ganadoras fueron: Supercable (Andalucía), Madritel (Madrid), Menta (Cataluña), Retecal (Castilla-León), Telecable (Asturias), Canarias Telecom (Canarias), Grupo Gallego Cable (Galicia), Able (Aragón), Reterioja (La Rioja), Retena (Navarra), Euskatel (País Vasco), Ono (Valencia, Madrid, Cantabria, Murcia, Huelva, Cádiz, Albacete).

• Por otra parte, el concurso quedó desierto en Extremadura, Castilla La Mancha, Menorca, Ibiza-Formentera, Ceuta y Melilla.

8. CONCLUSIONES

Ventajas de la tecnología HFC:• Capacidad de crecimiento y escalabilidad, mediante el desdoblamiento de las redes

de coaxial y fibra óptica.• Son las redes con mayor capacidad de las operativas ahora mismo ( nominal de

hasta 40 Mbps downstream).• Flexibilidad, debido a que las infraestructuras son independientes por operador, y el

ancho de banda es exclusivo para cada uno. Inconvenientes:• La capacidad es compartida por muchos usuarios, y por tanto se puede reducir la

tasa asignada a cada uno.• La capacidad del coaxial se ve afectada por múltiples factores: ingress, funneling, no

linealidades, ecos. Un buen diseño es capital. Además, el canal de retorno o ascendente es especialmente “delicado”, ya que se sitúa en la parte baja del espectro, donde más ruido se concentra. La consecuencia es que la tecnología HFC ha resultado muy poco práctica para aplicaciones simétricas (por ejemplo: videoconferencia, peer to peer, etc) .

• Elevado coste de implantación, por ser necesaria obra civil para el cableado.

8. CONCLUSIONES

• Por todo ello, se está produciendo una evolución hacia FTTH-GPON, debido a la demanda creciente de ancho de banda en ambos sentidos. Se estima que la inversión media necesaria por cliente será de unos 1500 euros en España (5000 si Telefónica fuera la única interesada, pero seguro que esto no va a ser así). A cambio desaparecerá totalmente el coaxial y todos los inconvenientes expuestos, inherentes al mismo.