SERVICIO DE INTERNET A TRAVES DE UNA RED DE TELEVISION POR CABLE

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INSTITUTO POLITÉCNICO

NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA

MECÁNICA Y ELÉCTRICA

SERVICIO DE INTERNET A TRAVÉS

DE UNA RED DE TELEVISIÓN POR CABLE

TESIS

QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE

INGENIERO EN COMUNICACIONES Y

ELECTRÓNICA

PRESENTA

RAFAEL ZEMPOALTECATL PIEDRAS

ASESOR: M. EN C. ALEJANDRO VIVAS

HERNÁNDEZ

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(3)

ÍNDICE

Objetivo General i

Objetivos Particulares ii

Glosario Técnico iii

INTRODUCCIÓN

Antecedentes vii

Problema vii

Análisis y Alcance vii

Justificación viii

CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS TEÓRICOS

1.1 Antecedente Histórico de la Televisión en México 1 1.2 La Televisión por Cable 1

1.3 Internet 3

1.4 El Modelo OSI 6

1.5 Protocolos TCP/IP 7 1.6 Conexión a Internet 12

CAPÍTULO 2. EL SISTEMA DE TELEVISIÓN POR CABLE E INTERNET

2.1 Señal de Televisión NTSC 14 2.2 Televisión Digital 16

2.3 Redes Híbridas 18

2.4 Emisión Tipo Radiodifusión 21 2.5 Especificaciones para Datos 24

CAPÍTULO 3. ADECUACIONES PARA EL SERVICIO DE INTERNET

3.1 Nodos Ópticos Bidireccionales 28 3.2 Topología de Fibra Profunda 29 3.3 Canales de Internet 31 3.4 Emisión de Difusión Estrecha 32

3.5 Cable Módem 33

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CAPÍTULO 4. INICIO Y OPERACIÓN DEL SERVICIO DE INTERNET

4.1 Plan de Canales 42

4.2 Ruta de Retorno en el Headend 43 4.3 Políticas de Navegación 44 4.4 Manejo de Subredes 45 4.5 Administración de Direcciones IP Públicas 47 4.6 Aprovisionamiento 48 4.7 Supervisión mediante el Protocolo SNMP 50 4.8 Mediciones sobre el Servicio 51

4.9 Esquema Final 54

CAPÍTULO 5. INVERSIÓN

5.1 CAPEX 58

5.2 OPEX 60

CONCLUSIONES 61

APÉNDICE A 62

APÉNDICE B 66

APÉNDICE C 68

APÉNDICE D 69

APÉNDICE E 71

GLOSARIO 72

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OBJETIVO GENERAL

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OBJETIVOS PARTICULARES

Exponer los elementos y técnicas requeridas en el manejo de datos para la implementación del servicio de Internet sobre una red de Televisión por cable.

Exhibir la topología mas adecuada empleada en el servicio de Internet sobre una red de televisión por cable

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Glosario Técnico

GLOSARIO TÉCNICO

ATSC. Advanced Television Systems Committee. Comisión de Sistemas Avanzados de Televisión en los EE.UU.

Banda Ancha. Capacidad de transmisión simultánea de 2 ó más señales en un mismo canal de comunicación.

BER. Bit Error Rate. Tasa de Error Binario que indica el número de bits erróneos recibidos respecto al total de bits enviados.

Broadcast. Emisión tipo radiodifusión de una señal que comprende el mismo contenido transmitido hacia todos los equipos receptores.

CATV. Cable Television. Servicio de televisión por cable que implica una acometida de cable coaxial para poder mantener la señal de televisión de alta calidad.

CIDR. Classless Inter-Domain Routing. Encaminamiento Inter-Dominios sin Clases.

CMTS. Cable Modem Termination System. Sistema de Terminación de Cable Módems ubicado en el sitio central de la compañía de cable.

CPE. Customer Premises Equipment. Equipo Local del Cliente en el que será recibido el servicio proporcionado.

DCE. Data Circuit-terminating Equipment. Equipo del Circuito terminal de Datos, interviene en la comunicación entre dos dispositivos pero que no es receptor final ni emisor original de los datos.

DTE. Data Terminal Equipment. Equipo Terminal de Datos, generan o son el destino final de los datos.

DHCP. Dynamic Host Configuration Protocol. Protocolo de Configuración Dinámica de Huéspedes, empleado para suministrar las direcciones IP a los equipos de la red.

DMZ. Demilitarized Zone. Zona Desmilitarizada, zona de mediana seguridad asignada por el cortafuegos ya que estará expuesta hacia una red pública como Internet.

DNS. Domain Name Server. Servidor de nombres de dominio, realiza la traducción entre un dominio y una dirección IP.

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Glosario Técnico

Download. Información recibida desde Internet.

E-3. Señal digital de tercer orden en el estándar europeo con una tasa de transferencia de

34.368 Mbps.

Ethernet. Es el estándar de interconexión en redes de computadoras que especifica las características sobre la capa física y de enlace.

FDM. Frequency-Division Multiplexing. Conmutación por División de Frecuencia, empleada para poder combinar diferentes canales de comunicación sobre el mismo medio en el dominio de la frecuencia.

Firewall. Equipo de conectividad conocido como Cortafuegos empleado para mantener la seguridad en una red de datos.

Full-duplex. Comunicación bidireccional en el mismo instante de tiempo.

HFC. Hybrid Fiber Coaxial. Redes Híbridas de Fibra y Coaxial, utilizadas en las redes de televisión por cable aprovechando las propiedades de comunicación de la fibra óptica.

IP. Internet Protocol. Protocolo de Internet que trabaja sobre la capa de red.

IPTV. Internet Protocol Television. Televisión digital basada en IP para poder ser difundida a través de una red de datos.

ISO. International Standar Organization. Organización Internacional para la Normalización, encargada de la publicación de estándares válidos a nivel mundial.

kbps. kilo bits por segundo, unidad básica de medición en comunicación digital.

LAN. Local Area Network. Red de Área Local, red de datos básica que comprende cantidades moderadas de computadoras.

MAC. Media Access Control. Control de Acceso al Medio, comprende un identificador único de manera física sobre la interfaz de un equipo de conectividad.

Mbps. Mega bits por segundo. Unidad de transmisión que comprende ₁ ₁₀6

× bits por segundo.

MER. Modulation Error Rate. Tasa de Error de Modulación, permite evaluar la calidad de una

señal modulada digitalmente.

MPEG. Motion Picture Experts Group. Grupo de Expertos sobre Imágenes en Movimiento,

especifica el formato de transmisión y compresión de video digital.

MRTG. Multi Router Traffic Grapher. Graficador de Tráfico Multi Enrutador, herramienta

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Glosario Técnico

MTU. Maximum Transfer Unit. Unidad de Transferencia Máxima, capacidad de transmisión

de datos sobre una trama digital.

NAT. Network Address Translation. Traducción de Direcciones de Red, técnica empleada

para poder asignar distintas direcciones IP a un equipo entre diferentes subredes de datos.

OSI. Open System Interconnection. Interconexión de Sistemas Abiertos, modelo de

interconexión de redes de datos dividido en 7 capas para lograr estandarizar los equipos.

OUI. Organizationally Unique Identifier. Identificador Único Organizacional, consta de 28

bits reservados que representa a una empresa u organización a nivel mundial.

PDU. Protocol Data Unit. Unidades de Datos de Protocolo, agrupaciones de bits

pertenecientes a los protocolos de las capas básicas de interconexión.

PSTN. Public Switched Telephony Network. Red Pública Telefónica Conmutada, estructura

física de las redes de las compañías telefónicas.

QAM. Quadrature Amplitude Modulation. Modulación en Amplitud por Cuadratura,

modulación digital que permite la transmisión de altos niveles bit/símbolo.

QPSK. Quadrature Phase Shift Keying. Detección de Cambio por Cuadratura de Fase,

modulación digital muy robusta y de baja vulnerabilidad al ruido.

Router. Equipo de conectividad que trabaja sobre la capa de red y necesario para poder interconectar redes de datos.

Switch. Equipo de conectividad para la capa de enlace, realiza la conmutación de la señal para poder alcanzar todos los equipos de la red.

Tap. Dispositivo derivador de la señal en la red de televisión por cable que contiene una pérdida por inserción y por derivación, así mismo posee 2,4 u 8 puertos de derivación.

TCP. Transmission Control Protocol. Protocolo de Control de Transmisión, orientado hacia

conexión garantiza la entrega correcta del segmento enviado a través de las redes de datos.

TCP/IP. Conjunto de protocolos sobre el cual está basado Internet.

TDM. Time Division Multiplexer. Conmutación por División de Tiempo, técnica que permite

transmitir diferentes señales en intervalos de tiempo discretos y proporcionales.

TFTP. Trivial File Transfer Protocol. Protocolo de Transferencia Trivial de Archivos,

empleado principalmente en el aprovisionamiento de cable módems.

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Glosario Técnico

VPN. Virtual Private Networks. Redes privadas virtuales, técnica utilizada para poder conectar

oficinas remotas de manera segura a través de una red pública como es Internet.

VSB. Vestigial Side Band. Técnica de modulación en amplitud utilizada para la portadora de

video reduciendo el espectro ocupado por ésta en un canal de televisión analógico.

WAN. Wide Area Network. Redes de Área Amplia, comprende redes de tamaño elevado y

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Introducción

INTRODUCCIÓN

ANTECEDENTE

Las redes tradicionales de televisión por cable son construidas para poder proporcionar únicamente contenido de entretenimiento por lo que éste consta de señales de televisión que viajan a través de toda la red de cable siendo originadas en el sitio central de la compañía de cable para llegar hasta su destino final representado por los suscriptores del servicio de televisión por cable.

PROBLEMA

Debido a que el contenido de televisión emplea comunicación unidireccional, para poder implementar el servicio de Internet por cable es requerido que la red tenga la característica de poder mantener una comunicación en ambos sentidos a través del mismo medio de transmisión que es el cable coaxial y de esta manera poder completar la comunicación bidireccional.

Al viajar todo el contenido de televisión desde el sitio central hasta todos los suscriptores, es requerido emplear técnicas que permitan separar el contenido de Internet implementado sobre la red de cable y éste únicamente llegue hacia la zona donde se encuentran los usuarios de ese servicio.

En el contenido de televisión el incremento en cantidad de suscriptores no implica tener un incremento en la señal proveniente del sitio central ya que solo requeriría de una ampliación sobre la red de cable para poder ampliar la cobertura, sin embargo el servicio de Internet representa un consumo en ancho de banda digital y conforme se incrementa la cantidad de usuarios el consumo lo hará de la misma manera, propiciando la necesidad de contar con un canal de comunicación que tenga la capacidad de incrementar el ancho de banda digital hacia Internet de acuerdo a la demanda.

ANÁLISIS Y ALCANCE

Aplicando las técnicas modernas para el diseño de las redes de cable es posible poder distribuir las señales de manera correspondiente a su zona y mantener un medio de comunicación bidireccional que cuente con la capacidad de crecimiento e incremento en el ancho de banda digital para el contenido de Internet.

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Introducción

El canal de comunicación empleado hacia Internet debe soportar el crecimiento sostenido en cantidad de suscriptores y sobre el ancho de banda digital demandado sin presentar saturación, ya que de no hacerlo la degradación afectaría el servicio.

El diseño general aplicado corresponde a una zona de cobertura en la colonia centro que representa la mejor zona de venta y penetración del servicio de televisión por cable y mantiene una estimación muy amplia para la venta del servicio de Internet. El diseño particular para la colonia centro podrá reproducirse para cualquier otra zona de cobertura con el diseño presentado que aprovecha las nuevas técnicas para poder tener una red de cable que soportará los nuevos servicios digitales.

Una red de cable habilitada para proporcionar el servicio de Internet representa en realidad una red de datos preparada para ofrecer cualquier servicio basado en el protocolo de Internet, sin embargo el alcance contempla únicamente el servicio residencial de Internet.

JUSTIFICACIÓN

La necesidad de medios de comunicación de banda ancha ha propiciado que cada día haya un mayor número de proveedores con tecnologías alternativas para poder proporcionar el triple play de servicios (televisión, Internet y telefonía).

El acceso a Internet a través de una red de televisión por cable requiere conocer el servicio de televisión por cable, la topología de la red y principalmente el tipo de emisión de contenido que se tiene para poder adecuar el servicio de Internet a la red de cable que ya se encuentra en producción y por lo tanto no se debe alterar su contenido actual. El prever el crecimiento de la red para poder ofrecer una mayor gama de servicios implica tener que conocer las tecnologías actuales y la tendencia del mercado y del sector para poder aprovechar al máximo la inversión sobre el servicio y reducir el concepto de remodelación o actualización.

El servicio de Internet se encuentra implícito en el servicio de datos, y el mantener una red de banda ancha que sea capaz de manejar datos basados en el protocolo de Internet IP se está trabajando con la tendencia de la tecnología de comunicación. Actualmente es el servicio de Internet, pero posteriormente los servicios serán Telefonía IP, Televisión IP, Video bajo Demanda y Redes Privadas Virtuales entre otros.

El modelo de interconexión OSI ayuda a comprender la interacción entre diferentes tecnologías para hacer posible la existencia del Internet. El conjunto de protocolos TCP/IP así como la tecnología Ethernet complementan la base para el análisis sobre las redes de computadoras que hacen posible el servicio de Internet.

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Fundamentos Teóricos

CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS TEÓRICOS

Desde los inicios de la televisión en México, ésta se inicio como un medio de entretenimiento y ante la aparición de los sistemas de televisión por cable se siguió concibiendo como un medio de comunicación con fines de entretenimiento. El desarrollo de la tecnología en los sistemas de cable y la legislación en México propiciaron el inicio de una serie de servicios a través de las redes de cable así como el servicio hacia Internet una vez que ya se tiene consolidada la conexión hacia los puntos principales de Internet y adaptando la tecnología de cable con la tecnología de Internet.

1.1 ANTECEDENTE HISTÓRICO DE LA TELEVISIÓN EN MÉXICO

La primera transmisión de televisión en México se llevó a cabo por una estación experimental el 07 de septiembre de 1946 en la ciudad de México sobre un sistema de televisión en blanco y negro.

El 1ero de septiembre de 1950 inició la primera transmisión comercial en México por medio de la estación XHDF-TV Canal 4 con la lectura del IV Informe de Gobierno del Presidente de México, el Lic. Miguel Alemán Valdés. Así fue como se inició la televisión comercial abierta en México y en América Latina.

Ese mismo año aparecieron 2 transmisoras más, una en la ciudad de Tijuana, Baja California utilizando el canal 6 y otra en el estado de México bajo el canal 9.

En 1959 inicia transmisiones XEIPN Canal 11 del Instituto Politécnico Nacional, iniciando la televisión de carácter no comercial en el país.

En 1968 en el marco de la edición XIX de los Juego Olímpicos celebrados en la Ciudad de México, se inicia la era de la comunicación satelital en el país al transmitir los eventos de la justa deportiva internacional hacia todo el mundo vía satélite.

Para finales de la década de los 60’s ya se contaba con 9 estaciones televisoras en el país con lo cual la televisión comercial en México se había consolidado como un medio de comunicación abierto en el país [1].

1.2 LA TELEVISIÓN POR CABLE

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de televisión hacia dicha comunidad. Posteriormente el mismo acrónimo CATV fue empleado para Cable Television, en español Televisión por Cable. [2]

Un sistema de Televisión por Cable fue diseñado inicialmente para ser un proveedor de señales de televisión de alta calidad hasta el domicilio de los clientes sin la necesidad de que éstos instalen una antena y dispongan de diferentes equipos receptores. Actualmente la Televisión por Cable ha evolucionado convirtiéndose en un sistema robusto y de calidad, llevando hasta el domicilio de los clientes contenido de entretenimiento en canales de televisión tanto de señales abiertas como exclusivos para suscriptores de este servicio.

Conforme han evolucionado los sistemas de cable se han ido adoptando las tecnologías para poder ofrecer una mejor calidad del servicio, tal es el caso de la Fibra Óptica. A partir de la incursión de la fibra óptica en el medio de transmisión nacen las redes Híbridas de Fibra y Coaxial (HFC, Hybrid Fiber Coaxial) que se componen de fibra óptica y cable coaxial.

En México, la primera concesión para un operador de cable fue concedida en la ciudad de Nogales, Sonora, en el año de 1954. En la década de los 60’s aparecieron otros operadores de cable en Piedras Negras, Coahuila; Monterrey, Nuevo León; Uruapan, Michoacán y México, D.F.; mostrando un crecimiento muy lento este tipo de industria. [3]

El 23 de agosto 1993, el REGLAMENTO DEL SERVICIO DE TELEVISIÓN POR CABLE sufrió Reformas sobre el artículo 10° estableciendo lo siguiente:

“… El servicio de televisión por cable está comprendido dentro del sector de servicios de telecomunicaciones,…”

De esta manera los operadores de cable están comprendidos en el Sector de Servicios de Telecomunicaciones.

El 7 de junio de 1995, la aprobada LEY FEDERAL DE TELECOMUNICACIONES indicó que los concesionarios del servicio de televisión por cable pasarían a ser Operadores de una Red Pública de Telecomunicaciones. Por tal motivo las compañías de cable tienen la capacidad para ampliar el catálogo de servicios que pueden ofrecer pasando del entretenimiento mediante señales de TV analógica al servicio de video digital, video on demand (bajo demanda) e Internet, siendo éstos 3 últimos contenido completamente digital. [4]

De esta manera los sistemas de Televisión por Cable se han convertido en Redes Públicas de Telecomunicaciones con la capacidad de poder ofrecer y proporcionar los servicios de comunicaciones mediante su principal medio de transmisión que es el cable coaxial a través de sus redes HFC.

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PROPORCIONAN A TRAVÉS DE REDES PÚBLICAS ALÁMBRICAS E INALÁMBRICAS” en la cual sobre las Consideraciones indica lo siguiente:

“Que las tecnologías alámbricas e inalámbricas de banda ancha serán un importante detonante de la convergencia de servicios que proporcionan las redes de telecomunicaciones y permitirán incentivar el desarrollo económico del país.”

“Que conforme a la reglamentación vigente, la Secretaría asume una postura de neutralidad tecnológica en la promoción del desarrollo de las telecomunicaciones y de la convergencia de redes y servicios, para lo cual ha emitido diversas disposiciones administrativas impulsando la convergencia de los servicios a través de redes públicas de telecomunicaciones, …)

Sobre este Acuerdo publicado en la fecha citada, en el primer punto sus incisos c y d mencionan respectivamente:

“Autorizar mediante un procedimiento sumario a los concesionarios de televisión y/o audio restringidos prestar el servicio fijo de telefonía local, así como a los concesionarios de telefonía local prestar el servicio de televisión y/o audio restringidos.”

“Establecer plazos para el desarrollo de redes públicas bidireccionales de telecomunicaciones del servicio de televisión y/o audio restringidos (redes bidireccionales de televisión y/o audio restringidos) en áreas donde no existe esta infraestructura, …” [5]

Por lo que Apegados al “Acuerdo de Convergencia” los operadores de cable pueden ofrecer el servicio completo de comunicaciones constituido por Televisión restringida, Internet y Telefonía mejor conocido en el argot de las telecomunicaciones como triple play puesto que incluye voz, video y datos.

Aprovechando las extraordinarias cualidades de la fibra óptica para el transporte de información, se puede incrementar la capacidad del medio de transmisión en la parte correspondiente a la fibra óptica de las redes HFC y ofrecer los servicios de telecomunicaciones tecnológicamente disponibles a través de este medio.

1.3 INTERNET

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Internet surge en el año de 1969 en los Estados Unidos cuando el Departamento de Defensa de los Estados Unidos (USDD, United States Department of Defense) desarrolló la Red de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzados (ARPANET, Advanced Research Projects Agency Network,) con el objetivo de interconectar equipos de cómputo distantes de manera flexible y dinámica. Esta red tuvo resultados extraordinarios para el Departamento de Defensa y a pesar de su concepción para fines militares el gobierno de ese país brindó la oportunidad a ciertas universidades de conectarse a la red para poder contribuir en el desarrollo de la misma lo cual llevó a que pequeñas y locales redes de computadoras de las universidades se conectaran a la red ARPANET. Posteriormente surgió la Red de Ciencias de Computación (CSNET, Computer Science Network) como alternativa a ARPANET para aquellas universidades y centros de investigación que no contaban con acceso hacia ésta última y finamente en el año 1883 se llevó a cabo la integración de CSNET y ARPANET conformando el INTERNET en los Estados Unidos.

En México, el Instituto Tecnológico de Estudios Superiores de Monterrey (ITEMS) en el año 1989 fue la primera institución que mantuvo una conexión a Internet a través de la Escuela de Medicina de la Universidad de Texas en San Antonio (UTSA, University of Texas in San Antonio) mediante un enlace de 9600 bits por segundo. La segunda conexión hacia Internet en México fue de la UNAM, en el Instituto de Astronomía en la Ciudad de México, empleando una conexión vía satélite de 56 kbps, con el Centro Nacional de Investigación Atmosférica (NCAR, National Center for Atmospheric Research,) en la ciudad de Boulder, Colorado, EE. UU. En años posteriores se incrementó el número de Universidades e Institutos con conexiones a Internet en el país, para lo cual en 1992 surgió la Red México (MEXNET, Mexico Network) con el objetivo de regir y dirigir las redes de comunicación de datos y el acceso hacia Internet. En 1993 el IPN (Instituto Politécnico Nacional) y el CONACYT (del acrónimo Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología) se integraron a MEXNET para poder conectarse hacia Internet. El surgimiento de MEXNET abrió la brecha del acceso a nivel comercial puesto que hasta ese entonces únicamente instituciones educativas y de investigación contaban con conexión hacia Internet. [6]

El rubro empresarial y corporativo fue el primero en verse beneficiado con el acceso a Internet de manera comercial, siendo impulsado principalmente por el uso del correo electrónico e intercambio de información. Es así como en México surgen las compañías con el objetivo de proporcionar el acceso hacia Internet, conocidas en el argot de las telecomunicaciones como Carrier, ya que cuentan con una conexión dedicada hacia alguno de los puntos principales en EE. UU. con lo que se contempla tener conexión directa internacionalmente hacia Internet.

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Con el éxito de Internet a nivel residencial y la creciente demanda en todos los sectores económicos, la necesidad de acceso a mayor velocidad debido a la una gran oferta de contenido multimedia ya sea de navegadores de Internet, radio por Internet, videos por Internet, intercambio de archivos, etc., exige la incorporación de tecnología de banda ancha para poder alcanzar todo el contenido de actualidad y poder incrementar la velocidad de navegación para acceder a Internet en un menor tiempo. El popular medio de acceso vía línea telefónica dial up en pocos años pasó a ser insuficiente en el acceso a contenido multimedia, en la transferencia de archivos de tamaño elevado y en el uso de correo electrónico con capacidad de adjuntar archivos de información de gran tamaño.

La Banda Ancha es conocida como la capacidad de tener 2 ó más canales de comunicación a través de un mismo medio de transmisión. La Banda Ancha implica tener en una misma compañía la capacidad de los servicios de comunicaciones básicos incluyendo el triple play, no obstante es posible contar de manera independiente con éstos entre distintas compañías.

El tipo de tecnología de banda ancha depende fundamentalmente de la principal actividad de la compañía que preste el servicio, la banda ancha residencial es dividida en dos principales rubros dependiendo de las redes actuales y cableadas hasta los domicilios, siendo la Línea de Suscriptor Digital (DSL, Digital Suscriber Line) la tecnología de banda ancha para las compañías telefónicas y cable para las compañías de televisión por cable. El adoptar estas tecnologías no implica tener que realizar un tipo de cableado especial adicional al que ya se tiene y maneja la compañía, sino que la banda ancha estará de manera accesible sobre las redes presentes y sobre todo en la acometida que ya existe hasta el televisor del suscriptor en su domicilio.

Internet, en la actualidad, es un medio al cual muchas de las actividades cotidianas han sido adaptadas. Ahora es posible poder consultar y realizar un gran número de trámites a través de Internet lo cual ha traído grandes beneficios cuantificados en ahorro de tiempo y dinero desde eliminar la necesidad de desplazarse físicamente y hacer filas hasta las entidades que los requieran hasta poder hacer dichos trámites las 24 horas, los 365 días del año y desde cualquier parte del mundo sólo teniendo una computadora con conexión a Internet.

Internet ha cambiado el estilo de vida y en base al Protocolo de Control de Transmisión (TCP. Transmission Control Protocol) y al Protocolo de Internet (IP, Internet Protocol) se ha adaptado una gran cantidad de tecnologías con la finalidad de tener un medio accesible, robusto y confiable para el manejo de la información a través de este mundo virtual que es Internet. La telefonía IP es un ejemplo muy claro de la adaptación de la tecnología hacia el mundo IP que evolucionó desde la voz sobre IP para redes locales hasta la interacción con las compañías telefónicas convencionales con la Red Pública Telefónica Conmutada (PSTN, Public Switched Telephony Network).

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1.4 EL MODELO OSI

Desde los comienzos de las redes de computadoras se tuvo un desarrollo distinto de hardware y software entre fabricantes lo cual llevó a la incompatibilidad entre tecnologías. Con el objetivo de plantear un modelo básico para solucionar los problemas de incompatibilidad y mantener una interoperabilidad entre equipos y tecnologías de distintos fabricantes, la Organización Internacional para la Normalización (ISO, International Standar Organization) elaboró un modelo de red en el año 1984 que sirvió de modelo para poder desarrollar tecnologías capaces de interactuar y trabajar en conjunto. Este modelo de referencia es conocido como el modelo de Interconexión de Sistemas Abiertos (OSI, Open System Interconnection). [7]

El Modelo OSI está constituido por 7 capas numeradas en orden descendente de manera vertical. La figura 1.1 muestra el modelo de referencia OSI para redes de computadoras así como un ejemplo de la comunicación entre una red de computadoras a través de las 7 capas.

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La existencia de las 7 capas implica que cuando se desea enviar una información el dato iniciará en la capa 7 de aplicación hasta llegar a la capa 1 física para poder comunicarse con el equipo receptor de la información en su respectiva capa 1 y subiendo niveles de capa para llegar finalmente a la capa 7 y recibir el dato correspondiente.

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retirada hasta tener el dato original que fue enviado y es entregado al equipo receptor. La cabecera depende de la capa y del protocolo empleado para la misma.

La división de la Interconexión hecha en 7 capas permite dividir la comunicación de la red en partes más pequeñas y sencillas, también permite al hardware y software comunicarse entre ellos, es accesible al desarrollo independiente de las capas lo cual permite a las nuevas tecnologías adaptarse entre éstas sin presentar alteración o afectación entre las demás capas, que en inglés son denominadas layers.

1.5 PROTOCOLOS TCP/IP

El funcionamiento de Internet está basado en un conjunto de protocolos de red los cuales tienen la capacidad de establecer la comunicación, transmisión y recepción de datos entre computadoras en una red o bien entre diferentes redes. Los dos protocolos de red principales y sobre los cuales está basado el funcionamiento de Internet son el conjunto conocido como TCP/IP. [8]

El funcionamiento del protocolo TPC/IP está basado en la operación de un modelo de red muy similar al modelo OSI, con la diferencia de que el Modelo TCP/IP contiene solo 4 capas. Al realizar una comparación entre ambos modelos se puede observar como la capa de Aplicación engloba las 3 capas del modelo OSI de Sesión, Presentación y Aplicación mientras que por su parte la capa de Enlace comprende las capas de Enlace de datos y Física del modelo OSI. La figura 1.2 muestra la comparación entre ambos modelos.

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protocolo confiable por mantener la transferencia de información sin pérdida, libre de errores y con seguridad.

El protocolo TCP está conformado por agrupaciones de bits que constituyen las Unidades de Datos de Protocolo (PDU, Protocol Data Unit) que forman el segmento de protocolo TCP [9]. En la figura 1.3 se encuentra el formato del segmento TCP que se constituye por la cabecera y posteriormente inician los datos. Los campos que componen cada una de las palabras en la cabecera se encargan de establecer la conexión, iniciar la transmisión de datos y finalizar la conexión. Entre los campos se encuentra el número de puerto de origen y destino de la conexión, confirmación de conexión, verificación de la conexión, banderas indicativas, entre otros. Es importante resaltar en la cuarta palabra de la cabecera del segmento el campo que contiene el Tamaño de la Ventana de Datos que permitirá saber la longitud máxima en bytes de datos que transportará el segmento TCP. Esta ventana es determinada por 16 bits de acuerdo a la siguiente expresión

65536 216 =

Por lo tanto la capacidad máxima de datos que puede transportar el segmento TCP es de 65,536 bytes.

Durante la transferencia de información que supere la capacidad del segmento TCP es necesario que ésta sea fragmentada en distintos segmentos hasta que se cubra la totalidad de la misma, por lo que parte de la cabecera del segmento determinan la confiabilidad del protocolo. Algunos de los campos que ayudan a mantener al protocolo y al segmento TCP altamente confiable es el número de secuencia para poder ordenar cada uno de los segmentos y evitar duplicidad de éstos, el campo de suma de verificación aporta la detección de errores principalmente.

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Los datos que viajan a través de redes basadas en el protocolo IP son transmitidos mediante bloques conocidos como paquetes. El formato del paquete IP es mostrado en la figura 1.4. A diferencia del segmento TCP, el paquete IP no contiene algún campo que confirme la verificación de todo el paquete. La suma de verificación de la cabecera es el único campo que proporciona seguridad para detectar errores, sin embargo no aplica para los datos contenidos en el paquete IP. De esta forma el paquete IP puede llegar dañado, en una secuencia distinta al orden de transmisión, duplicado o simplemente no llegar. El encabezado del paquete IP es también conocido como Encabezado de Red. Para aplicar un mecanismo de fiabilidad para la transmisión de datos, se acude a la capa de Transporte con el segmento TCP. La longitud total del paquete IP es determinado en bytes por el campo Longitud Total de manera similar al segmento TCP, siendo de 65,536 bytes.

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El protocolo IP establece como medio de identificación de cualquier equipo las Direcciones IP basadas en este mismo protocolo conocidas en su término en inglés como IP Address. En la versión actual 4 mejor conocida como IPv4, una dirección IP se representa mediante un número binario de 32 bits. Las direcciones IP se expresan como números en notación decimal para facilitar su manejo y se dividen los 32 bits de la dirección en cuatro octetos. Cada octeto se representa con un número decimal comprendido entre 0 y 255. En la representación en notación decimal de las direcciones IPv4 cada octeto es separado por un punto. Un ejemplo típico de dirección IP sobre una Red de Área Local (LAN, Local Area Network), es el siguiente:

192.168.0.1

Las direcciones IP están divididas en clases las cuales son presentadas en la tabla 1.1. Cada Clase está determinada por el primer octeto de la dirección IP. Es importante destacar que para el servicio de Internet y de redes LAN son válidas las Clases A, B y C, quedando reservadas las clases D y E.

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comunicarse entre ellas sin tener de por medio Internet para acceder a alguna otra de la propia red. Existe un intervalo de direcciones privadas sobre las clases A, B y C, con el principal objetivo de poder asignar una variación de direcciones dependiendo del tamaño de la red privada. Las redes del tipo LAN ocupan este tipo de direcciones privadas. La tabla 1.2 contiene las direcciones privadas.

Tabla 1.1

Clases de direcciones IP y sus intervalos.

Intervalo de dirección IP primer octeto Clase de

dirección IP

Binario Decimal

Intervalo decimal

Clase A 000000001 - 01111110 1 - 126 1.0.0.0 - 126.255.255.255

Clase B 1000000 – 10111111 128 - 191 128.0.0.0 - 191.255.255.255

Clase C 1100000 – 1101111 192 - 223 192.0.0.0 - 223.255.255.255

Clase D 11100000 - 11101111 224 - 239 224.0.0.0 - 239.255.255.255

Clase E 11110000 – 1111111 240 - 225 240.0.0.0 - 255.255.255.255

Tabla 1.2

Intervalo de direcciones IP Privadas.

Clase Intervalo de direcciones privadas

A 10.0.0.0 - 10.255.255.255

B 172.16.0.0 - 172.31.255.255

C 192.168.0.0 - 192.168.255.255

El interactuar con Internet implica ser parte de ésta y mantener una dirección IP pública de manera tal que pueda comunicarse hacia cualquier parte del mundo con un servidor o equipo, ejemplificado sobre la figura 1.5.

Las direcciones IP nos permiten identificar las computadoras o equipos de conectividad en las redes sin embargo las direcciones IP pueden ser empleadas a conveniencia de acuerdo al equipo de cómputo, dicho de otra manera las direcciones IP pueden ser asignadas al equipo que se desee considerando siempre el intervalo de direcciones que se tiene como recurso.

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Un ejemplo de dirección MAC es el siguiente expresado en hexadecimal y binario respectivamente:

00-13-E8-D9-BE-29

0000 0000 – 0001 0011 – 1110 1000 – 1101 1001 – 1011 1110 – 0010 1001

Es muy importante distinguir las direcciones IP y las direcciones MAC para no confundirlas, puesto que la asignación de direcciones para la comunicación en una red de datos depende de ambas, sin embargo el protocolo IP trabajará únicamente con la dirección IP.

Debido a la antigüedad de Internet y al crecimiento enorme en la última década, las direcciones IP públicas son en la actualidad un recurso escaso y costoso, lo cual lleva al hecho de que otorgar una dirección IP pública hacia cada suscriptor no sea una opción conveniente de prestar el servicio para acceder a Internet para una empresa que tiene un intervalo escaso de estas direcciones, por lo tanto es necesario tener que utilizar alguna técnica para poder “ahorrar” direcciones IP públicas siempre y cuando los equipos de los suscriptores tengan completo acceso a Internet.

Al crear una red que interactúe con Internet se debe tener medidas de seguridad para los equipos de conectividad y para los servidores que se incluyan en la prestación del servicio. La red de suscriptores y equipos de conectividad requieren estar protegidos para ataques externos provenientes de Internet y posibles ataques internos de la red, es decir de los mismos suscriptores.

(24)

La trama de enlace que es utilizada en la mayoría de las redes y que está dirigida hacia las redes LAN es la trama Ethernet trabajando sobre la capa 2 del modelo OSI. Esta trama comprende una cabecera de 14 bytes compuesta de 2 direcciones MAC de destino y fuente respectivamente y un campo de 2 bytes para determinar el tipo de trama, mientras que a los datos se maneja un mínimo de 46 bytes y máximo de 1500 bytes. La capacidad de transmisión de datos en la trama es indicada mediante el término Unidad de Transferencia Máxima (MTU, Maximum Transfer Unit). En caso de ser menor de 46 bytes el contenido de datos a enviar se tendrá un patrón de “relleno” que ocupe los 46 bytes de datos para ser completado. Finalmente se tiene una suma de comprobación de 4 bytes al final de la trama. La figura 1.6 muestra la trama de transporte Ethernet.

Las redes de datos basadas en tecnología Ethernet mantienen un rendimiento promedio máximo comprendido entre 18.4% para las primera versión de esta tecnología y de 36.8% para la versión mejorada de la misma. De esta manera la eficiencia de la red se puede ver afectada y el rendimiento de la misma puede verse disminuido considerablemente y tener un ancho de banda digital de entre 18.4% y 36.8% al máximo teórico cuando el número de usuarios y por lo tanto las tramas en tránsito se vean incrementadas muy considerablemente.

1.6 CONEXIÓN A INTERNET

(25)

Por otra parte es necesario contar con una conexión directa hacia el backbone (en español columna vertebral) nacional de Internet con el objetivo de poder ofrecer a los suscriptores una respuesta más rápida al solicitar información de Internet. Para poder ofrecer servicios de banda ancha que requieran una conexión de alta velocidad hacia Internet y poder ofrecer velocidades de acceso de acuerdo a las necesidades es requerido un enlace digital dedicado de alta capacidad con la finalidad de obtener la mejor respuesta al demandar servicios multimedia.

Las conexiones dedicadas hacia Internet se llevan a cabo a través de las compañías del tipo carriers utilizando las Interfaces Digitales Estándar para el segmento de conexiones de alta velocidad. Este tipo de Interfaces Digitales fue diseñado para los sistemas de Telecomunicaciones en el intercambio de tráfico de voz, sin embargo también es empleado en las redes de Banda Ancha para la transferencia de datos en general, incluyendo Internet. En México utilizamos el estándar Europeo para las telecomunicaciones, por lo tanto los niveles y tasas de transferencia son de acuerdo a las normas de Europa. La tabla 1.3 contiene el listado de los niveles mencionados para los servicios de telecomunicaciones. Actualmente de manera comercial los carriers emplean únicamente el nivel E-1 y E-3, por lo que el tener una conexión dedicada hacia Internet es comúnmente denominada Enlace de Internet del tipo E-1 ó E-3 de acuerdo al caso. [9]

Tabla 1.3

Interfaces Digitales Estándar.

Nivel Digital _{Transferencia}Tasa de Descripción

E-0 64 kbps Es la señal digital del nivel cero. Un canal de voz en telefonía. E-1 2.048 Mbps Señal digital de primer orden que alberga 30 canales E-0. E-2 8.448 Mbps Señal digital de segundo orden, equivalente a 4 señales E-1. E-3 34.368 Mbps Señal digital de tercer orden, equivalente a 16 señales E-1. E-4 139.264 Mbps Señal digital de cuarto orden, equivalente a 64 señales E-1.

(26)

El sistema de Televisión por Cable e Internet

CAPÍTULO 2. EL SISTEMA DE TELEVISIÓN POR CABLE E

INTERNET

Las redes de los sistemas de cable en México fueron diseñadas y construidas para transmitir señales de televisión de acuerdo al estándar americano de transmisión, por lo que mantienen un mapa de frecuencias que determina los canales y las frecuencias de operación de éstos para la transmisión de televisión en los sistemas de cable. Sin embargo las redes de cable representan un medio de comunicación de enorme capacidad para lograr transmitir cualquier tipo de contenido utilizando canales del mismo ancho de banda que si se tratara de un canal de televisión analógico tradicional, y es el caso de televisión digital que permite enviar hasta 8 canales digitales de buena calidad sobre 1 solo canal tradicional de TV analógico. La evolución de las redes de cable ha llevado a incorporar avances en materia de comunicaciones como es la fibra óptica para formar redes híbridas y poder transmitir la señal a mayor distancia. Por tal razón la incorporación del servicio de Internet a la red de cable debe diseñarse sin que interfiera con el actual contenido de televisión y permita el crecimiento de otros servicios tanto como lo permita la capacidad del propio medio, esto lleva a la necesidad de analizar y comprender el esquema actual de las redes de cable y su funcionamiento.

2.1 SEÑAL DE TELEVISIÓN NTSC

El estándar americano de la Comisión Nacional de Sistemas de Televisión (NTSC, National Television System Committe) determina al canal de televisión en banda base para su transmisión en el sistema de cable, incorporando las señales de video y audio en un canal de 6MHz. Cabe hacer mención que los canales de televisión de difusión abierta y restringida cuentan con las mismas características en contenido de audio y video así como en el ancho de banda de cada canal. En el Apéndice A se muestra el Mapa de Frecuencias para Televisión por Cable.

Un canal de televisión analógico NTSC contiene 3 portadoras: video, audio y color, por lo tanto se puede encontrar 3 señales sobre su espectro. La figura 2.1 muestra la distribución de frecuencias de un canal de televisión bajo el estándar de la NTSC.

La norma americana es utilizada en México para los canales de televisión, conocida como NTSC M y mantiene todas las características de frecuencias que se observan en la figura 2.1. El ancho de banda de cada canal es de 6MHz y puede corresponder hacia algún canal de los que son listados en el Mapa de Frecuencias. En la figura 2.1 también observamos que a 1.25MHz del inicio del canal se encuentra la portadora de vídeo modulada en amplitud con dos bandas laterales resultado de la técnica VSB (Vestigial Side Band), teniendo hacia el inicio la banda de 0.75MHz y la banda lateral completa de 4.20MHz; la portadora de color modulada en fase se encuentra a 3.58MHz de la portadora de vídeo; finalmente la portadora de audio modulada en frecuencia se localiza a 4.5MHz posterior de la portadora de vídeo y con un ancho de banda de 250 KHz. [10]

(27)

través de la impedancia característica de 75 del cable coaxial para que en el receptor de un televisor dicha señal esté exenta de ruido; por tal razón las intensidades de las portadoras de señal se expresan en dBmV como lo muestra la siguiente fórmula:

=

mV E dBmV

1 log

20 1

10

En la misma figura 2.1 se tiene la amplitud relativa la cual es utilizada en el sistema de cable para poder realizar ajustes de nivel puesto que la portadora de audio debe ser menor a la portadora de video 7dBmV y de 16dBmV en el caso de la portadora de color con respecto a la misma portadora de video.

Los dispositivos para poder medir la señal de un canal a través de cable son conocidos como medidores o analizadores de CATV, y se basan en las portadoras de Video y Audio únicamente para expresar la medición y lo hacen al seleccionar un canal de acuerdo al mapa de frecuencias para televisión por cable.

(28)

2.2 TELEVISIÓN DIGITAL

Otra de la tecnología que ha adaptado el sistema de cable es la televisión digital, la cual brinda video y audio digital de superior calidad comparado contra la televisión analógica. La

televisión digital utiliza la Modulación en Amplitud por Cuadratura (QAM, Quadrature

Amplitude Modulation) para su transmisión y está regido por el estándar americano de la

Comisión de Sistemas Avanzados de Televisión (ATSC, Advanced Television Systems

Committee) el cual es compatible con el sistema de televisión NTSC, lo cual implica que maneja un ancho de banda de 6MHz y puede ser integrado al sistema de cable de acuerdo al plan de canales para televisión por cable pero haciendo referencia de la portadora hacia la frecuencia central a diferencia de la señal de televisión analógica que maneja 3 portadoras. La figura 2.3 muestra el espectro medido de televisión digital [11]. La modulación empleada para la televisión digital es de nivel 64-QAM y maneja una tasa de transferencia máxima de 30.3Mbps [9]. Al ser digital la señal se transmite en calidad de datos y sobre éstos viaja la información que proporcionará el video y el audio al televisor posterior a ser decodificados en

el hogar del cliente mediante un dispositivo conocido en el argot como set-top box.

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La televisión digital utiliza el formato de compresión de video digital establecido por el Grupo

de Expertos sobre Imágenes en Movimiento (MPEG, Motion Picture Experts Group) en la

versión 2, mejor conocido como MPEG-2 y se maneja una razón de 4 canales de televisión digital con muy alta calidad en un sólo canal de 6MHz de tal manera que se incluye sobre el plan de canales como un canal adicional de televisión.[9]

La información que contiene al canal de televisión digital es transmitido a través de tramas del tipo MPEG las cuales tienen una capacidad de transporte de información de 188 bytes por trama, manteniendo los 4 bytes iniciales como cabecera de la trama que sirven de control, sincronía y detección de errores y 184 bytes de datos efectivos. La figura 2.4 muestra la constitución de dicha trama. [10]

Debido a que las compañías de televisión por cable mantiene una barra programática que ofrece un plan de canales a los suscriptores, la incorporación de un nuevo servicio tiene que considerar que no puede alterar el actual plan de canales, y regirse mediante el mapa de frecuencias para poder agregar algún contenido y ser compatible con el crecimiento de contenido y canales de televisión analógica y digital.

(30)

La técnica de Conmutación por División de Frecuencia (FDM, Frequency-Division

Multiplexing) permite ir agregando canales de televisión en el mismo espectro que maneja el cable coaxial y a través de combinadores secundarios se lleva a cabo la concentración de contenido de TV analógica y digital proveniente de los moduladores posterior a la recepción satelital, aérea o de servidores multimedia, para finalmente tener en un Combinador Principal todo el contenido del servicio de Televisión para ser enviado hacia los suscriptores, todo a través de un mismo medio de transmisión que es el cable coaxial.

2.3 REDES HÍBRIDAS

Las redes actuales de cable han encontrado en la fibra óptica un excelente medio de transmisión de baja pérdida para poder llevar las señales de televisión a distancias mayores comparado con el cable coaxial, el cual no lo permitiría debido a las elevadas atenuaciones que éste sufre en altas frecuencias. Puesto que el manejo de fibra óptica es muy delicado además de especializado y el cable coaxial es de muy fácil manejo e instalación para redes de distribución y acometidas para llegar hasta el televisor de los suscriptores, se han conformado las redes híbridas de fibra óptica y coaxial, mejor conocidas como HFC. En estas redes híbridas las interfaces de fibra óptica son conocidas como la parte “óptica” y las interfaces de

cable coaxial como radio frecuencia o “RF” (Radio Frequency) debido a que los canales del

sistema de televisión por cable se encuentran dentro del espectro de radio frecuencia.

La Red HFC comienza en el sitio central del sistema de cable que es denominado en la jerga

como Headend y que es el sitio en donde se lleva a cabo la recepción satelital y aérea de las

señales de televisión y su correspondiente concentración de todos los canales de televisión en interfaces RF, posteriormente la señal es enviada a una plataforma óptica conformada por transmisores ópticos y ser emitidas a través de fibra óptica hasta la zona de cobertura para ser

recibidas en el Nodo Óptico que es el encargado de llevar a cabo la conversión de óptico a RF

para de ahí ser llevado mediante cable coaxial de distribución vía aérea o subterránea por las aceras hasta finalmente llegar al dispositivo pasivo de distribución conocido en el argot como

tap que permitirá hacer la acometida en cable coaxial hasta el interior del domicilio.

(31)

únicamente que podemos utilizar hasta el canal 134 sino que el cable coaxial al poseer una impedancia característica, ésta es modificada conforme se incrementa la frecuencia resultando en mayor pérdida de señal sobre altas frecuencias producto de mayor atenuación.

El cable coaxial como todo tipo de línea de transmisión, es una línea con separación uniforme entre dos conductores. Por lo tanto también posee la cualidad de impedancia característica, determinada por la separación constante entre dos conductores. El cable coaxial en general

para CATV posee una impedancia característica de 75 considerado como su valor nominal. _Ω

Por tal razón el cable coaxial utilizado en el transporte de señal en el Headend, en la red coaxial, impedancias de los equipos de transporte, equipos de conversión y equipos terminales para los servicios proporcionados como los set-top box tienen de igual manera una impedancia característica de 75 en su interacción con las interfaces o medios coaxiales. _Ω

Los cables coaxiales tienen siempre una disipación de energía, produciendo la atenuación de la señal que se transmite a través de éstos. Las pérdidas aumentan de modo proporcional a la frecuencia de trabajo. Hay tres causas principales de atenuación:

1. Pérdidas producidas por la corriente en los conductores.

2. Pérdidas dieléctricas en el aislante contenido entre los conductores, puesto que

las señales se encuentran dentro del espectro de RF.

3. Efecto pelicular. La corriente de RF fluye más en la superficie del conductor que en el cuerpo central. A causa de una menor área para la corriente, la resistencia en CA (Corriente Alterna) del conductor aumenta. [2]

Sobre la parte correspondiente al cable coaxial en la red HFC se puede considerar una división en Red de Distribución y Acometida dependiendo del tipo de cable coaxial que se maneje por conveniencia y operación.

• Red de Distribución. Se constituye por el cable coaxial encargado de llevar la conexión

(32)

incrementado además del costo que de igual manera se ve considerablemente elevado con respecto a los diámetros inferiores.

• Acometida. Constituye el cable coaxial de menor diámetro que llevará la señal del tap

o punto de distribución hasta el interior del domicilio y al equipo terminal. El tipo más

común contiene la nomenclatura RG6 y puede poseer de 1 hasta 4 mallas de

apantallamiento. Este tipo de cable es terminado con un conector denominado F que tiene una cabeza hexagonal la cual permite el libre giro de dicha cabeza sin torcer el cable para poder atornillarlo a la TV o al dispositivo de cable directamente.

La figura 2.6 muestra este tipo de cable RG6 terminado en conector F. [12]

(33)

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La unidad de medición para las zonas de cobertura del sistema de cable se conoce como casas

pasadas, lo cual indica el número de viviendas o comercios que se tienen cubiertos y a los cuales se podría proporcionar el servicio de televisión por cable, además sirve para el diseño de la red de acuerdo al porcentaje de penetración de ventas.

La zona de la red de cable que se desea cubrir para proporcionar el servicio de Internet es denominada como Zona 01 y se encuentra en la colonia centro. Actualmente se tiene el 60% de penetración del servicio de televisión sobre las casas pasadas de la Zona 01, por lo cual en una zona de alta densidad de suscriptores y la estimación del servicio de Internet es de 45% de penetración para el primer semestre. El mapa de la figura 2.8 [13] muestra la cobertura para la Zona 01.

La Zona 01 mantiene una cobertura de 700 casas pasadas y al estar localizada sobre la colonia centro que representa la mejor zona de venta de la ciudad, se espera tener un estimado de 315 suscriptores del servicio de Internet en el primer semestre una vez iniciado el servicio.

2.4 EMISIÓN TIPO RADIODIFUSIÓN

La red de televisión por cabe tiene una topología radial basada en la emisión del tipo

radiodifusión (Broadcast) para hacer llegar la señale de TV hacia todas las zonas de cobertura.

(34)

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(35)

La técnica de Conmutación por División de Frecuencia FDM permite ir agregando contenidos y a través de combinadores se lleva a cabo la concentración de contenido de TV analógica y digital proveniente de los moduladores que asigna la frecuencia sobre el cual estará el canal de televisión de acuerdo al mapa de frecuencias, para finalmente tener en un Combinador Principal tener todo el contenido del servicio de Televisión para ser enviado en Broadcast.

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2.5 ESPECIFICACIONES PARA DATOS

Para llevar a cabo la transmisión de datos a altas velocidades se requiere de un dispositivo que sea capaz de adecuar los datos a transmitirse con el medio de transmisión por el cual viajarán. Las redes de cable representan un medio consolidado para poder realizar esta tarea para lo cual el dispositivo que pueda adaptar la tecnología de intercambio de datos por el estándar ethernet hacia las redes de cable recibe el nombre de cable módem, éste realiza las funciones requeridas basadas en especificaciones generales para la transmisión de datos a través de las redes de cable construidas.

Las Especificaciones de Interfaz para el Servicio de Datos sobre Cable (DOCSIS, Data Over

Cable Service Interface Specifications) definen los requisitos de la interfaz de comunicaciones y operaciones para el manejo de datos sobre redes de cable, lo que permite añadir transferencias de datos de alta velocidad a un sistema de televisión por cable existente. Los operadores de televisión por cable se basan en estas especificaciones para proporcionar acceso a Internet sobre la infraestructura HFC existente.

Existe una agrupación denominada CableLabs que determina las especificaciones DOCSIS y está constituida por fabricantes de equipos de cable, operadores de CATV y fabricantes de tecnología HFC dedicados a este sector con el fin de contribuir al crecimiento y desarrollo de la tecnología que permita la evolución que requieren los proveedores de servicios a través de cable para poder contribuir al incremento de servicio que se ofrecen en el presente y que exigirán las tecnologías emergentes.

La tecnología de datos está orientada hacia el protocolo IP con lo cual mantiene la flexibilidad de manejo de información en las redes actuales y en Internet por lo que abre una brecha muy importante hacia el ofrecimiento de los tres servicios básicos de comunicación: voz, video y datos; el mencionado Triple Play.

Las especificaciones DOCSIS indican que el servicio de Internet a través de una red de cable debe ser totalmente transparente para el usuario en lo que corresponde al manejo de las interfaces RF y al Headend es decir toda la parte de cable constituyendo el Equipo del Circuito

terminal de Datos (DCE, Data Circuit-terminating Equipment), y el usuario emplearía

únicamente el conjunto de protocolos TCP/IP hacia Internet desde su computadora indicada

como el Equipo Local del Cliente (CPE, Customer Premises Equipment) de la manera en que

es mostrado en la figura 2.11, por lo tanto el usuario representa el Equipo Terminal de Datos

(DTE, Data Terminal Equipment).

Independientemente de la manera en que se lleva a cabo la entrega del servicio al cliente para un servicio de Internet, el contar con un medio de Banda Ancha se interpreta que debe alojar la capacidad para poder tener un incremento de la tasa de transferencia o “velocidad de navegación en Internet” así como alojar servicios digitales adicionales.

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Las especificaciones DOCSIS son válidas para Internet y el tener una red de cable que cumpla estas especificaciones no la limitan a este único servicio ya que es posible poder incluir servicios digitales en generales que sean transportados mediante datos y pueden llegar a tener aplicaciones diversas cuando son compatibles con el protocolo IP. Los equipos de conectividad y de interfaces de cable que sean empleados para el servicio de Internet deben cumplir completamente con las especificaciones DOCSIS.

Debido a que DOCSIS rige las interfaces de cable es decir la parte RF, para poder incrementar la capacidad de comunicación y por lo tanto el ancho de banda digital se requiere del uso de modulaciones digitales de diferentes niveles. DOCSIS especifica las modulaciones digitales de

Detección de Cambio por Cuadratura de Fase (QPSK, Quadrature Phase Shift Keying) y

QAM como las modulaciones digitales para transmitir datos a través de interfaces de cable.

Estas modulaciones digitales permiten tener una mayor relación de bits/símbolo transmitidos

[15].

Por su parte la modulación QPSK permite la transmisión de 2 bits/símbolo, y su

representación gráfica es mejor conocida como constelación en torno a 2 ejes que se

denominan I por ser la componente en fase (In phase) y Q que se refiere a la entrada de las

componentes de cuadratura (Quadrature).

La figura 2.12 muestra la constelación de la modulación QPSK.

(38)

La figura 2.13 muestra las constelaciones para la modulación QAM utilizadas.

Conforme se tiene un incremento en el número de estados en la modulación QAM, de la

(39)

Tabla 2.1

Relación de transmisión bits por símbolo para modulaciones digitales.

Tipo de Modulación Bits por símbolo

QPSK 2

16-QAM 4

64-QAM 6

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Adecuaciones para el Servicio de Internet

CAPÍTULO 3. ADECUACIONES PARA EL SERVICIO DE INTERNET

El servicio de Internet sobre la actual red de televisión por cable incluye la incorporación de equipos de datos en el headend para poder manejar la información digital a través de un canal de 6MHz lo cual representa el mismo ancho de banda que un canal de televisión y de esta manera es compatible para poder agregarse al plan de canales.

El servicio de Internet exige tener un medio de comunicación con la capacidad de enviar y recibir información al mismo tiempo para poder tener la comunicación full-duplex, por lo que la red HFC tiene que incorporar un canal de retorno para completar la trayectoria en ambas direcciones.

La interconexión del headend a Internet debe ser confiable y dedicada a través de un carrier, además se debe ofrecer seguridad a los equipos instalados así como al contenido que viaje a través de la red de cable.

3.1 NODOS ÓPTICOS BIDIRECCIONALES

Puesto que es necesario establecer una comunicación bidireccional para poder mantener la comunicación full-duplex, es requerido que los dispositivos activos en la red HFC cumplan con esta característica.

El principal dispositivo de la red HFC es el nodo óptico que lleva a cabo la conversión de la señal óptica, procedente de un transmisor óptico situado en el headend, a una señal de RF para poder ser emitida a través del cable coaxial para hacerla llegar hasta el domicilio de los suscriptores. Este dispositivo debe contar con un transmisor óptico de retorno para que el canal de comunicación asignado al retorno deba ser transmitido mediante fibra óptica hasta llegar al receptor óptico en el headend.

Utilizando la técnica de conmutación FDM es como a través del mismo cable coaxial es posible llevar a cabo la comunicación bidireccional, no obstante en la parte óptica del nodo se requiere una segunda fibra óptica para la transmisión de retorno.

Basado en la nomenclatura DOCSIS, la ruta que transporta la información del headend hacia los nodos es denominada Descendente (DS, Downstream), mientras que la ruta que transportará la información de retorno hacia el headend se denomina Ascendente (US, Upstream).

En la figura 3.1 podemos apreciar la red HFC con un nodo óptico Bidireccional y la plataforma óptica en el headend conformada por transmisores y receptores ópticos.

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3.2 TOPOLOGÍA DE FIBRA PROFUNDA

Con el principal objetivo de disminuir la trayectoria de cable coaxial (puesto que representa un factor de atenuación de la señal) y reducir el costo de operación y mantenimiento de los elementos activos RF de la red HFC, se trabaja la topología de Fibra Profunda (Fiber Deep) que tiene la particularidad de no necesitar amplificadores RF puesto que el sector que se cubre por cada uno de los Nodos Ópticos de esta topología es de 200 casas pasadas como máximo e incluye únicamente Nodos Ópticos como elementos activos de la red que albergan la conversión de señal óptica a RF y tienen una cobertura máxima promedio de 500m en cable coaxial del tipo 750 (con diámetro de 0.750 pulgadas) en la red de distribución. [16]

La zona 01 de interés en la colonia centro quedaría dividida en 4 sectores para adoptar la topología fiber deep tomando la fibra óptica desde el punto de presencia de empalme de fibra óptica, mejor conocido en el argot como manhole, que se tiene disponible y más cercano. En el manhole se tienen disponibles 11 hilos de fibra óptica ya que se tiene un cable de servicio de 12 fibras, sin embargo una de éstas ya está ocupada. Debido a que se debe manejar nodos ópticos bidireccionales y éstos a su vez requieren de 2 hilos de fibra óptica cada uno, en total se utilizarían 8 hilos de fibra óptica siendo 4 para la señal downstream y 4 más para la señal upstream.

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3.3 CANALES DE INTERNET

De acuerdo a las especificaciones DOCSIS es necesario asignar una banda de canales para el servicio de datos posterior a la asignación del servicio digital para la señal de downstream, mientras que es requerido de igual manera una banda del espectro disponible para las señales de upstream, sin embargo éstas últimas estarán dentro de la denominada sub-banda para canales de televisión por cable. Utilizando la técnica de conmutación FDM es como se seguirá manteniendo bandas del espectro asignadas a los distintos servicios.

De esta manera se tendrán 4 bandas reservadas de la siguiente manera: • 5 a 42 MHz – Señal Upstream.

• 54 a 558 MHz (Canal 2 a 79) – Señal de TV Analógica. • 558 a 648 MHz (Canal 80 a 94) – Señal de TV Digital. • 648 a 744 MHz (Canal 100 a 115) – Señal Downstream.

La asignación de los canales progresivos no corresponde con la frecuencia, por lo que llega a notarse la discontinuidad en la serie de canales pero no de la frecuencia como se muestra en el Mapa de Frecuencias del Apéndice A. La figura 3.3 muestra la asignación de estas 4 bandas para los servicios ofrecidos.

Los canales Downstream y Upstream al ser digitales manejan modulaciones digitales. Las especificaciones DOCSIS establecen los tipos de modulaciones QPSK y QAM, los niveles de operación en dBmV, las velocidades de transmisión y el ancho de canal. Los canales downstream son de 6MHz para se compatibles con los canales que contienen señales de televisión, sin embargo los canales upstream pueden ser desde 0.2MHz hasta 3.2MHz. El Apéndice B muestra las especificaciones DOCSIS más importantes en la versión 2.0 para el servicio de datos a través de cable. [15]

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3.4 EMISIÓN DE DIFUSIÓN ESTRECHA

El medio de transmisión y la tecnología que se incorpore es de vital importancia ya que el contenido de Internet y en general la red de datos estará limitada por la capacidad del propio medio y la topología con que se construya.

El tipo de emisión debe ser cuidadosamente elegido para poder mantener la red con un mejor control y optimización del medio. Las redes de cable que ofrecen únicamente el servicio de televisión no tienen problemas con la emisión del tipo Broadcast, no obstante las redes de cable que mantienen contenido IP no requiere que los datos destinados hacia un nodo en particular sean emitidos hacia toda la red. De esta manera la emisión de Difusión Estrecha (Narrowcast) es la adecuada para el servicio de Internet, puesto que mantiene en común todo el contenido del servicio de televisión tanto analógica como digital, y únicamente la señal Downstream requerida por el nodo óptico correspondiente al sector de cobertura es el que se le enviará.

Las especificaciones DOCSIS determinan que para la emisión Narrowcast debe tener 1 puerto Downstream por cada 4 puertos Upstream en el CMTS, es decir que para un grupo de 4 nodos ópticos se compartirá la ruta descendente junto con el contenido de televisión pero la ruta ascendente será única para cada uno de los nodos. [18]

La figura 3.5 muestra la emisión Narrowcast para la Zona 01 de la Colonia centro en donde se tiene un combinador Narrowcast que permite mediante conmutación FDM juntar las señales de Televisión Analógica, Televisión Digital y la señal de Downstream para ser emitidas hacia los 4 nodos ópticos correspondientes a los 4 sectores en que quedó dividida la zona por la topología Fiber Deep. La relación 1 Downsteam ×4 Upstream se puede apreciar en los puertos