CAPITULO II MARCO TEORICO 13 CAPITULO II MARCO TEORICO A. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN Para el desarrollo de este estudio, se hizo necesario analizar algunos trabajos de investigación que arrojaron datos que sustentan este estudio y sirven como referencia sobre los antecedentes de este estudio. Castro y Loaiza (1992) realizaron un estudio en la universidad del Zulia titulado: “Diseño de la arquitectura de una red más practica y flexibles que faciliten los trabajos de mantenimientos y de interconexión de las líneas telefónicas y de datos” este trabajo tuvo como objetivo adecuar los servicios suministrados por las redes de área local de telefonía a las exigencias cada vez mayores de sus usuarios, en el área de Lagoven en la Salina. La metodología aplicada incluyó la elaboración de tres proyectos: adecuación de planta interna y planta externa de la red telefónica, implantación de unas redes LAN y un enlace para la transmisión de datos mediante fibra óptica; para cuyo desarrollo en primer lugar se
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CAPITULO II MARCO TEORICO
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CAPITULO II
MARCO TEORICO
A. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN
Para el desarrollo de este estudio, se hizo necesario analizar
algunos trabajos de investigación que arrojaron datos que sustentan
este estudio y sirven como referencia sobre los antecedentes de este
estudio.
Castro y Loaiza (1992) realizaron un estudio en la universidad
del Zulia titulado: “Diseño de la arquitectura de una red más practica y
flexibles que faciliten los trabajos de mantenimientos y de interconexión
de las líneas telefónicas y de datos” este trabajo tuvo como objetivo
adecuar los servicios suministrados por las redes de área local de
telefonía a las exigencias cada vez mayores de sus usuarios, en el
área de Lagoven en la Salina.
La metodología aplicada incluyó la elaboración de tres proyectos:
adecuación de planta interna y planta externa de la red telefónica,
implantación de unas redes LAN y un enlace para la transmisión de
datos mediante fibra óptica; para cuyo desarrollo en primer lugar se
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verificó el mal estado en que se encontraban las redes de transmisión
de voz y de datos.
En el estudio fue necesario realizar una exhaustiva inspección
del área, tanto residencial como industrial, para luego aplicar las
diversas fases de un proyecto de Ingeniería como lo son la ingeniería
básica, ingeniería de detalle, licitación y pruebas.
Los resultados muestran la obtención de un diseño de
arquitectura de red mas práctica y flexible que facilitaran los trabajos de
mantenimiento y de interconexión de las líneas telefónicas y de datos.
Araujo y Barboza (1994) realizaron un estudio en la universidad
Rafael Urdaneta titulado: “Diseño de un modelo de comunicación por
canal de fibra óptica entre dos puntos fundamentales del sistema como
lo son centro de control Caujarito y la subestación el Rincón”, este
trabajo tuvo como de propósito de introducir la utilización de la fibra
óptica en el sistema de comunicaciones de ENELVEN.
La metodología aplicada incluye una evaluación del estado de
las comunicaciones dentro de la empresa para lo que se procedió a
conocer el sistema de potencia y el estado actual de los de los
sistemas de hilo piloto y microondas, para luego realizar un estudio de
las vías de comunicaciones.
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Como resultado se obtuvo el diseño de un modelo de
comunicación por canal de fibra óptica entre dos puntos fundamentales
del sistema, como lo son centro de control caujarito y la subestación el
Rincón, para lo cual se calcula de una forma sencilla y metodológica
los principales parámetros que hay que tomar en cuenta a la hora de
establecer un enlace de comunicación.
También como resultado se plantean alternativas para la
selección de los equipos terminales que conectaran un sistema
completamente analógico con un sistema digital.
Delgado y Padilla (1995) realizaron un estudio en la universidad
Santiago Mariño titulado: “interconexión digital de una red multicentral
de telefonia de Maracaibo” la cual tuvo como fin de introducir el uso de
la fibra óptica como medio de transmisión en la red de telefónica de
Maracaibo.
La metodología aplicada incluyó la elaboración de un
anteproyecto de interconexión digital en la red multicentral de
Maracaibo, prestando especial atención a las futuras aplicaciones de la
red, según lo proyectado por CANTV. En el mismo se contempla las
especificaciones, tanto del sistema como lo de los equipos y un
estimado de la cantidad de equipos necesarios, con él cómputo de
costos respectivo.
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Los resultados obtenidos permitieron la implementación de una
red digital homogénea 140Mbps.
Moreno (1995), realizó un trabajo en la universidad Santiago
Mariño titulado: “Diseño de un sistema de información para el cálculo
de una red de distribución de señal de servicios de televisión por
cable”. La investigación utilizó una metodología descriptiva y aplicada.
Se analizo al personal operativo vinculado con el diseño propuesto.
Para la recolección de datos se aplico un cuestionario, analizado con
estadísticas descriptivas.
Los resultados indican que para elaborar un diseño de
distribución se debe tener muy en cuenta los parámetros establecido
ya que en estos se encuentran involucrados procedimientos tales
como: Distribución de amplificadores Feeder y Trunk, distribución de
fuentes de poder y cálculos de performance (C/N, CTB, XMOD).
Para lograr este propósito el autor efectúo el desarrollo de los
diagramas de acción y flujogramas donde detalla los pasos a seguir en
cada uno de los procesos de cálculo y luego ser efectuado por un
programa computarizado.
Dentro de este orden de ideas Petit y Sandoval (1995), realizaron
una investigación en la universidad Santiago Mariño titulada: “Proyecto
para explotar un sistema de televisión por suscripción de distribución
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por cable en la ciudad de San Cristóbal”. La metodología fue
descriptiva, aplicada y prospectiva. Se analizaron las condiciones
operativas de la empresa con un diseño no experimental.
Los resultados denotan que a través de una red de distribución
de cable coaxial y fibra Óptica, las señales de televisión son
transportadas con mayor velocidad y calidad hasta los puntos de
distribución (nodos), en donde esta es llevada nuevamente a RF por
medio de un receptor óptico, donde luego es amplificada y distribuida
con cable coaxial, medio este en el cual se colocan dispositivos
pasivos (Taps, divisores, acopladores direccionables) con el propósito
de distribuir finalmente la señal a los suscriptores.
Por otra parte, Dávila y Machado (1995) desarrollaron un trabajo
de investigación en la universidad Rafael Urdaneta titulado. “Diseño de
una Red Metropolitana de servicios Integrados de Información por
Fibra Óptica”. El tipo de investigación fue descriptivo y aplicado se
utilizó una metodología documental donde se analizarán las
condiciones optimas para el diseño del objeto de estudio.
Los resultados expresan que las redes de telecomunicaciones
estarán volcadas hacia una tecnología basada en la integración de
todos los servicios teleinformáticos. Además puntualiza la necesidad de
estudiar cabalmente los beneficios de la fibra óptica, sus propiedades y
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su implementación, a fin de obtener buenos resultados con las
generaciones de relevo.
Todos estos trabajos de Investigación fueron de gran utilidad
desde el punto de vista metodológico, ya que se tomaron como guía
para realizar esta investigación. Por otra parte, se utilizaron también
algunos de los libros citados en las investigaciones anteriormente
nombradas.
Estas investigaciones permitieron conocer diversas
metodológicas aplicables al diseño de redes con relación a las
comunicaciones televisivas y de otra índole; via cable por lo cual sé
concideran como base para este trabajo.
B. BASES TEORICAS
Estas se organizan en función de las variables de estudio: Ruta
de Retorno, Redes HFC y Señales de Televisión por Cable, partiendo
de los enfoques relacionados con Ruta de Retorno.
1. RUTA DE RETORNO.
Antes de definir Ruta de Retorno se debe conocer en primer
lugar un elemento que forma parte de la misma y se conoce como Ruta
de Forward.
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• Ruta de Forward: Esta Ruta la define Geisse (2000) como la
responsable de entregar las señales de RF desde el Head - End
(Cabecera) a la casa de los suscriptores.
Figura # 1: Ruta de Forward. Fuente: Rincón y Montilla (2000).
El objetivo de la Ruta de Forward también conocida como
Dowstream, es entregar la misma señal, con la misma amplitud y
calidad, a todas las conexiones de los suscriptores a lo largo del área
de la Red. El grupo de canales de TV y otras señales distribuidas son
combinado en una sola ruta en el Head - End y la tarea de entregar esa
señal en igual amplitud y calidad para todos los suscriptores es
responsabilidad de la planta de distribución.
Origen
Destino
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En la figura anterior esta claro, que la cantidad de total de cable
entre el Head - End y cualquier terminal del suscriptor serán únicas.
Cada conexión del suscriptor tendrá:
• Una cierta Cantidad de cable de bajada.
• Una distancia específica desde él ultimo amplificador.
• Una única combinación de dispositivos pasivos en la ruta.
Luego de conocer lo que significa ruta Forward finalmente se
definirá la Ruta de Retorno.
Plantea Counch (1997) que el canal de retorno ocupa en las
redes HFC el espectro comprendido entre 5 y 40 MHz. Este ancho de
banda lo comparten todos los hogares servidos por un nodo óptico. Los
retornos de distintos nodos llegan a la cabecera por distintas vías o
multiplexados a distintas frecuencias y/o longitudes de onda.
Una señal generada por el equipo terminal de un abonado
recorre la red de distribución en sentido ascendente, pasando por
amplificadores bidireccionales, hasta llegar al nodo óptico. Allí
convergen las señales de retorno de todos los abonados, que se
convierten en señales ópticas en el láser de retorno, el cual las
transmite hacia la cabecera o head-end.
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Figura # 2: Sistema de Retorno en Redes HFC.
Fuente: León C. (1997).
En la figura 2 se plantea un esquema simplificado de red HFC
desde el punto de vista del canal de retorno. En esta configuración, del
nodo óptico parten 4 buses de coaxial que sirven a 4 áreas de
distribución distintas. Si el nodo sirve a 500 hogares, cada bus dará
servicio a unos 125 hogares, que compartirán los 50 MHz. del canal de
retorno. En cada hogar, una Unidad de Interfaz de Red (UIR) sirve para
conectar los distintos equipos terminales de abonado (PC/módem de
cable, TV/set-top-box, y terminal telefónico) a la red HFC.
Agrega Raskin (1997) que un problema que presenta la
estructura arborescente típica de la red de distribución en una red HFC
es que, así como todas las señales útiles ascendentes convergen en
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un único punto (nodo óptico), también las señales indeseadas, ruido e
interferencias, recogidas en todos y cada uno de los puntos del bus de
coaxial, convergen en el nodo, sumándose sus potencias y
contribuyendo a la degradación de la relación señal a ruido en el
enlace digital de retorno.
Este fenómeno se conoce como acumulación de ruido por efecto
embudo (noise funneling). A esto hay que añadir el hecho inevitable de
que el espectro del canal de retorno es considerablemente más ruidoso
que el del canal descendente, sobre todo su parte más baja, entre 5 y
15-20 MHz.
Señala Geisse (2000), que toda señal que viaja en forma
ascendente (desde los abonados hasta el Head - End) a través de la
Red de cable, se le conoce como Upstream o Ruta de Retorno. Por
otra parte este termino es muy utilizado en cualquier tipo de
transmisión en telecomunicaciones ya que en efectos de telefonía
retorno se le conoce a todas aquella señal que genera el usuario desde
su casa, y en telefonía celular, es toda aquella señal que genera el
usuario desde su teléfono móvil.
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Figura # 2.1: Sistema de Retorno. Fuente: Rincón Montilla (2000).
Tomasi (1997) considera que la Ruta de Retorno comienza en el
terminal del suscriptor. Los terminales de suscriptor interactivos tales
como el Cable Módem, el RF-IPPV (impulso de RF de pagar para ver),
generan la señal RF en la banda de retorno a lo largo del cable del
abonado hacia el TAP, donde se unen otras señales de retorno,
insertándose dentro del cable de distribución a través del acoplador
direccional del TAP.
Luego pasa por los amplificadores de retorno, que son
empleados para superar la atenuación, y entregar una fuerte señal al
transmisor de manera que pueda ser transmitida al Head - End a través
de la Fibra Óptica (en casi todos los casos esta no es la misma fibra
usada para la señal de Forward).
Destino
Origen
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En el Head - End, la señal óptica es detectada ópticamente y
convertida de nuevo en eléctrica. Entonces se le divide para alimentar
los receptores de las diversas aplicaciones del servicio de retorno.
Se observa que los autores antes mencionados coinciden en que
la ruta de retorno en cualquier sistema de comunicación bidireccional
tiene su origen en el terminal del usuario, abarcando una ancho de
banda de 5 a 40 Mhz (en efecto de televisión por cable). Siendo este
ancho de banda muy sensible al ruido.
Este punto para esta investigación sirvió como base para ampliar
los conocimientos sobre esta ruta ya que la misma está enfocada en
las comunicaciones bidireccionales principalmente en el canal de
retorno.
1.1 LIMITACIONES DEL ANCHO DE BANDA
Counch (1997) expone que el ancho de banda disponible para la
transmisión de la Ruta Retorno es limitado. Lo que significa que el uso
del ancho de banda debe ser cuidadosamente planificado y
administrado. Los niveles de Ingeniería y administración dentro de
cada compañía, llevan a cabo la planificación con la ayuda de los
proveedores de equipos y consultores. La administración del Ancho de
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Banda es una tarea Multi - nivel que incluye ingeniería, sistemas
automáticos de control, y mantenimiento de la red.
Señala Raskin (1997) que un cable coaxial y un equipo de 75Ω
exhiben características indeseables de transmisión a frecuencias por
debajo de 5Mhz, así el espectro de RF de la ruta de Retorno
necesariamente empieza a los 5Mhz. Normalmente se limita la
frecuencia más alta de la banda de Retorno un poco menos de 54Mhz,
por que la banda de Forward empieza a los 54Mhz. Normalmente la
banda de retorno se extiende desde los 5Mhz a 40Mhz resultando un
ancho de banda de 35Mhz, en la figura 3 se muestra esta distribución.
Figura # 3: Distribución de Ancho de Banda para Redes HFC. Fuente: Rincón y Montilla (2000).
Coincidiendo con lo señalado Geisse (2000) agrega que todas
las señales que viajan a través de la vía de retorno de 5-40Mhz serán
digitales. Esto con la finalidad reducir una transmisión de señales a
solamente unos y ceros, para lograr una comunicación libre de errores.
Es decir que las comunicaciones digitales requieren solamente que un
5MHz 40MHz 54MHz 750MHz
Retorno Forward
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circuito de decisión determine si el bit que llega es un uno o un cero
necesitando solo muy poco ancho de banda para la transmisión.
Se observa que los autores se basan en que la administración
del ancho de banda en el canal de retorno debe ser planificada
cuidadosamente ya que se dispone de solo 35Mhz para la distribución
de los diferentes servicios que se brindan a través de ese canal. Por
otra parte todas las señales que viajan en el espectro de retorno son
digitales ya que para los sistemas que se utilizan para la recepción en
esta banda es más fácil reconocer unos y ceros que señales análogas.
Aplicado a este estudio, se aplica dado que para brindar el
servicio de Internet se debe tomar en cuenta la administración del
ancho de banda, para evitar la saturación del sistema.
1.2 DIFERENCIA ENTRE LA RUTA DE FORWARD Y LA RUTA
DE RETORNO
Afirma Raskin (1997), que a pesar que estas rutas están muy
relacionas tienen una gran diferencia, ya que los canales de vídeo que
viajan en la ruta Forward son analógicos, mientras que las señales que
viajan por la ruta de Retorno son digitales. A continuación se verá
algunas diferencias entre estas dos rutas.
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Ruta de Forward:
• Sistema divergente.
• Salidas son constantes y altos niveles.
• Las señales de referencias fijadas, canales de vídeo.
• Selección de los taps esta basado en los niveles de ruta
directa.
• Mucho ancho de banda para trabajar.
• Unido al criterio del Índice Acumulativo de Fugas (CLI).
• El ruido del sistema es la suma de la cascada de los
elementos activos
Ruta de Retorno
• Existen muchas entradas y un solo destino, sistema
convergente.
• Alineación basada en la ganancia unitaria en la entrada,
entradas bajas y constantes.
• No existen señales de referencia fijadas.
• Perdidas mas bajas debido al cable, menos pendiente.
• Espectro limitado, compartido con CBers, hams, etc.
• Sensitivo al ingreso de señal.
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• Ruido del sistema es la suma de todos los componentes
activos.
1.3 SEÑALES QUE VIAJAN EN LA RUTA DE RETORNO
El diagrama que se presenta, es una recomendación de
Scientific - Atlanta para una mejor distribución y administración de la
banda de Retorno, no necesariamente es un patrón estricto a seguir
para las compañías de cable.
Figura # 4: asignación de frec. Para los servicios interactivos. Fuente: Manual de la Ruta de Retorno (2000).
Distribución y administración de la banda de retorno:
• RF-IPPV: 2.3MHz
• Cable Módem: 6MHz
• Cable Telefónico: 24MHz
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• Status Monitoring: .250MHz
• Servicios Interactivos: 4MHz
El ancho de banda que se necesita para brindar todos estos
servicios es de 36.55MHz, lo que quiere decir es que la Ruta de
Retorno debe ser diseñada, administrada y mantenida
cuidadosamente.
1.3.1 RF-IPPV
Este servicio interactivo esta relacionados con la T.V. y no
requieren un retorno de alta capacidad ya que existe poca información
ascendente (desde el abonado a cabecera). Para este servicio es
necesario un decodificador (Set Top Box) en la casa del abonado.
Expone Raskin (1997) que el servicio IPPV (Impulso Pagar Para
Ver) permite escoger la programación que desee el usuario, y
únicamente ésta será descodificada previo pago de la correspondiente
tarifa. Las nuevas técnicas de digitalización y compresión de vídeo
permiten que exista cada vez mayor número de canales por la red de
cable.
Agrega Counch (1997) que una aplicación muy común para la
Ruta de Retorno es el Impulso RF de Pay - Per - View (Pagar para
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ver). RF-IPPV es un servicio de vídeo análogo que permite a un
suscriptor ver un evento especial Pay - Per - View como boxeo, lucha y
películas populares no disponibles por otros medios. Hay un cargo para
cada evento que genera ingresos para ser divididos entre el operador
del sistema de cable, y el proveedor del evento. Este servicio solo
ocupa solo 2.3Mhz de ancho de banda, ya que opera por medio de
votación y solo la cabecera le dirá a cada set-top cuando votar.
Los eventos son codificados y transmitidos en la red. Un
suscriptor, que deseé ver un evento, sintoniza el decodificador (set-top
terminal) al canal apropiado y usualmente presiona el botón “Buy”. Se
decodifica entonces el suscriptor observa la película o el evento
deportivo. Note que no ocurre una comunicación inmediata entre el
decodificador y el sistema de control.
Afirma Geisse (2000) que algunos de estos intervalos se definen,
de 12 horas hasta alrededor de 24 horas, el sistema de control
comienza un proceso llamado Polling (Votación), inyectando datos de
control en la ruta de Forward. El sistema de control esta esencialmente
preguntando a cada decodificador en la red, para responder acerca de
que evento el suscriptor esta comprando durante el periodo de
procedimiento.
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El decodificador responde sobre una portadora de RF vía Ruta
de Retorno. La técnica es conocida como Store and Forward
(almacenar y enviar hacia delante) es decir, que el decodificador
recuerda que evento a comprado el suscriptor, entonces envía hacia
delante esa información por la Ruta de retorno esa información al
sistema de control cuando es solicitada.
1.3.2 CABLE MODEMS
Según Raskin (1997) el Cable Módem es un dispositivo externo
que permite la comunicación de datos a muy altas velocidades para el
acceso a Internet y aplicaciones de trabajo en el hogar. Un Cable
Módem tiene 3 conexiones, una para su PC a través de la tarjeta de
red, otra es la conexión a través de cable RG-6 del sistema de TV por
Cable y la toma de corriente.
Figura # 5: Conexión del Cable Modeles.
Fuente: Raskin D. (1997).
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Debido a la banda de RF disponible, el Cable Módem puede
proporcionar transferencia de datos casi 700 veces más rápido que los
Módem telefónicos típicos. Archivos que pueden tomarse alrededor de
9 minutos para ser transferidos por el Módem telefónico, con el Cable
Módem se toman tan solo 0.8 segundos.
Mientras los Cables Módem son una tecnología en vías de
desarrollo, y existen muchos conceptos sobre el manejo de tráfico de
datos y ancho de banda RF, el sistema básico proporciona uno o más
canales de alta capacidad del Head - End a un grupo de suscriptores,
quienes comparten los canales. Cada uno de estos “canales” tiene
generalmente un ancho de banda de 6MHz, y son entregados vía Ruta
de Forward.
Cada Cable Módem genera un canal de Retorno que viaja de
regreso al Head - End por la Ruta de Retorno. El canal de Retorno
normalmente no proporciona tanta capacidad como el canal de
Forward, pero es todavía 50 veces más rápido que un Módem
telefónico.
En el mismo orden de ideas, señala Counch (1997) que el
acceso a Internet a velocidades cada vez mayores va camino de
convertirse en uno de los grandes negocios de las nuevas redes de
acceso de banda ancha.
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Las redes HFC, mediante el uso de módem especialmente
diseñados para las comunicaciones digitales en redes de cable, tienen
capacidad para ofrecer servicios de acceso a redes de datos como
Internet a velocidades cientos de veces superiores a las que el usuario
medio está acostumbrado (hasta 33.6 Kbps desde casa, a través de la
red telefónica). Los módem de cable están convirtiendo las redes de
CATV en verdaderos proveedores de servicios de telecomunicación de
vídeo, voz, y datos.
Un módem de cable típico tiene las siguientes características:
• Es un módem asimétrico. Recibe datos a velocidades de hasta
30 Mbps. y transmite hasta 10 Mbps. (valores más normales son 10 y
alrededor de 1 Mbps, descendente y ascendente, respectivamente).
• Se conecta a la red HFC mediante un conector de cable coaxial
tipo F, y al PC del abonado a través de una tarjeta Ethernet 10BaseT
que éste debe incorporar.
• La recepción de datos se realiza por un canal de entre 6 y 8
MHz. del espectro descendente (entre 50 y 860 MHz.) con modulación
digital 64-QAM (Quadrature Amplitude Modulation). El módem de cable
demodula la señal recibida y encapsula el flujo de bits en paquetes
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Ethernet. El PC del abonado ve la red HFC como una enorme red local
Ethernet.
• En sentido ascendente, el módem de cable descompone los
paquetes Ethernet que recibe del PC y los convierte en celdas ATM o
en tramas con otro formato propietario. Utiliza un canal de unos 2 MHz.
del espectro de retorno (entre 5 y 55 MHz.) con modulación digital
QPSK (Quaternary Phase Shift Keying).
• Suele disponer de un sistema FAMM (Frequency Agile
MultiMode), que le permite conmutar de un canal ruidoso a otro en
mejores condiciones de manera automática, de acuerdo con las
órdenes del equipo de cabecera.
La cabecera ha de disponer de unos equipos que realicen
funciones de router y switch, y que adapten el tráfico de datos de la red
HFC al protocolo IP. Además, debe existir un sistema de gestión de red
y de abonados, pudiendo también existir un servidor que realice
funciones de caching de información y actúe como Firewall.
EL mismo autor indica que la mayoría de los cable módem
poseen una salida de señal variable de 30 a 55dBmv dependiendo el
nivel de señal con que este llegue a la cabecera.
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Figura # 6: Servicios a través de Redes Catv. Fuente: León C. (1997).
En el mismo orden de ideas señala Counch (1997) que un futuro
próximo es posible que veamos una transición importante en las redes
de televisión por cable, se pasará de emisoras de vídeo a plenos
proveedores de servicios de telecomunicación integrados (voz, datos,
vídeo).
Las redes CATV hasta ahora se limitaban a emitir varios canales
de T.V., aunque nunca han cesado en su empeño por incrementar y
mejorar la oferta de canales difundidos. Los servicios que puede
ofrecer una red CATV se dividen en tres tipos:
- Servicios interactivos: PPV (Pey Per View), Vídeo bajo demanda,