Le moderne reti di telecomunicazioni HFC devono essere in grado di offrire una vasta gamma di applicazioni e servizi ai propri abbonati. La maggior parte di questi servizi richiede che la rete stabilisca una comunicazione bidirezionale tra la centrale e le apparecchiature terminali degli abbonati, e pertanto necessita di un canale di comunicazione in uplink o in ritorno. A titolo di esempio, la Figura 1 mostra l'infrastruttura di una rete HFC bidirezionale. I nodi ottici sono responsabili della conversione del segnale ottico in un segnale elettrico per il downlink e viceversa per il collegamento di ritorno, richiedendo quindi un trasmettitore ottico. Il canale di ritorno nelle reti HFC occupa la parte inferiore dello spettro. Questa larghezza di banda è condivisa da tutte le utenze servite dallo stesso nodo ottico. I segnali di ritorno provenienti da nodi diversi raggiungono la centrale attraverso percorsi diversi o multiplexati a diverse lunghezze d'onda. In questo modo, un segnale generato dall'apparecchiatura terminale di un abbonato viaggia lungo la rete di distribuzione coassiale, passando attraverso amplificatori bidirezionali fino a raggiungere il nodo ottico. Qui convergono i segnali di ritorno di tutti gli abbonati, che vengono convertiti in segnali ottici tramite il laser di ritorno e trasmessi alla centrale.
Per poter utilizzare gli stessi ricevitori impiegati per la TV terrestre, le reti via cavo utilizzano la stessa banda di frequenza per il downlink, sebbene i sistemi HFC estendano questa banda fino a 862 MHz o addirittura 1 GHz, riservando la parte inferiore dello spettro (5-42 MHz negli Stati Uniti e 5-65 MHz in Europa) come canale di ritorno per i comandi, poiché questa regione è più soggetta a interferenze. Un gran numero di canali TV analogici può essere incluso nella larghezza di banda utilizzabile, considerando che con lo standard americano NTSC un canale TV occupa una larghezza di banda di 6 MHz, mentre con gli standard europei PAL o SECAM questa aumenta a soli 7/8 MHz. Nel caso dei segnali digitali, un canale RF da 6 MHz può fornire un flusso di dati di 27 Mbit/s dalla centrale di rete all'utente finale utilizzando tecniche di trasmissione 64QAM, o anche superiore (fino a 38 Mbit/s) se si utilizza la modulazione 256QAM. Nella direzione inversa, dall'utente alla centrale di rete, vengono utilizzate modulazioni più semplici come la QPSK, che offre una velocità compresa tra 256 kbit/s e 5 Mbit/s e non richiede apparecchiature sofisticate nell'abitazione dell'utente. In alternativa, si può utilizzare anche la DPSK, che è leggermente più lenta ma offre una maggiore immunità alle interferenze.
Modem via cavo: standard DOCSIS
L'accesso a Internet a velocità sempre maggiori rappresenta una delle principali opportunità di business per le nuove reti di accesso a banda larga. Le reti HFC, che utilizzano modem specificamente progettati per le comunicazioni digitali su reti via cavo, possono offrire servizi di accesso a reti dati come Internet a velocità di gran lunga superiori a quelle raggiungibili con l'ADSL. Di fatto, i modem via cavo hanno trasformato le reti CATV/HFC in veri e propri fornitori di servizi di telecomunicazione video, voce e dati.
Un tipico modem via cavo è caratterizzato dalla sua natura asimmetrica: riceve dati a velocità fino a 30 Mbit/s e può trasmettere fino a 10 Mbit/s. Si collega alla rete HFC tramite un connettore coassiale di tipo F e al PC dell'abbonato tramite una scheda Ethernet. La ricezione dei dati avviene attraverso un canale di 6-8 MHz nella banda 606-862 MHz, tipicamente utilizzando la modulazione digitale 64QAM. Il modem via cavo demodula il segnale ricevuto e incapsula il flusso di bit in pacchetti Ethernet. Ciò consente all'abbonato di percepire la rete HFC come un'unica, grande LAN. A monte, il modem via cavo scompone i pacchetti Ethernet ricevuti dal PC e li converte in celle ATM o frame proprietari. Successivamente, utilizzando un canale di 2 MHz nello spettro di ritorno, i dati vengono trasmessi alla centrale utilizzando la modulazione QPSK. La Figura 2 mostra un esempio di modem via cavo.
Gli standard applicabili a questi tipi di modem si sono evoluti nel tempo, sebbene oggi la stragrande maggioranza si basi sullo standard DOCSIS. Data Over Cable Service Interface Specification (DOCSIS) è uno standard internazionale sviluppato da CableLabs con il contributo di numerose aziende, tra cui ARRIS, Broadcom, Cisco, Conexant, Correlant, Intel, Motorola, Netgear, Terayon e Texas Instruments. Nello specifico, definisce i requisiti di interfaccia dei modem via cavo per l'utilizzo nei sistemi di distribuzione dati via cavo, ovvero i servizi digitali su reti CATV/HFC. Pertanto, DOCSIS consente il trasferimento dati ad alta velocità utilizzando i canali RF del sistema CATV, permettendo agli operatori CATV di offrire accesso a Internet attraverso la loro infrastruttura HFC esistente.
La prima specifica DOCSIS (versione 1.0) è stata pubblicata nel marzo 1997, seguita dalla revisione 1.1 nell'aprile 1999. Tuttavia, a causa della crescente domanda di servizi simmetrici in tempo reale, come il VoIP (Voice over IP), DOCSIS è stata nuovamente rivista per migliorare le velocità di trasmissione in uplink e integrare funzionalità QoS. Questa revisione (DOCSIS 2.0) è stata rilasciata nel gennaio 2002. L'Unione Internazionale delle Telecomunicazioni (ITU) ha adottato entrambe le versioni come standard internazionali: DOCSIS 1.1 nella sua Raccomandazione ITU-T J.112 e DOCSIS 2.0 nella sua Raccomandazione J.122. Infine, è stata recentemente pubblicata la specifica DOCSIS 3.0, che include diversi miglioramenti come l'aumento della capacità del canale, una maggiore sicurezza di rete, l'espansione dello spazio di indirizzamento IPv6 e l'implementazione di nuove offerte di servizi.
Poiché i piani di frequenza dei sistemi CATV in Europa e negli Stati Uniti differiscono, gli standard DOCSIS sono stati modificati per l'uso in Europa. Queste modifiche sono state pubblicate con il nome EuroDOCSIS. Le principali differenze riguardano la larghezza di banda dei canali TV: i canali via cavo europei si conformano allo standard PAL con una larghezza di banda di 8 MHz, mentre in Nord America i canali NTSC hanno una larghezza di banda di 6 MHz. Questa maggiore larghezza di banda delle architetture EuroDOCSIS consente una maggiore capacità di dati nei collegamenti di downlink. Analogamente, altre varianti di DOCSIS sono utilizzate anche in Giappone.
In articoli successivi, presenteremo in modo più dettagliato le specifiche e i requisiti dello standard DOCSIS, nonché i test effettuati su sistemi e reti HFC basati su questo standard.
Strumentazione di prova
Tra le misure più tipiche da attuare in queste reti vi sono: perdita di segnale, scansione del sistema, monitoraggio dei canali video analogici e digitali, test del servizio DOCSIS, VoIP, manutenzione dei percorsi di andata e ritorno, ecc.A titolo di esempio, di seguito vengono descritte alcune delle apparecchiature disponibili in commercio. JDSU offre una linea specifica di strumenti per il test delle reti HFC. La Figura 3 mostra il DSAM-6000, un esempio. Si tratta di un multimetro a scansione per la misurazione della qualità dei canali video analogici e digitali, nonché dei canali DOCSIS e VoIP (PacketCable). Copre una gamma di frequenza da 4 a 1000 MHz, analizzando sia il canale di downlink che quello di ritorno. Le sue funzionalità includono: misurazioni del livello del segnale (CNR, tilt), monitoraggio dell'intera banda (fino a 999 canali), diagrammi di costellazione per le modulazioni digitali, BER, MER (tasso di errore di modulazione), ES (secondi con errori), SES (secondi con molti errori), ecc. Anche PROMAX è un'azienda di rilievo con una linea di prodotti per il test delle reti di telecomunicazioni. Per quanto riguarda la TV via cavo, offre una gamma completa di apparecchiature per il monitoraggio dei canali via cavo e della modulazione digitale. Tra queste, spicca il PROMAX-26 (Figura 4). Questo analizzatore di sistemi di trasmissione DOCSIS ed EuroDOCSIS è progettato per l'installazione e la manutenzione di servizi video, voce e dati interattivi ad alta velocità su reti CATV. Include una funzione di acquisizione (LOGGER) che consente la registrazione e l'archiviazione delle misurazioni per una successiva revisione, trasferimento su un PC o stampa. Permette inoltre il monitoraggio di parametri di qualità molto simili a quelli precedentemente menzionati. Infine, va menzionata anche Sunrise Telecom come fornitore di soluzioni di test per reti CATV a banda larga. Offre un'ampia gamma di soluzioni di test, comprese funzionalità VoIP e DOCSIS. La Figura 4 mostra un esempio di questa apparecchiatura.
La distribuzione di servizi "triple play" (voce, video e dati) su reti HFC richiede la selezione e l'utilizzo di applicazioni e apparecchiature di test appropriate. Sul mercato sono disponibili diverse soluzioni di test, che coprono ogni aspetto, dalla centrale di rete ai nodi remoti e persino alle apparecchiature del cliente. Per quanto riguarda la sezione in fibra ottica, apparecchiature come OTDR e analizzatori di spettro ottico sono già state presentate in articoli precedenti. Tuttavia, le reti CATV/HFC richiedono apparecchiature aggiuntive per la risoluzione dei problemi di attivazione della rete, la certificazione, il collaudo dei servizi, la manutenzione e il monitoraggio.
