IPTV: La alternativa al sistema analógico “RF overlay” para la señal de televisión en redes de fibra óptica.

En un anterior artículo de este blog se ha descrito una instalación de fibra óptica de Movistar y se ha visto que la actual red de fibra óptica de Movistar sigue el estándar GPON (Gigabit-capable Passive Optical Network). En dicho estándar se reserva la longitud de onda de 1550 nm para el envío “superpuesto” de la señal de TV. Este sistema  se conoce por el nombre de RF Overlay o “RF superpuesto” y su funcionamiento práctico se muestra en la siguiente figura:

Sistema RF Overlay para el envío de la señal de TV

En este sistema, aunque a primera vista pueda parecer extraño, la señal de RF obtenida desde una cabecera de TV no se envía en forma digital sino que es enviada en forma analógica a través de la red de fibra óptica, superpuesta a la transmisión de datos, utilizando una longitud de onda diferente (RF Overlay). Esta señal de RF se obtiene de una cabecera de TV y contiene todos los canales tanto de televisión terrestre como satélite, con algunos canales en analógico y otros en digital. En cualquier caso, la suma de todos los canales forma una única señal analógica, la señal de RF, que abarca desde 80 a 862 MHz para el caso de la señal de TV terrestre y desde 950 a 2150 MHz para la señal vía satélite.

La señal RF overlay es de tipo analógico (©Furukawa)

Esta señal de RF se aplica a un láser altamente lineal (módulo VPON) y se envía a través de la red GPON en la longitud de onda de 1550 nm, utilizando equipos como el mostrado a continuación:

Módulo VPON para convertir la señal de RF en una señal óptica (©Telnet-RI)

En el otro extremo de la red GPON, el usuario dispone de un equipo ONT donde extrae por un lado la señal de datos en forma de paquetes IP y por otro lado extrae la señal de RF, la cual se puede aplicar directamente mediante un cable coaxial al aparato de TV, de la misma forma en que se hace con la señal de RF clásica que se distribuye desde la cabecera de TV situada en cada vivienda. En la siguiente figura se muestra el  ONT HG8247 de Huawei, el cual dispone en su panel trasero del conector CATV donde se encuentra disponible la señal de RF para ser aplicada a los televisores de la vivienda

ONT8247 de Huawei con salida en panel trasero de señal CATV

Sin embargo, aunque el sistema basado en RF Overlay ha sido y es usado en la actualidad en muchas redes GPON y en la práctica totalidad de las redes HFC de los operadores de cable, también es cierto que no ha estado libre de dificultades para su implantación y desarrollo comercial. Entre los problemas más importantes se pueden citar los siguientes:

• Es necesario utilizar sistemas de láser altamente lineales, los cuales son más caros que un láser convencional para trabajar en modo digital.
• Al producirse varias divisiones de la potencia de la señal óptica en la red GPON (splitting), es necesario inyectar la potencia adecuada para que la relación señal a ruido se mantenga en valores aceptables.
• Los canales analógicos de TV deben de tener una relación S/N superior a los canales digitales (48 dB respecto a 42 dB). Esto complica el funcionamiento del módulo VPON, ya que los canales de TV analógicos tienen que ser amplificados más que los digitales.
• Dependiendo del tamaño de la red GPON y del número de splitt utilizados, puede ser necesaria la existencia de amplificadores lineales para la señal de RF Overlay. Son los denominados amplificadores EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier). La salida de estos amplificadores debe de estar cuidadosamente ajustada al presupuesto del enlace, de tal forma que se eviten tanto niveles de señal excesivamente bajos como niveles de señal demasiado altos.
• El ajuste de la potencia óptica inyectada, además de los niveles de splitting, depende también de las pérdidas que se producen en la propia red GPON debidas a empalmes, conectores y longitud de la propia fibra. La potencia inyectada puede variar entre márgenes tan amplios como 14 dBm (25,11 mw) hasta más de 20 dBm (100 mw).
• La potencia óptica inyectada en una fibra está limitada, entre otros factores, por el denominado efecto de dispersión estimulada de Brillouin (Stimulated Brillouin Scattering – SBS). Esta dispersión ocurre cuando una señal óptica excita una fibra óptica. El campo eléctrico de la señal óptica produce una compresión mecánica en el núcleo de la fibra a través de un proceso denominado “electrostricción” el cual genera fluctuaciones en su densidad. Esta alteración de las características del núcleo de la fibra provoca una dispersión hacia atrás de la luz inyectada en la fibra. Cuando la potencia inyectada en la fibra alcanza el nivel en el cual se produce la dispersión estimulada de Brillouin, la señal RF de vídeo se degrada severamente, afectando tanto a los canales de TV analógicos como a los digitales.

Distorsión de la señal RF analógica debida al efecto SBS (Corning)

• Incompatibilidad absoluta del sistema RF Overlay con las nuevas tendencias del mercado hacia la “televisión en cualquier dispositivo y en cualquier lugar”. El sistema RF Overlay obliga a una conexión RF por cable coaxial entre la salida CATV del ONT y la entrada RF del televisor. Sin embargo, la tendencia actual del mercado es hacia la visualización de contenidos, incluida la propia TV, en dispositivos como tablets, smartphones o el propio PC, lo cual requiere la denominada televisión por IP (IPTV).
• Dificultad del sistema RF Overlay para la implantación de sistemas de TV “a la carta”, lo cual también es una tendencia del mercado actual. Con el sistema RF Overlay la señal de TV se distribuye “a todos los usuarios” de la red GPON y se hace necesario un sistema de codificación de contenidos mediante claves de usuario y utilización de decodificadores para asegurar que los contenidos  “de pago” son visualizados únicamente por los clientes que efectivamente han hecho el pago.

Todos los inconvenientes citados anteriormente han hecho que la mayoría de los operadores esté migrando sus redes FTTH hacia la utilización de IPTV en lugar de RF Overlay. Con IPTV la señal de televisión es encapsulada en paquetes IP y es transmitida por la fibra óptica junto con los datos, utilizando la misma longitud de onda. No es necesario por tanto que el equipo ONT del usuario tenga disponible una salida de CATV, ya que la señal de televisión se distribuye a través de IP junto con los datos y el servicio de telefonía, ambos también mediante IP.

Distribución de la señal de TV mediante RF overlay con el ONT HG8247 de Huawei

Distribución de la señal de TV mediante IPTV con el ONT HG8247 de Huawei

Como se observa en las imágenes anteriores, existen ONT que soportan tanto RF overlay como IPTV, como por ejemplo el ONT 8247 de Huawei. Sin embargo, otros modelos de ONT solo soportan IPTV, como por ejemplo en ONT HG8240, también de Huawei.

Ausencia del conector CATV en el panel trasero del ONT HG8240 

El sistema IPTV, al enviar la señal de TV en forma de paquetes IP de la misma forma que los datos, no necesita el uso de sistemas de láser lineales y tampoco los sistemas de amplificación de señales ópticas (EDFA).

Con el sistema RF overlay es necesario utilizar amplificadores ópticos (© Huawei)

El sistema IPTV tiene también la gran ventaja de permitir de forma nativa que sus contenidos sean visualizados sin ninguna dificultad especial en dispositivos tales como tablets,  smartphones o PCs, además de en el propio televisor. Al mismo tiempo, es muy fácil hacer que determinados paquetes IP lleguen solo a determinados usuarios, por lo que la gestión de los denominados “contenidos de pago” es mucho más sencilla que con el sistema basado en RF Overlay.

Movistar Multipantalla: La posibilidad de ver la televisión en múltiples dispositivos

Ahora bien, no todo son ventajas con el sistema IPTV. Uno de los inconvenientes fundamentales respecto a RF overlay es que debido a limitaciones de ancho de banda en las redes FTTH actuales no es posible enviar múltiples canales de TV a cada uno de los usuarios de forma simultánea junto con sus correspondientes flujos de datos y telefonía IP. Este problema previsiblemente se reducirá en un futuro próximo, a medida que las actuales redes GPON (Gigabit-capable Passive Optical Network) vayan siendo actualizadas por redes de mayor capacidad, como 10G-PON (10 Gbit/s Ethernet Passive Optical Network). Es de señalar que los principales operadores de telecomunicaciones de España ya están migrando sus redes G-PON a redes 10G-PON. Mientras esas nuevas redes terminan su despliegue, la solución pasa por limitar el número de canales de TV que cada usuario puede visualizar de forma simultánea. A modo de ejemplo, el operador Movistar ofrece el denominado servicio Multiroom para aquellos clientes que desean visualizar dos canales de TV de forma simultánea.

En relación con el problema del elevado caudal de bps necesario para transmitir múltiples canales de TV, se debe de tener en cuenta que los nuevos codecs de vídeo como MPEG-4 consiguen tasas de compresión de la imagen mejores que codecs más antiguos, como por ejemplo MPEG-2. No obstante, a pesar de las mejoras introducidas por el codec MPEG-4, cada vez más aumenta la demanda de canales de vídeo en formatos de alta definición. Esto provoca a su vez un aumento en el flujo de bits a la salida del codificador y por tanto un aumento en el flujo de bits a ser transmitidos a través de las fibras ópticas de la redes FTTH

• Vídeo en definición estándar con codec MPEG-2:  de 2,5 a 3,5 Mbps
• Vídeo en definición estándar con codec MPEG-4: de 1,2 a 2,4 Mbps
• Vídeo en alta definición con codec MPEG-2: de 13 a 18 Mbps
• Vídeo en alta definición con codec MPEG-4: de 5 a 10 Mbps

Por último, como muestra del avance imparable de la tecnología IPTV respecto de los sistemas basados en RF Overlay, cabe citar que incluso los operadores de cable, que tradicionalmente han utilizado el sistema RF Overlay en sus redes HFC, también están comenzando a ofrecer el sistema IPTV a sus clientes. Un ejemplo de esto lo tenemos en el operador Euskaltel con su nuevo servicio denominado Edonon

Edonon: Nuevo sistema IPTV de Euskaltel a través de su red HFC

Nota: “Edonon” es una palabra que en euskera significa “en cualquier lugar”. Con esta denominación, Euskaltel ha querido transmitir a sus clientes una característica muy importante de la tecnología IPTV, la posibilidad de ver los contenidos de TV “en cualquier lugar”, en equipos como smartphones, tablets, PCs o televisores.