Transmissão em redes de CATV
A Figura 2 mostra detalhes sobre as técnicas empregadas para transmissão de sinais de vídeo analógico, vídeo digital, serviços de Internet e monitoração de equipamentos de rede HFC, na cidade de Manaus. Os serviços de Internet e TV digital interativa usam redes diferentes. O enlace bidirecional para Internet, formado pelas portadoras de canal direto e de retorno, é estabelecido seguindo a recomendação Data-Over-Cable System Interface Specifications (DOCSIS) [3], cujas especificações de camada física para o canal direto Radio Frequency Interface (RFI) são descritas na recomendação ITU-T J.83 – Anexo B [10]. Os serviços de áudio e vídeo digitais são transmitidos para o assinante seguindo a mesma norma. O sistema de TV em questão possui um segundo canal direto, conhecido como Out-Of-Band (OOB), específico para transmissão de informações de autorização, de guia eletrônico de programação, downloads de aplicações ou novas versões de software para o decodificador. As especificações desse enlace bidirecional são descritas na recomendação SCTE 55-1 (antigo DVS-178) [4] e utiliza modulação Differential Quadrature Phase Shift Keying (DQPSK) nos canais diretos e de retorno. Uma evolução natural para redes desse tipo seria implementar uma extensão do protocolo DOCSIS, conhecida como DOCSIS Set-Top Gateway (DSG) [13], na qual os dados do canal OOB são embutidos em portadoras DOCSIS do canal direto, as quais são processadas por decodificadores compatíveis.
Na realidade, os módulos de retorno dos decodificadores atualmente utilizados neste estudo de caso (DCT700 e DCT1800) são do tipo STARVUE-II, cujos parâmetros de camada física são similares aos definidos pelo SCTE 55-1. Uma das diferenças está na faixa de freqüência de operação: o SCTE-55-1 recomenda operação de 8 a 40MHz e o demodulador de retorno em uso trabalha somente de 8 a 15MHz. Esta limitação força o uso de uma faixa de freqüências no início do espectro de retorno, mais suscetível a ruído e a interferência que na faixa dos 30MHz, por exemplo. Além disso, faixas de freqüência próximas às freqüências de corte dos filtros diplex podem sofrer uma classe de distorção linear, chamada atraso de grupo [5] [6].
No caminho direto, os comandos são transferidos da controladora para o modulador OOB via rede Ethernet, onde este é combinado com outros comandos de sistema em um fluxo de dados multiplexado na forma de pacotes de transporte MPEG-2 [8], que será modulado em RF e transmitido por meio de uma portadora modulada em DQPSK, com freqüência entre 71 a 129MHz e largura de faixa de 1,8MHz. A taxa de bit total, capaz de ser escoada por este esquema de transmissão, é de 2,048Mbit/s. Cada pacote de transporte MPEG-2, de 188 bytes, é dividido ao meio para gerar dois blocos de 94 bytes cada. A codificação Reed-Solomon é aplicada e agrega 2 bytes de redundância em cada bloco. Isto permite correção de até 1 byte errado por palavra-código de 96 bytes. A taxa do código é, portanto, R = K / N = 94 /96 = 0,979167, onde K é o número de bytes de dados que serão codificados e N é o número total de bytes do pacote a ser transmitido (incluindo a redundância). A taxa líquida de informação é, portanto, 2,048×0,979167 = 2,005Mbps. Após a codificação de canal, os pacotes passam por um processo de entrelaçamento temporal que visa espalhar eventuais erros em rajada e, assim, facilitar o trabalho do decodificador de canal no lado da recepção.

Todos os comandos que requerem dados via canal de retorno têm sua origem na controladora ou no SMS, exceto quando Video On Demand (VOD) esteja habilitado. Neste caso, os sinais no canal de retorno são iniciados por comandos enviados pelo assinante através do controle remoto. O módulo transmissor de retorno, instalado dentro do decodificador, encarrega-se da transmissão de pacotes no formato de células Asynchronous Transfer Mode (ATM), de 54 bytes, usando modulação DQPSK, até o headend. O codificador de canal também é do tipo Reed-Solomon, mas neste caso agrega mais redundância: 8 bytes em cada pacote antes da transmissão, o que resulta num total de 62 bytes por pacote transmitido. Esta maior redundância permite detectar e corrigir até 4 bytes com erro por pacote de dados recebido. A taxa de transmissão total é de 256Kbps e a largura de faixa ocupada é de 192kHz. A atual versão do módulo de retorno do decodificador é ágil e pode ser configurada para transmitir a freqüências entre 8 e 12MHz, a passos de 192kHz [9]. A potência de saída do módulo pode variar entre +24dBmV e +60dBmV, em passos de 1dB [9]. Do lado do headend, o demodulador de retorno trabalha com nível nominal do sinal de entrada de 0dBmV (-5 a +5dBmV). A mínima relação sinal/ruído especificada pelo fabricante é de 16dB.

Ruído de Excesso

O ruído de excesso do canal de retorno é definido como sendo a potência de ruído e interferência que excede o piso de ruído mínimo esperado na arquitetura de rede HFC, o qual é devido, principalmente, ao enlace do nó óptico até o headend. A condição ideal ocorre quando o ruído de excesso é zero, ou seja, o piso de ruído é plano ao longo de todo o espectro de retorno e é composto apenas pelas principais fontes de ruído característico dos lasers semicondutores. Uma forma de medir o ruído de excesso é fazer a diferença entre a potência média do sinal em uma faixa de freqüências próxima àquela do serviço que se deseja avaliar e a potência média do sinal numa região do espectro localizada acima da freqüência de corte dos filtros diplex (onde, teoricamente, o ruído deveria ser baixo, limitado apenas pelo piso de ruído do enlace óptico). Em condições normais, o ruído de excesso é proporcional ao ruído / interferência na faixa de freqüências sob análise.
O processo de medição pode ser manual ou automático. Há uma série de instrumentos capazes de medir diretamente a potência do sinal em uma determinada faixa de freqüências, entre eles o AT2500HQ, da Sunrise Telecom. Outra alternativa é usar uma aplicação desenvolvida em Matlab®, que controla o analisador de espectro Tektronix 2715 para medições de ruído de excesso. O algoritmo usa a porta serial RS-232 para configurar o instrumento e obter as formas de onda. Os gráficos da Figura 3 foram gerados por esta aplicação e mostram o comportamento do espectro de freqüências do retorno ao longo de 10 medições, com intervalo de 10 segundos entre cada medição. Alguns tipos de interferência podem ser mais bem diagnosticados, configurando a aplicação para medições em períodos mais longos.
Na Figura 3a, a região escolhida para referência de ruído foi de 80 a 90MHz, justamente onde está presente uma portadora de vídeo, possivelmente gerada por câmeras de segurança de condomínios. Isto eleva “artificialmente” a potência do ruído, diminuindo o ruído de excesso para 10,8dB. Na medição da Figura 3b, a faixa de ruído vai de 89 a 99MHz, onde não há portadoras interferentes, apenas o piso de ruído devido ao enlace óptico, e o ruído de excesso vale 17,9dB. Os resultados são mostrados na Tabela 1. Observe que o valor do ruído de excesso pode variar dependendo da região do espectro escolhida como referência de ruído.

Práticas para controle de Não-Respondedores (NRs)

4. Isolar e priorizar as áreas mais afetadas: manipular os relatórios para saber quais nós ópticos possuem maior percentual (ou quantidade) de NRs, conforme mostrado na Tabela 3. A tabela classifica os nós ópticos da porta US122 em ordem decrescente de percentual de NRs. Da mesma forma que no item anterior, se houvesse 100% de NRs em um determinado nó óptico, o processo de diagnóstico deveria começar pela verificação de alinhamento e níveis de ruído naquele nó. Pode-se, eventualmente, medir o ruído de excesso em cada nó óptico da Tabela 3 (não há necessidade de medi-lo para os nós ópticos que não contêm NRs) antes de seguir para o próximo passo.
5. Forçar a recalibração de todos os NRs da área analisada: Embora estejam definidas operações diárias automáticas para recalibração de potência e coleta de compras, convém forçar a recalibração de todos os NRs da área analisada. A controladora considera um decodificador como sendo “não-respondedor crônico” caso não transmita informações em direção ao headend por um período igual ou superior a 5 dias. Quanto mais tempo fizer que um decodificador não responde, menos provável que ele vá responder após a recalibração forçada. A Tabela 4 mostra detalhes sobre os 4 não-respondedores pertencentes ao nó óptico M116 (este nó óptico é o que possui maior percentual de NRs dentre todos os nós da porta US112). Neste exemplo, nenhum dos decodificadores passou a responder após a recalibração.

6. Visitas técnicas para verificação no local: a última alternativa para reverter o estado de um decodificador classificado como NR é a visita técnica no local da instalação. Alguns dos problemas de rede interna que podem levar um decodificador à condição de não-respondedor são:
a. Conectores danificados ou mal crimpados: conectores externos podem apresentar corrosão; alguns assinantes podem tentar fazer sua própria instalação com uso de conectores de segunda linha e sem ferramentas de crimpagem adequadas. É boa prática forçar levemente o conector para verificar se está bem preso. Na dúvida, substitua o conector.
b. Cabos coaxiais: eliminar emendas e excesso de cabos desnecessários; verificar as condições gerais do cabo (se há exposição da malha, etc).
c. Traps e filtros passa-altas: a presença filtros para proteger o espectro de retorno impede a comunicação com o headend. O instalador deve ter em mente que o decodificador precisa do canal de retorno tanto quanto o cable modem.
d. Amplificadores sem capacidade de retorno: amplificadores internos devem ter capacidade de tráfego de sinais pelo canal de retorno e estar alinhados. Caso não tenham capacidade bidirecional, devem ser substituídos.
e. Configuração da instalação no ponto de conexão: o decodificador deve ser instalado antes dos outros dispositivos, como VCRs ou DVRs, cujos sintonizadores normalmente não deixam passar sinais na faixa de freqüências do canal de retorno. Determinar a configuração ideal de divisores, de modo a minimizar a atenuação em todos os pontos de conexão.

O histograma da Figura 7 mostra os resultados de 49 visitas de rede interna. A coluna mais à esquerda contempla o número de casos que se encaixam nos itens a até e, acima. Os casos onde houve dificuldade de acesso à residência ou erro de localização (mudança de endereço sem avisar a operadora) mostram a necessidade de se informar o assinante sobre os objetivos da visita técnica, uma vez que problemas de comunicação no retorno podem não implicar, necessariamente, na interrupção do serviço de vídeo do assinante. A coluna “Decoder desligado” mostra alto número de decodificadores que, por hábito, são desconectados da energia pelo menos durante os horários programados para calibração. Isto pode indicar necessidade de se programar esse processo em outro horário ou diminuir o intervalo entre calibrações.

Conclusão
Este trabalho apresenta uma seqüência de procedimentos para identificar e controlar o número de decodificadores classificados como “não-respondedores crônicos” em uma operação de TV digital com capacidade bidirecional da rede HFC e decodificadores equipados com módulos transmissores de retorno. No caso particular deste estudo, pôde-se observar que o esquema transmissão utilizado para o caminho de retorno é robusto o suficiente para operar no início da faixa do retorno, região esta que apresenta, normalmente, altos níveis de ruído e interferência. A experiência indica que a principal causa da falta de comunicação no sentido do retorno são problemas na rede interna (do tap até o ponto de conexão do assinante). Boas práticas de instalação, conseguidas à custa de treinamento das equipes, tendem a minimizar a quantidade de não-respondedores na base. Além disso, é conveniente que o fabricante procure, em versões futuras, prover o sistema com ferramentas destinadas a obter, com mais facilidade, informações como o nível de potência de transmissão e a relação sinal-ruído na porta do demodulador, para cada decodificador da base. Esses mecanismos, largamente utilizados no sistema DOCSIS, auxiliariam no processo de diagnóstico de falhas.