INDICE. Conceptos básicos: Frecuencia, período, señal de TV, modulación, espectro electromagnético.

Transcripción

1 ASPECTOS TÉCNICOS BÁSICOS DE CATV Esttándarres y Capaciittaciión Técniica Gerrenciia de Soporrtte Técniico Operrattiivo

2 INDICE Conceptos básicos: Frecuencia, período, señal de TV, modulación, espectro electromagnético. Headend: Proceso en el headend, descripción de equipos. Cables coaxiales: Descripción, características de los cables. Redes de cable: Esquema tree and Branch / red árbol rama, esquema HFC, tendido de redes. Instalaciones domiciliarias: Instalación en casas, instalación en edificios. Fibra óptica. 2

3 1_CONCEPTOS BÁSICOS FRECUENCIA Es una medida para indicar el número de repeticiones de cualquier fenómeno o suceso periódico en una unidad de tiempo. Para calcular la frecuencia de un evento, se contabilizan un número de ocurrencias de éste teniendo en cuenta un intervalo temporal, luego estas repeticiones se dividen por el tiempo transcurrido. Según el Sistema Internacional, el resultado se mide en hertz (Hz). Un hertz es aquel suceso o fenómeno repetido una vez por segundo, 2 Hz son dos sucesos por segundo y así sucesivamente. Esta unidad se llamo originariamente como ciclo por segundo y aún se sigue utilizando. Un método alternativo para calcular la frecuencia es medir el tiempo entre dos repeticiones (periodo) y luego calcular la frecuencia (f) recíproca de esta manera: donde T es el periodo. Múltiplos: KHz. (KiloHertz) = MHz. (MegaHertz) = GHz. (GigaHertz) = Hz Hz Hz PERÍODO El término período se utiliza para designar el intervalo de tiempo necesario para completar un ciclo repetitivo. En física período se utiliza para designar el intervalo de tiempo entre dos puntos equivalentes de una onda u oscilación, también se puede asociar a la frecuencia mediante la relación: 3

4 FIGURA 1: Representación de una señal alterna: Amplitud (eje vertical) vs. Tiempo (eje horizontal). Se observa que a mayor frecuencia, la señal es más rápida y el ciclo de repetición es más corto. Amplitud 1 seg. SEÑAL 1: FRECUENCIA 1 Hz (1 ciclo/seg) PERIODO: 1 seg. 1/2 seg. SEÑAL 2: FRECUENCIA 2 Hz (2 ciclos/seg.) PERIODO: 1/2 seg. 1/4 seg. SEÑAL 3: FRECUENCIA 4 Hz (4 ciclos/seg.) PERIODO: 1/4 seg. ¼ seg. ½ seg. ¾ seg. 1 seg. Tiempo (seg.) Otra forma de representar una señal alterna es: Amplitud (eje vertical) vs. Frecuencia (eje horizontal) FIGURA 2: Representaremos las tres señales anteriores, ahora en función de la frecuencia. 4

5 FIGURA 3: Representación de las mismas señales en función del tiempo y de la frecuencia. SEÑAL DE TV La señal de un canal de TV, representada en función de la frecuencia es la siguiente: 5

6 Dentro de un ancho de banda de 6 MHz tenemos la señal de video y la de audio, dentro de la señal de vídeo tenemos la información de la imagen, en luz y color, lo que se llama Luminancia y Crominancia, y de sincronismos. La imagen esta formada por luz y color, la luz define la imagen en blanco y negro (es la información que se utiliza en sistemas de blanco y negro) y a esta parte de la señal de vídeo se le llama luminancia. La parte del color recibe el nombre de Crominancia y transporta las dos variables que componen los colores, el tinte (es decir el tipo de color que es, rojo, verde, azul...) y la saturación (es decir la cantidad de color que hay). Existen tres estándares diferentes para la codificación del color, NTSC (utilizado en América y Japón), SECAM (Francia y antiguos países socialistas) y PAL (Europa, China, Argentina.). MODULACIÓN La modulación consiste en un proceso en donde eléctricamente un parámetro de una onda portadora cambia de acuerdo a las variaciones de la señal moduladora, que es la información que se quiere transmitir. Para transmitir varios canales por el mismo medio, los mismos deben "acomodarse (ser desplazados) dentro de las bandas de frecuencias asignadas para CATV (desde 5 MHz hasta 1 GHz). Al sumar todas las señales moduladas, obtendremos el espectro de señales de CATV que debemos transmitir por el cable: 6

7 MAS CANALES Ch 2 Ch 3 Ch 4 Ch 5 Ch MHz MHz MHz MHz MHz MHz MHz MHz BANDAS UTILIZADAS EN CATV Espectro electromagnético Atendiendo a su longitud de onda, la radiación electromagnética recibe diferentes nombres, y varía desde los energéticos rayos gamma (con una longitud de onda del orden de picómetros) hasta las ondas de radio (longitudes de onda del orden de kilómetros), pasando por la luz visible (cuya longitud de onda está en el rango de las décimas de micrómetro). El rango completo de longitudes de onda es lo que se denomina el espectro electromagnético. La luz visible es un minúsculo intervalo que va desde la longitud de onda correspondiente al color violeta (aproximadamente 400 nanómetros) hasta la longitud de onda correspondiente al color rojo (aproximadamente 700 nm). En telecomunicaciones se clasifican las ondas mediante un convenio internacional de frecuencias en función del empleo al que están destinadas: Clasificación de las ondas en telecomunicaciones Sigla Rango Denominación Empleo VLF 10 khz a 30 khz Muy baja frecuencia Radio gran alcance LF 30 khz a 300 khz Baja frecuencia Radio, navegación MF 300 khz a 3 MHz Frecuencia media Radio de onda media HF 3 MHz a 30 MHz Alta frecuencia Radio de onda corta VHF 30 MHz a 300 MHz Muy alta frecuencia TV, radio UHF 300 MHz a 3 GHz Ultra alta frecuencia TV, radar SHF 3 GHz a 30 GHz Súper alta frecuencia Radar EHF 30 GHz a 300 GHz Extra alta frecuencia Radar 7

8 Distribución general de servicios dentro del Espectro Electromagnético En TV por cable, los canales se modulan dentro de ciertos intervalos de frecuencias denominados bandas. BANDAS UTILIZADAS EN CATV BANDA DE RETORNO 5 a 42 MHz RETORNOS BANDA BAJA 54 a 88 MHz Ch 2 al 6 RADIO FM 88 a 108 MHz BANDA MEDIA 120 a 174 MHz Ch 14 al 22 BANDA ALTA 174 a 216 MHz Ch 7 al 13 CANALES DE T V ANALÓGICOS SUPER BANDA 216 a 300 MHz Ch 23 al 36 HIPER BANDA 300 a 546 MHz Ch 37 al 77 VIDEO DIGITAL DATOS DIGITALES 546 a 750 MHz CANALES DE TV DIGITALES La cantidad de canales y bandas que se pueden ocupar depende del ancho de banda de la red, esto es, de la capacidad de la misma para transportar un rango amplio de frecuencias. 8

9 2_ HEADEND O CABEZAL FUENTES DE SEÑAL El cabezal es el sector en el que se procesan todas las señales que serán enviadas a la red. Las fuentes posibles de generación de dichas señales son varias: SATELITES PROVEEDOR DE SEÑALES SATELITALES EMISORA DE TV ABIERTA HEADEND ENLACES DE FIBRA ÓPTICA PROGRAMACION ENLATADA CANALES DE PRODUCCION PROPIA Satélite Microondas Aire Enlatados Producción propia Enlaces por cable coaxial Enlaces por fibra óptica 9

10 PROCESOS EN EL HEADEND El Headend es el centro del sistema encargado de agrupar y tratar los diversos contenidos que se van a transmitir por la red. En la figura, se puede ver como es el proceso de las señales de vídeo hasta su salida a la red. 10

11 DESCRIPCION DE EQUIPOS Receptor satelital - Decodificador Es el encargado de recibir la señal de un satélite captada mediante una antena parabólica y traducir (decodificar) señales que llegan codificadas. Debe estar habilitado por quien comercializa la señal. Conversor de Norma Convierte la señal que recibe del equipo anterior a norma PAL-N desde la norma original (Ej. NTSC, PAL-M, etc.). Modulador En el encargado de traducir la señal original en banda base a un canal o posición deseada en RF. MODULADOR CH2 0 MHz 6 MHz 0 MHz 54 MHz 60 MHz ENTRADA (BANDA Audio Video Salida Modulada Canal 2 Sumador Es el dispositivo que realiza la sumatoria de todos los moduladores, creando una salida única que servirá para ser insertada en la red. Procesador Recibe la señal de los canales de aire y ajusta su nivel en forma automática dándole los parámetros adecuados para ser transmitida. Centro editor Se compone de varios equipos (isla de edición), con los cuales se compagina y edita el material producido. 11

12 3_CABLES COAXIALES DESCRIPCIÓN El cable coaxial es un Cable formado por dos conductores concéntricos. Un conductor central o núcleo, formado por un hilo sólido de cobre o acero cobreado copper clad. Un conductor exterior en forma de tubo o vaina, y formado por una malla aluminio. Este conductor exterior produce un efecto de blindaje y además sirve como retorno de las corrientes. El primero está separado del segundo por una capa aislante llamada dieléctrico. De la calidad del dieléctrico dependerá principalmente la calidad del cable. Todo el conjunto está protegido por una cubierta aislante llamada jacket. Existen múltiples tipos de cable coaxial, cada uno con un diámetro e impedancia diferentes. El cable coaxial no es habitualmente afectado por interferencias externas, y es capaz de lograr altas velocidades de transmisión en largas distancias. Por esa razón, se utiliza en redes de comunicación de banda ancha (cable de televisión) y cables de banda base (Ethernet). El cable coaxial se reemplaza por la fibra óptica en distancias superiores a varios kilómetros, porque el ancho de banda de esta última es muy superior, lo que justifica su mayor costo y su instalación más delicada. Conductor Dieléctrico Cubre dieléctrico de aluminio Malla de aluminio Cubierta 12

13 CARACTERISTICAS DE LOS CABLES Las señales de transmisión de RF a través de largas distancias están sujetas a pérdida de fuerza o amplitud de la señal y otras anomalías llamadas distorsiones. La atenuación es la razón principal de que el largo de las redes tenga varias restricciones. Si la señal se hace muy débil, el equipo receptor no reconocerá esta información. El cable pierde señal y esta es proporcional a su longitud y a la frecuencia de transmisión, por lo será necesario colocar amplificadores a lo largo de nuestra red para recuperar el nivel de señal. Para frecuencias mayores (canales más altos) el cable atenúa más: Amplitud Amplitud 2 77 Frecuencia 2 77 Frecuencia Señal de Entrada Señal de Salida Para compensar éste efecto se colocan ecualizadores en cada amplificador, los cuales restablecen las relaciones de nivel entre los canales altos y bajos. Amplitud Amplitud Amplitud Ch2 Ch77 Frecuencia Ch Frecuencia Ch7 Ch Ch7 Frecuencia Señal de Entrada al Amplificador Ecualizador Señal de Salida El cable pierde más señal cuando la temperatura ambiente es más elevada, la atenuación aumenta un 1,8% por cada 10ºC de incremento. Para compensar esta variación, los equipos poseen Control Automático de Ganancia (AGC), éste sistema permite que se mantengan constantes los niveles de salida de los amplificadores ante las variaciones climáticas. 13

14 4_REDES DE CABLES ESQUEMA TREE & BRANCH O ARBOL-RAMA Es el esquema clásico de red totalmente coaxial, que surge de una solución técnico económica. HEADEND RED TRONCAL Es la línea que lleva la señal con buena calidad lo más lejos posible. Puede tener hasta 15 Km. de longitud Puede tener hasta 30 amplif. En serie El cable usado es el más grueso (1 ) Por la tecnología, los amplif. de línea son los más caros RED DE DISTRIBUCION Es la línea que distribuye la señal a los abonados El cable coaxial es más fino Los amplificadores (Line Extender) son mucho más económicos No puede haber más de 3 amplificadores en cascada En su recorrido se insertan TAPs, que son derivadores con 2, 4 u 8 salidas, a las cuales se conectan los cables hacia los abonados 14

15 ESQUEMA HFC Siglas de "Hybrid Fiber Coaxial" ("Híbrido de Fibra y Coaxial"). En Telecomunicaciones, es un término que define una red que incorpora tanto fibra óptica como cable coaxial para crear una red de banda ancha. Esta tecnología permite el acceso a Internet de banda ancha utilizando las redes CATV existentes. Se puede dividir la topología en dos partes. La primera consiste en conectar al abonado por medio de cable coaxial a un nodo zonal y posteriormente interconectar los nodos zonales con fibra óptica. A través del uso de cada una de estas tecnologías, la red es capaz de aprovecharse de los beneficios y minimizar el impacto de las limitaciones inherentes a cada una. La fibra óptica proporciona la ventaja de cubrir distancias razonablemente largas con un mínimo de amplificación y regeneración de la señal. El cable coaxial proporciona una capacidad de ancho de banda considerable, mientras que también permite que la señal se extraiga y se inserte con una mínima interferencia a cualquier cliente o equipo. Las limitaciones de este sistema son que a veces la señal necesita ser amplificada y además es susceptible a interferencias externas. Funcionamiento A diferencia de las redes CATV en donde la transmisión es unidireccional (desde la central hacia el abonado), en HFC la transmisión es bidireccional. Red Troncal Después que la información es procesada en la cabecera se entrega a la red troncal donde se utiliza fibra óptica, esta fibra que esta en la red troncal tiene la ventaja de eliminar la larga serie de amplificadores de banda ancha que insertan mucho ruido y los fallos potenciales en el sistema de cable. Los únicos amplificadores que permanecen entre la cabecera y el usuario son los de la red de distribución. La red troncal suele presentar una estructura en forma de anillos redundantes de fibra óptica que une a un conjunto de nodos primarios. Red de Distribución En los nodos las señales ópticas se convierten a señales eléctricas y se distribuyen a los hogares de los abonados a través de una estructura tipo bus de coaxial, la red de distribución. Cada nodo típicamente tiene capacidad para alimentar unos 2000 hogares pasados o relevados, 500 por cada salida), siendo un tamaño habitual en las redes HFC. (este tamaño puede variar según el diseño que depende del tráfico de reversa necesario para abastecer la demanda de servicios doble vía específicos por zona) el cual permite emplear cascadas de 2 ó 3 amplificadores de banda ancha como máximo. Con esto se consiguen unos buenos niveles de ruido y distorsión en el canal descendente (de la cabecera al abonado). 15

16 HE EEAAADDDEEENDDD Nivel Básico Grafico de una red HFC 16

17 Tendido de redes Tendido por postes (Aéreo) CABLE DE ACERO AMPLIFICAD TAP CABLE DE TAP LOO POST Tendido por centro de manzana Los cruces entre manzanas pueden ser aéreos o subterráneos. 17

18 5_INSTALACIONES DOMICILIARIAS Instalación en casas La instalación de una casa se realiza con un tendido de cable coaxial flexible del tipo RG-6 o RG-11, desde el TAP más cercano al domicilio hasta la propiedad. Dependiendo de la cantidad de TV que posea el abonado, se deberá colocar un amplificador domiciliario, ya que la señal provista a la salida del TAP no es suficiente para tantos aparatos CABLE DE RED TAP CABLE DOMICILIARIO TV DCT La instalación puede realizarse por exterior (como en la figura anterior), o por cañería (figura posterior), para lo cual la acometida llega al techo e ingresa al caño, del cual previamente se ha removido el cable de antena existente. 18

19 Los elementos del sistema de antena de aire del cliente no se utilizan, ya que generalmente no son aptos para transmitir la mayor cantidad de canales que se ofrecen en el servicio de TV por cable. Instalación en edificios La instalación en edificios es parecida a la de casas: desde el TAP sube un único cable a la terraza, allí se coloca un amplificador que nos permite obtener un nivel de señal suficiente para dar servicio a los abonados del consorcio. En la terraza se instala una caja estanca, la que contiene el amplificador, su fuente de alimentación y los divisores de señal desde donde parte un cable de bajada por abonado que lleva el servicio hasta cada uno de los departamentos. CAJA AMPLIFICADORA CABLE DE BAJADA CABLE DE SEÑAL DEL EDIFICIO TAP 19

20 6_Fibra Óptica Hoy en día para realizar enlaces con baja atenuación y gran inmunidad al ruido, se dispone de la fibra óptica. Esta tecnología combina el uso de la luz como portadora de información, y las fibras de vidrio como guías de onda de dicha luz. FIGURA: Ejemplo de un enlace con Fibra Óptica CABLE DE FO TX ÓPTICO RX ÓPTICO CABLE DE RF En el headend, la señal de radiofrecuencia (RF) es insertada en los Transmisores Ópticos, que son los que transforman la señal en luz, en una longitud de onda determinada. La luz viaja por la fibra sin sufrir gran atenuación, pudiendo cubrir una gran distancia (decenas de Km.) sin necesidad de equipos intermedios, hasta el nodo receptor. El receptor óptico vuelve a transformar la luz en RF para su distribución por el cable. 20

21 REVESTIMIENTO 250 µm RECUBRIMIENTO 125 µm NUCLEO 8 µm Sección de una Fibra óptica Las FO se pueden dividir en 2 grupos, las Multimodo y las Monomodo. Las usadas para transmisiones de largas distancias son las Monomodo. Están compuestas de 3 elementos, un core o núcleo, con un diámetro de 8 µm, un cladding o revestimiento, que es el área que esta por sobre el núcleo y por último un coating o revestimiento que es la capa que le da resistencia y un color para su identificación. Cada pelo de fibra óptica puede transportar más información que el cable coaxial, y con mejor calidad final. En contrapartida, es más cara, por lo cual sólo se justifica para gran cantidad de abonados. 21

22 7_GLOSARIO AGC El control automático de ganancia (AGC) es un sistema electrónico encontrado en muchos dispositivos. Su objetivo es de controlar el nivel de un sistema para mantener el funcionamiento adecuado sobre una gama de señal de entrada. AM Es un tipo de modulación lineal que consiste en hacer variar la amplitud de la onda portadora de forma que esta cambie de acuerdo con las variaciones de nivel de la señal moduladora, que es la información que se va a transmitir. AMPLIFICACIÓN Es el proceso que eleva los niveles de la señal. AMPLIFICADOR Equipo que se usa para amplificar la señal. AMPLIFICADOR DE DISTRIBUCIÓN (o Line Extender) Es el amplificador que se utiliza en las líneas que distribuyen la señal a los abonados. Su calidad es inferior a la del troncal y opera a altos niveles. AMPLIFICADOR TRONCAL Es el amplificador que se coloca sobre la red troncal, en general, es el de mayor calidad de todos. Opera a niveles de señal más bajos que el line extender. AMPLITUD Es el nivel máximo de una señal alterna. ANALÓGICO/A Información cuyos niveles varían en forma continua. ANCHO DE BANDA Es el intervalo de frecuencias ocupado por una o más señales. ATENUACIÓN Es la pérdida de señal que se produce en un elemento de la red. BANDA BASE Característica que presenta la señal de TV cuando se genera (sin modular), por Ej. en la salida de la cámara, en este caso se tiene por separado la señal de audio con frecuencias de hasta 20 KHz y la de video que ocupa hasta los 4 MHz. BANDA DE RETORNO (O REVERSA) Es el rango de frecuencia que se reserva para señales que viajan en sentido inverso (es decir desde un punto de la red hacia el cabezal). 22

23 CABEZAL Es lugar que concentra el equipamiento donde se reciben, generan, procesan y emiten las señales que se transmiten por una red de cable. CASCADA Es el número de amplificadores conectados en serie. CATV TV por cable CROMINANCIA Es la componente de la señal de vídeo que contiene las informaciones del color. DBMILIVOLT (dbmv) Es la unidad de medida del nivel de la señal de TV. DECIBEL (db) Unidad de medida que expresa la relación entre dos potencias (Ej. Potencia de salida vs. Potencia de entrada), se utiliza para indicar la ganancia o pérdida de potencia de un dispositivo. DECODIFICADOR Aparato electrónico que descifra (decodifica) señales de TV codificadas. DIELÉCTRICO Material aislante que separa los dos conductores del cable coaxial. DIGITAL: Información en la que se utilizan dos estados (unos y ceros) para representar valores preestablecidos de una señal analógica. DIVISOR: Dispositivo pasivo (no necesita fuente de alimentación para su funcionamiento) que divide la señal en dos o más caminos. ECUALIZADOR Elemento que restablece la relación de niveles adecuada entre las diferentes frecuencias presentes en el cable, En nuestro caso los ecualizadores poseen una respuesta inversa a la del cable (para compensar su efecto), para ello debe presentar mayor atenuación en los canales de la banda baja y menor en los de la banda alta. FEEDER Cable de la red de distribución que une la salida de un amplificador con la entrada del siguiente, sin derivar señal a los abonados. FM (Modulación en frecuencia) Es el tipo de modulación que modifica la frecuencia de la portadora en función de las variaciones de la información. 23

24 FOAM Espuma plástica que se utiliza como dieléctrico en los cables. FRECUENCIA Es la cantidad de veces que una señal alterna se repite en un segundo. FUENTE DE ALIMENTACIÓN Aparato que toma energía de la red 220 V y la adapta a los valores adecuados para alimentar a los amplificadores de la red. Hertz (Hz) Es la unidad en que se mide la frecuencia, (1 Hz = 1 ciclo / segundo). HUB Sitio donde se recibe señal óptica proveniente del headend y se realiza la transición hacia los nodos. LUMINANCIA Es la componente que codifica la información de luminosidad de la imagen MICROONDAS Son señales cuya frecuencia es superior a 1 GHz. MODULACIÓN Es la técnica que permite modificar un parámetro (amplitud, frecuencia o fase) de una señal (portadora), en función de las variaciones de la información. NODO Dispositivo que traduce la señal óptica proveniente del Hub y la convierte en RF, para su posterior distribución hacia los abonados. NTSC Norma estadounidense para señales de TV. PAL-N Norma PAL, usada en TV en Argentina. PAL Norma para señales de TV creada en Alemania. PERIODO Es el tiempo de duración de un ciclo de una señal alterna. PORTADORA DE VIDEO Es la señal de radio frecuencia sobre la cual se modula la información de video de la señal de TV. 24

25 PORTANTE Cable de acero que sirve para fijar y tensar el cable coaxial. RF (radiofrecuencia) Rango de frecuencias que se propagan por el aire. RG 59 Cable que se utiliza para la instalación de abonados. RG 06 Cable que se utiliza para la instalación de abonados. SEÑAL ALTERNA Es una información o señal que varia periódicamente en el tiempo SINCRONISMO Es la información que se envía dentro de la señal de TV para que el receptor interprete el comienzo de cada pantalla. TAP Dispositivo que, colocado en la red, permite derivar señal para los abonados. TELEMETRÍA Proceso de medición a distancia.- TRONCAL Parte de la red que se diseña para llevar la señal lejos, sin distribuir en el camino.- 25