Introducción ....................................................................................................................... ................................................................................................................................. ........... 2 Sistema CATV ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ 3 Características Características ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... 3
Arquitectura de una red CATV ..................................................................................................... 3 Estación cabecera cabecera ................................................................................ ................................................................................................................. ................................. 5 Red Troncal.................................................................... Troncal........................................................................................................................... ....................................................... 6 Red de distribución distribución .............................................................................................................. .............................................................................................................. 7 Acometida Acometida de la casa del abonado abonado ...................................................................................... 7
Nivel y calidad de la señal .................................................................................................... ............................................................................................................ ........ 8 Espectro y canalización de redes CATV ........................................................................................ ........................................................................................ 9 Componentes de una red CATV ................................................................................................. 10 Símbolos en las redes CATV ....................................................................................................... 13 Conclusiones ........................................................................................................... ............................................................................................................................... .................... 14 Referencias Bibliográficas Bibliográficas .......................................................................................................... 15
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Introducción En el presente trabajo estudiaremos el sistema de televisión por cable, el cual surge por la necesidad de llevar señales de televisión y radio, de índole diversa, hasta el domicilio de los abonados, sin necesidad de que estos deban disponer de diferentes equipos receptores, reproductores y sobre todo de antenas. La existencia de redes de televisión por cable o CATV (Community Antenna Television) se remonta a mediados de los años 40. En estos años, en Estados Unidos, concretamente en Oregón, un técnico montó una pequeña red que se puede considerar precursora de la televisión por cable. Estaba constituida por un sistema de antenas, amplificadores y mezcladores de señal. Esta señal combinada era distribuida mediante cable a sus vecinos, que de esta forma podían ver diversos programas sin necesidad de disponer de antenas y con un buen nivel de calidad. En España, las primeras redes de televisión por cable aparecieron a principios de los años 80, fueron evolucionando y a finales de la décad a de los ochenta surgen las primeras redes de CATV que ya emitían, junto a los canales españoles de televisión terrestre, diversos canales extranjeros, la mayoría procedentes de satélites, e incluso añadían alguno de producción propia, especialmente de carácter local, para hacerlos más atractivos. Estas redes han estado operando en la ilegalidad, ya que no existió un marco legal regulatorio, hasta que se promulgó, el 22 de diciembre de 1995, la Ley 42/1995 de las telecomunicaciones por cable. Los sistemas de CATV comenzaron como un medio para permitir buena calidad de imagen en zonas donde la recepción de TV por aire era mala por su lejanía a la emisora de TV, debido a la topología del terreno o a urbanizaciones que dispusieran edificaciones muy altas. En EUA se formaron asociaciones comunitarias a ese fin, por esa razón a estas redes se les llamó inicialmente Community Antenna Televisión (CATV), siglas que se impusieron aunque con el significado de TV por Cable.
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Sistemas de televisión por cable La televisión por cable o CATV (Community Antenna Television), comúnmente denominada Video Cable o simplemente Cable, es un sistema de televisión por suscripción que se ofrece a través de señales de radiofrecuencia que se transmiten a los televisores por medio de redes de fibra óptica o cable coaxial. La competitiva contienda de los servicios de telecomunicaciones gira actualmente también en torno a las redes de CATV. Se actúa en la integración a las redes de telefonía y a las de Internet. Para universalizar el ámbito de las redes de telecomunicaciones, deberemos adentrarnos en su particular estudio.
Características de la red CATV Las redes de acceso de las empresas prestadoras del servicio de televisión por cable, tienen fundamentalmente las características de las redes de banda ancha. Están constituidas sobre arquitecturas de cables de fibras ópticas o híbridas de fibra-coaxial (HFC). Actualmente, la principal particularidad de estas redes es prestar servicio analógico al cliente, aunque están preparadas o se están preparando, para ofrecer transmisión digital bidireccional, con banda ancha asimétrica en ambos sentidos. En ese caso, están constituidas por canales descendentes (de cabecera al usuario) y ascendentes (del usuario a cabecera). De esta forma podremos obtener el monitoreo de los servicios, para brindar telefonía, datos y servicios interactivos. Básicamente la red de CATV ofrece el servicio de difusión masiva (broadcasting) de canales compartidos, es decir sus usuarios reciben la misma programación. Con las nuevas tecnologías la transmisión podrá ofrecerse en forma multicasting. Los usuarios abonan por estos servicios una cuota mensual básica fija. El gran cambio lo ha representado ofrecer otros servicios mediante un pago extra, como ser, video sobre demanda VoD (Video on Demand), pago para ver PPV (Pay per View), juegos interactivos (SEGA Channel), Internet, etc.
Arquitectura de la red CATV El servicio de CATV, tiene la filosofía de emisión y distribución tipo “uno a todos” (broadcasting). La red debe ser capaz de transportar una única señal a todos los clientes, con uso intensivo del ancho de banda utilizado. Tecnológicamente es el más sencillo de los servicios. La arquitectura de la red consta en general de una central cabecera HE (headend), desde donde parten redes de transporte hasta amplificadores troncales. La red troncal de transporte, alimenta a redes de acceso. Esta red recorre importantes distancias, debe permitir dividir el área de servicio, en distintas zonas de distribución y preservar la cal idad admisible de transmisión de la señal. Cada red de acceso o distribuidora, tramo final de la red, termina en las acometidas a los domicilios de los clientes.
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Los equipos necesarios en cada una de las partes de la red de CATV, son:
Los requeridos a la obtención de la señal (recepción y/o generación) y del procesamiento de la señal (codificación, modulación y mezclado), en la central cabecera. Los amplificadores troncales, puente (bridge) o derivadores y los prolongadores de línea en los ramales, en la red. Terminales de recepción de video y audio aparato de televisión, video-caseter a de registro VCR (Video Cassette Recorder), y en su caso los conversores, STB (demodulación y decodificación), caja inteligente de uso complementario al televisor en la casa del cliente.
A continuación se muestra el diagrama de bloques del sistema de distribución de CATV:
Fig. 1 - Diagrama de bloques de distribución de CATV
Los componentes de la red descrita son: -Estación cabecera. -Red troncal o de transporte -Red de distribución -Red de acometida al hogar del abonado
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1. Estación cabecera
La cabecera es el centro de la red encargado de agrupar y tratar los diversos contenidos que se van a transmitir por la red. La estación cabecera dispone su equipamiento en:
Antenas parabólicas satelitales, para la recepción de programas desde otros países, antenas parabólicas de radioenlaces en microondas terrestres para recepcionar señales desde emisoras de difusión abierta (broadcasting) y en VHF y UHF para recepcionar emisiones de TV abierta. Demoduladores, que extraen la banda base de video y audio de las señales aéreas en radio frecuencia RF. Receptores y decodificadores satelitales, para extraer la banda base de señales desde satélites. Receptores de VHF / UHF o microondas, operando en banda base de televisión abierta. Receptores ópticos, para los cables troncales de fibra óptica. Conversores de normas PAL / SECAM / NTSC, tipos N, M, B y G. Moduladores, que permiten construir a partir de señales de banda base una señal de banda ancha sobre portadora de RF, para ser distribuida, estándar IRC / HRC. Combinadores, que combinan distintas señales de TV de salida de los moduladores e insertarlas al cable coaxial. Procesadores de señales combinadas de modulador y demodulador, que ajustan el nivel y retransmite canales abiertos, en nuevo canal. Codificadores mezcladores, scramblers, de las señales de video y/o audio para evitar la recepción a programas o canales no autorizados.
Fig. 2 - Estación cabecera de una red CATV 5
2. Red Troncal
El cable troncal transporta la señal a las zonas barriales. Su principal función es la de cubrir tal distancia preservando la calidad de la señal. El equipamiento de la red troncal dispone de amplificadores troncales. Estos tienen características de baja distorsión a bajo nivel de salida. Pueden poseer salidas de distribución tipo bridge. El número de amplificadores empleado dependerá de la longitud de la red troncal, entre la cabecera y la zona de servicios. Los amplificadores instalados en cascada en una ruta troncal (llamada una corrida) están limitados por el ruido acumulado de acuerdo al factor 10 log N (donde N es el número de amplificadores a lo largo de la cascada), el que es llamado distorsión por ruido (building-up). Podrán instalarse para una aplicación con relativo ancho de banda, unos 30 amplificadores, aunque primitivos sistemas con pocos canales pueden tener tanto como 60 amplificadores en cascada. La red troncal podrá estar constituida con cables coaxiales de 0.750”, 0.860”, 0.875”, 1.00” y 1.25” de diámetro. A mayor diámetro, le corresponderá menor resistencia eléctrica, por unidad de longitud. La práctica actual es construir la red troncal empleando cables de fibra óptica, aunque existen todavía troncales en coaxial. Con cables coaxiales se requieren instalar amplificadores cada 600 m, dependiendo esta distancia del ancho de banda del sistema. Esta planta comprende aproximadamente el 15 % de la red. 1090-1105
Fig. 3 - Red Troncal
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3. Red de distribución
La distribución zonal o alimentación barrial se realiz a mediante cables coaxiales, que disponen cajas de derivación (taps), las que permiten la conexión de la acometida al domicilio del abonado. Estos cables tienen como interfaz al cable troncal un amplificador denominado amplificador puente (bridge amplifier), que incrementa el nivel de la señal para llegar correctamente a múltiples hogares. Los elementos acti vos de esta red, corresponden a amplificadores de distribución, de alta distorsión y con alto nivel de salida. Esta planta comprende aproximadamente el 40 % de la red. Los elementos pasivos de la red de distribución, (que no recibe alimentación eléctrica), comprenden los taps para instalar las acometidas de abonados y los divisores de señales ópticas (splitters), para dividir la línea en 2, 4 u 8 partes. Si se desea una red para servicios bidireccionales, no se deben utilizar más de tres divisores, ya que a medida que se divide la señal, más usuarios comparten el ancho de banda lo que producirá efectos indeseables como ser la producción de ruido. En este sector de red se podrá disponer elementos adicionales como ser:
Generadores del fluido eléctrico, que permiten proveer la tensión de alimentación a la red. Rectificadores de alimentación, que llevan la corriente alterna a corriente continua, alimentación de los amplificadores. Conectores de cables y terminales. Acopladores direccionales de potencia, que permiten tomar derivaciones de una línea de energía con un menor nivel, dejando pasar la corriente alternada.
El sector de ramales de distribución, podrá incluir cables coaxiales de 0.412”, 0.500” y 0.625” de diámetro. Uno o más amplificadores, denominados generalmente extensores de línea, son incorporados en los ramales de distribución. Esta planta comprende aproximadamente el 40 % de la red. 4. Acometida de la casa del abonado
La acometida a la casa del abonado o cable de bajada y su cableado interno, se efectúa mediante un cable coaxial flexible que tiene una longitud típica de 45 m. La sección de acometida al abonado, podrá montar cables tipo RG-59, RG-6, RG-7 y RG-11.
Fig. 4 - Acometida o red de dispersión
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Nivel y Calidad de la señal La red de distribución de TV por cable debe cumplir severas normas de calidad. En caso contrario la señal que recibe el abonado, por hacer uso de modulación analógica, se traducirá en degradaciones perceptibles de la imagen. Definir la calidad de servicio será considerar múltiples factores como ser calidad de imagen, sonido, variación de la programación, etc. Los principales parámetros, según normas del FCC de EUA, son:
Nivel de entrada > 0 dBm, Relación señal de portadora / ruido (CNR) > 43 dB, Relación portadora / modulación cruzada (C / Xmod) 53 dB, Relación portadora / batido de segundo orden compuesto (C / CSO) 51 dB, Relación portadora / batido triple compuesto (C / CTB) 51 dB, Hum (zumbido interferente presente en pantalla, originado por el batido con frecuencia de líneas de potencia).
El factor más importante en la calidad de la imagen, sonido y video, es el ruido. Se expresa en la relación de ruido a portadora de canal CNR (Carrier to Noise Radio), su valor característico es de 48 a 50 dB. Se presenta el efecto de lluvia o nieve en la pantalla entre 42 a 44 dB, siendo intolerable entre 40 a 41 dB. Valores recomendados para lograr una correcta señal están dados por organismos tales como el FCC de USA: Tabla 1 - Valores característicos de calidad de señal
El Reglamento Técnico y de Prestación del Servicio de Telecomunicaciones por Cable establece los requisitos técnicos de las redes de cable y las características que debe cumplir la señal a la salida de la cabecera y en el Punto de Terminación de Red. Tabla 2 - Requisitos técnicos
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Espectro y canalización de redes CATV El espectro de las redes de cable está evolucionando desde los 300/400/45 MHz de las antiguas redes (tipo coaxial y dedicadas exclusivamente a la difusión de televisión) hasta los 860MHz de las actuales redes HFC (América). Canalización para el Canal Descendente:
* De 87.5 a 108 MHz para radiodifusión-FM sonora. * De 54 a 550 MHz (quitando la banda FM) para difusión de televisión en formato analógico * De 550 a 862 MHz para servicios digitales. Canalización para el Canal Ascendente:
El ancho de banda ascendente es un recurso limitado, pues debe ser compartido por todos los usuarios haciendo uso de técnicas de acceso al medio. Este ancho de banda suele dividirse en varios canales RF ascendentes, de 1 a 6 MHz cada uno, con capacidad entre 1.6 y 10 Mbps por canal, de acuerdo al uso de técnicas de modulación digital (por ejemplo modulación QPSK) y normalizadas según el estándar DOCSIS
Fig. 5 - Espectro de Frecuencias CATV
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Componentes de una red CATV exterior 1. Cable
Creado en la década de 1930, el cable coaxial es un cable utilizado para transportar señales eléctricas de alta frecuencia que posee dos conductores concéntricos, uno central, llamado núcleo, encargado de llevar la inf ormación, y uno exterior, de aspecto tubular, llamado malla, blindaje o trenza, que sirve como referencia de tierra y retorno de las corrientes. Cuando se realiza una transmisión de señales que tiene involucradas altas frecuencias, es necesario utilizar cables especiales. Por esto en el caso de señales de alta frecuencia, como el caso de las señales moduladas de TV, se utilizan cables especialmente diseñados para evitar pérdidas o atenuación de la señal recibida. Los valores nominales para los cables coaxiales son 50, 75 y 93 Ohms. En CATV solo se utilizan de 75 ohm. Dos tipos de cables coaxiales son principalmente usados, uno rígido con un tubo de aluminio como conductor exterior y un conductor central de cobre recubierto de aluminio y otro flexible con un conductor exterior formado por un alambre trenzado con un conductor central de cable de acero recubierto con una lámina de cobre.
Fig. 6 - Cable coaxial
La principal desventaja del cable coaxial es su relativa pérdida. Su atenuación es función del diámetro del cable, construcción del dieléctrico, temperatura ambiente, y frecuencia de operación. El logaritmo de la atenuación (en dB) del c able varía con la raíz cuadrada de la frecuencia:
Fig. 7 - Curva de atenuación de cable coaxial 10
2. Amplificador
Un amplificador es un dispositivo que se encarga de aumentar la amplitud o la potencia de la señal de entrada sin modificar su forma. Los amplificadores de CATV se alimentan directamente de la línea coaxial, por lo tanto parte de su circuitería está destinada a separar del coaxial su alimentación de AC que normalmente es de 60Vrms o 90 Vrms. En la siguiente figura, vemos un amplificador que permite la utilización bidireccional de una red, siendo la distribución de frecuencias:
Vía directa --> 50-750MHz (Alta RF - High) Vía Inversa o retorno --> 5-30MHz (Baja RF - Low)
Fig. 8 - Esquema típico de un amplificador
3. Amplificador Troncal
Poseen las siguientes características: Alta ganancia: niveles de potencia de salida altos. Ancho de banda grande : para poder transportar muchos canales. Ecualización: cuando las señales viajan a través del cable, las frecuencias altas son más atenuadas que las bajas, por esto se debe realizar un proceso de ecualización (nivelación) para que todas las señales de distintas frecuencias lleguen al receptor con el mismo nivel de potencia, Luego a la salida del amplificador se dice que se tiene una respuesta plana (igual a frecuencias altas y bajas).
Fig. 9 - Amplificador troncal
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4. Amplificador de línea
Tienen ganancias medianas, no poseen ecualización, el ancho de banda es el mismo que en el de troncal, tiene una respuesta no muy plana y son de un costo menor que el de los anteriores. 5. Splitter (Divisor de la señal)
Básicamente un splitter es un dispositivo pasivo el cual acepta una señal de entrada y entrega múltiples señales de salida con características de amplitud y fase especifica. Las señales de salida teóricamente poseen las siguientes características: Igual amplitud y relación de fase entre cualquiera de las dos señales de salida y alto aislamiento entre cada una de las señales de salida, es decir que una señal de salida no interfiere en las otras. Es un dispositivo bidireccional y al trabajar en s entido inverso, las señales que entran por los puertos de salida, salen sumadas “combinadas” por el terminal de entrada.
Fig. 10 - Splitter
6. TAPS (Derivador de señal)
La función básica de un acoplador direccional (TAP) es operar sobre una señal de entrada de forma que se disponga de dos señales de salida. Este dispositivo es el enlace entre la red de distribución y el abonado, vía la bajada del cable coaxial hasta el receptor de TV. La función básica de un acoplador direccional (TAP) es operar sobre una señal de entrada de forma que se disponga de dos señales de salida. Este dispositivo es el enlace entre la red de distribución y el abonado, vía la bajada del cable coaxial hasta el receptor de TV. Los Taps se caracterizan por tener un valor en decibeles (dB) que corresponde a la atenuación total entre la entrada y la salida del abonado IN – TAP. Por ejemplo, supongamos que se pretende tener +15dBmV en cada salida TAP. Si en ese sitio la red de distribución tiene 32dBmV de nivel de señal; entonces el valor del TAP a instalar debería ser de 17dB.
Fig. 11 - Taps
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7. Atenuador
Es un dispositivo utilizado para reducir en ciertos casos los niveles de potencia de la señal en una cantidad dada, la señal de salida es atenuada respecto a la señal de entrada. Existen atenuadores fijos y atenuadores variables, los atenuadores fijos se encuentran en una amplia gama de equipos electrónicos para extender el rango dinámico de equipos de medida, para prevenir señales de sobrecarga en receptores, para igualar impedancias y reducir los efectos de terminaciones inapropiadas de entrada/salida de osciladores, amplificadores y equipos de pruebas.
Fig. 12 - Atenuador
Símbolos utilizados en el diseño de redes CATV
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Conclusiones La televisión por cable o CATV es un sistema de televisión por suscripción que se ofrece a través de señales de radiofrecuencia que se transmiten a los televisores por medio de redes de fibra óptica o cable coaxial, este posee diversas características y una arquitectura formada de 4 componentes principales, y diversos elementos para su funcionamiento. Como se ha mostrado en el presente trabajo el sistema de televisión por cable ha ido evolucionando con el paso de los años adquiriendo una ma yor calidad del servicio que se brinda, pasando de sistemas unidireccionales que solo podían distribuir el servicio a una cantidad limitada de usuarios a lo que hoy observamos en la actualidad pues la red de comunicaciones es interactiva y de banda ancha, lo cual la hace capaz de transportar servicios de vídeo, voz y datos, empleando para ello redes híbridas HFC.
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Referencias Bibliográficas
Televisión práctica y sistemas de video – Bernard Grob http://www.monografias.com/trabajos-pdf4/sistema-television-cable/sistematelevision-cable.pdf http://www.upv.es/antenas/catalogos/sistemas_cabletv_televes.pdf https://profearias.files.wordpress.com/2013/10/694698_sistemas-catv.pdf http://www.mailxmail.com/curso-redes-comunicaciones-internet-2/redes-cablearquitectura-transmision-funcionamiento http://tecnicoperu8k.blogspot.com/2011/07/redes-de-acceso-de-banda-anchahfc.html
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