Tópicos Especiales de Ingeniería de Telecomunicaciones Ciclo XI 2013 Antonio Cár Cárdenas denas IMBA IMB A - Ing. Ele Electr ctróni ónico co
Normas Académicas El alumno en caso desarrolle su examen con lápiz no tendrá la posibilidad de solicitar reconsideración de nota, salvo
El alumno evitará el uso de
error en suma de puntaje
reconsideración de no notta.
correc cor recto torr líq líquid uido o; conociendo que esta condición determina no que pueda solicitar
asig as igna nado do po porr el Do Doce cent nte. e.
0A evit itar ará á in incu curr rrir ir en El alumno ev falta
alguna durante l os exámenes, debiendo conocer en tal caso la existencia de la calificación OA (cero anulado).
la anulación de una práctica o exam ex amen en,, im impl plic ica a el ca calilifi fica cati tivo vo 0A (creo anulado), condición que automáticamente lo desa de sapr prue ueba ba de dell cu curs rso o, aún cuando s us calificaciones alcanzadas hayan sido aprobatorias. 2
Normas Académicas El alumno en caso desarrolle su examen con lápiz no tendrá la posibilidad de solicitar reconsideración de nota, salvo
El alumno evitará el uso de
error en suma de puntaje
reconsideración de no notta.
correc cor recto torr líq líquid uido o; conociendo que esta condición determina no que pueda solicitar
asig as igna nado do po porr el Do Doce cent nte. e.
0A evit itar ará á in incu curr rrir ir en El alumno ev falta
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la anulación de una práctica o exam ex amen en,, im impl plic ica a el ca calilifi fica cati tivo vo 0A (creo anulado), condición que automáticamente lo desa de sapr prue ueba ba de dell cu curs rso o, aún cuando s us calificaciones alcanzadas hayan sido aprobatorias. 2
Dinámica del del Curso 5’ Tolerancia máxima
5’ descanso
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Bibliografía •
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Herve Bendit. Televisión Digital. Editorial Thomson-Paraninfo 2007. García Gallego. Sistemas de Telefonía. Editorial MacGraw Hill 2005. Félix Molero. Sistemas de Radio y televisión. Editorial MacGraw Hill 2006. Constantino Pérez Vega, José María Zamanillo Sainz de la Maza.Fundamentos de Televisión Analógica y Digital. Universidad de Cantabria 2003 4
FITT - UTP
TELEVISIÓN DIGITAL TERRESTRE 5
Televisión - Historia El disco de Nipkow
representa el primer dispositivo de captación y reproducción de imágenes. Desarrollado por Paul Gottlieb Nipkow y basado en el descubrimiento de Joseph May
1884
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Televisión - Historia •
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Karl Ferdinand Braun construye el primer tubo de rayos catódicos. Basado en investigaciones de William Crookes.
1897
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Televisión - Historia •
Vladimir Sworykin construye el iconoscopio, un TRC lo más parecido a los actuales.
1923
Iconoscopio modelo 1846, Museo Virtual de las Válvulas Electrónicas.
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Televisión - Historia •
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La BBC(British Broadcasting Corporation) efectúa la 1ra transmisión comercial. Correspondía a una imagen de 30 líneas formada mecanicamente.
1929
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Televisión - Historia •
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Se establecen las normas CCIR (Comité Consultivo Internacional de Radiocomunicaciones o IRCC por sus siglas en ingles) para Transmisión de TV color. El cual determino la aparición de los sistemas de 512 líneas(NTSC) y de 625 líneas(PAL)
1945
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Televisión – Historia •
El desarrollo de la televisión no quedo en la transmisión analógica de imagen y sonido: –
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Teletexto: a fines de los 80’s se utilizo para la transferencia de texto en los espacios libres de señal de video. Sonido Estéreo: se mejoro la calidad del audio transmitido incorporando el transporte de 2 canales de audio en lugar de un único canal. El sistema que logró imponerse fue el NICAM. 12
Sistemas de Televisión •
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De modo general la estructura de un sistema de televisión es la siguiente:
Es el medio de transmisión lo que determina la denominación del sistema de televisión.
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Transmisión de Televisión •
La transmisión de esta señal a nuestros hogares se puede dar por distintos medios: –
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Radiodifusión Abierta (Analógica y Digital) Radiodifusión por CATV (Analógica y Digital) Satelital IP
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Televisión – Espectro de Frecuencias •
Las bandas de frecuencias usadas para transmitir las señales abiertas son: VHF
UHF
Gama de Frecuencia
30 a 300 MHz (Canales 2 al 13)
0.3 a 3 GHz (Canales 21 al 69)
Longitud de Onda
10 a 1 metros
100 a 10 cm
Mayoritariamente Propagación Directa, Esporádicamente propagación Ionosférica y Troposférica
Exclusivamente propagación directa, posibilidad de enlaces por reflexión o a través de satélites artificiales.
Enlaces de radio a corta distancia, Televisión, radiodifusión en FM
Enlaces de radio, Radar, Ayuda a la navegación aérea, Televisión.
Características
Uso Típico
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Televisión – Canalización del Espectro •
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La norma Americana NTSC utiliza una canalización de 6 MHZ; es decir, cada canal de televisión analógica hace uso de 6 MHz La norma Europea PAL utiliza una canalización de 8 MHz.
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Televisión Digital •
Su historia se remonta a aplicaciones militares: –
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transferencia de imágenes en misiones de exploración del sistema solar, Identificación de sistemas biológicos en radiografías, etc.
Si bien no son explícitamente aplicaciones de televisión, sentaron las bases para los actuales sistemas de televisión Digital. 17
Televisión Digital •
Cabe precisar por tanto que el término “televisión digital” no es suficiente para delimitar el ámbito “digital” de todo el sistema de televisión.
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Cobertura TV Digital por estandár ATSC Sólo transmisión Terrestre Americano
Sistema Japonés con mejoras brasileñas
ISDB-T
DVB-T Además Cable, Satélite y microondas Europeo
Sistema Chino
DMB-T
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Televisión Digital Terrestre •
O TDT, es una aplicación de un conjunto de tecnologías de transmisión y recepción de imagen, sonido y datos que codifican digitalmente la señal de televisión, convirtiéndola en datos los cuales son transmitidos en determinadas frecuencias del espectro electromagnético(aire),con lo cual: – – –
las imágenes que se reciben tienen mayor nitidez, el sonido es de mejor calidad y que, puedan ser captados por teléfonos celulares o por televisores instalados en vehículos en movimiento. 20
Televisión Digital Terrestre •
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Hace más eficiente el uso del espectro electromagnético: 6 MHZ = 1 canal Analógico = 8 Canales SD = 2 HD Posibilita la habilitación de interactividad por parte del usuario: –
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Encuestas en Línea Correos electrónicos o peticiones en línea Proporcionar información/noticiasEmitir opiniones e intervenir en programas de entretenimiento, diversión y educación 21
Estándar ISDB-T: Caso Perú •
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Integrated Services Digital Broadcasting Terrestrial o Servicios Integrados de Televisión Digital Terrestre. Desarrollado originalmente en Japón, dispone de mejoras por Brasil( uso comercial desde el 02-12-2007). Basado en el formato MPEG-4 (H.264), el cual permite presentar una tasa el doble que la original (MPEG-2). EL sistema de audio usa el formato HE-AAC v2. 22
Porque se selecciono el ISDB-T Masificación Acelerada: adopción por Brasil, Argentina, Chile y Venezuela.; permitirá que los dispositivos tengan menores costos. Eficiencia y Calidad: Canales HD y SD( 2 a 8 veces canales analógicos), eficientes en uso del espectro (portabilidad) y convergencia (movilidad). Costos de adopción menores: con mayores beneficios netos para la sociedad,
Interactividad: Cooperación técnica e interconexión con PC’s y portátiles con Internet. Siendo de doble vía el televidente será más!
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Ventajas del ISDB-T •
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Mejor imagen y sonido. Nuevos servicios interactivos y multimedia, como correo electrónico, información de cotizaciones de bolsa, guías electrónicas de programas, vídeo pagado, etc. Recepción de televisión en dispositivos móviles como teléfonos celulares y receptores en vehículos en movimiento, en un solo canal. Oferta de múltiples contenidos de programación y servicios multimedia añadidos. Transmisión con menores potencias que las actuales. Uso de canales adyacentes por óptimo manejo del espectro radioeléctrico. Oportunidad productiva y comercial para la industria por demanda de decodificadores y receptores por mejora y renovación del parque televisivo. Desarrollo de nuevas capacidades en nuevas tecnologías de televisión. Promoción de nuevos negocios para la producción de contenidos de entretenimiento, servicios informativos y de publicidad. Fomento de la Sociedad de la Información, lo que implica mayor inclusión económica y social, reducción de la brecha digital e integración nacional. Promoción de la universalidad del acceso al conocimiento (Educación, ciencia y cultura). 24
Apagón analógico
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FITT - UTP
TELEVISIÓN DIGITAL POR CABLE 26
Los inicios del cable •
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El fenómeno de la televisión por cable, junto con el desarrollo de los satélites y las PCs, se constituye como el núcleo de la revolución tecnológica de los medios de comunicación de la segunda mitad del siglo XX. Además hay que destacar como los Estados Unidos, debido a su posición de pionero en el sector y la amplitud y diversidad de su mercado, se configura como un gran laboratorio de experimentación que a posteriori será considerado/imitado por Europa y Sudamérica. 27
Los inicios del cable •
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Los comienzos de la televisión distribuida a través de sistemas de cables tuvo su origen hacia finales de la década de 1940 en EEUU. Par ser más precisos en 1947. El objetivo inicial era hacer llegar las imágenes televisivas a aquellas localidades que por cuestiones topográficas quedaban “a la sombra” de la difusión de las estaciones hertzianas. 28
Contexto de la aparición del CATV •
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Gracias a la recuperación económica que Estados Unidos experimenta en la década de los cincuenta y a la miseria y devastación que se sufre en Europa como consecuencia de la II Guerra Mundial, el mercado norteamericano monopoliza la mayoría de los avances y descubrimientos en el campo de las telecomunicaciones. En este contexto nace la televisión por cable. 29
Contexto de la aparición del CATV •
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En Estados Unidos la televisión se había convertido a inicios de la década de los cincuenta en un fenómeno social asombroso. Comenzaban a comprobarse las aptitudes de este medio para atraer a las masas y los beneficios que tal don podría reportar a otros sectores como la publicidad o incluso la política. Pero la complicada y extensa orografía norteamericana no permitía que la señal de televisión de las grandes ciudades, que contaban con las emisoras de mayor renombre y prestigio, llegase a todas las zonas rurales o simplemente alejadas. 30
Aparición del CATV •
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De este modo, y debido a la situación mencionada, la televisión por cable nace como una iniciativa privada, como una solución al escaso nivel de ventas de aparatos de televisión. Los vendedores de Astoria (Washington), organizaron una cooperativa, sin ánimo de lucro, que instaló una gran antena de recepción en lo alto de una colina. La señal hertziana "capturada" era posteriormente redistribuida a los hogares de la población mediante un sistema de cable. Estas antenas, denominadas CATV (Community Antenna Tv), se popularizaron rápidamente y su uso proliferó en diversas zonas: Oregon, West Virginia, Pennsylvania.
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Aparición del Modelo Actual •
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la cultura americana, marcada por su carácter liberal y capitalista, pronto daría un giro a este servicio comunitario. En Landsford (Pennsylvania) varios propietarios de tiendas de electrodomésticos pusieron en marcha la iniciativa mencionada, pero introdujeron una substancial diferencia: En este caso se constituyeron como una empresa privada de servicios y redistribuían la señal mediante el cable a cambio de una cuota mensual. A partir de este momento, la iniciativa del cable como servicio comunitario pasaría a convertirse en un servicio privado a terceros a cambio de una contraprestación económica. 32
Impulsor del crecimiento CATV •
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En primer lugar, debemos hacer referencia a la situación legislativa del momento. La FCC, Federal Communication Comission, había iniciado una política de restricción en la concesión de frecuencias para el desarrollo y creación de nuevas emisoras locales. Esto era debido al hecho de que se estaban produciendo las primeras interferencias. El espectro hertziano se encontraba sobrecargado, pues durante los últimos años, la mencionada demanda del público americano había ocasionado la creación de un sinfín de emisoras locales. 33
Complejidad de la señal abierta para el espectador •
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Además hay que añadir un fenómeno de carácter tecnológico: Por aquellos años comenzaron a convivir las señales de tipo UHF y VHF. Tal situación obligaba a los usuarios particulares que deseaban disfrutar de las emisiones de ambas frecuencias a adquirir y utilizar convertidores de la señal. Además de su coste, éstos aparatos no eran demasiado funcionales, lo que ocasionaba molestias al usuario. Mientras que en el modelo de televisión por cable, el espectador cedía toda la labor tecnológica a un centro de operaciones local, se posicionaba como la alternativa más atractiva: Recepción de un elevado número de canales, con una calidad óptima y sin complicaciones tecnológicas. Era una oferta por la que el público americano estaba dispuesto a pagar unos dólares. 34
Expansión del Cable •
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Durante su periodo de creación, el cable había sido utilizado para suplir las deficiencias de recepción de las "zonas ciegas" a las ondas hertzianas. Con tal cometido, el sistema recibió posteriormente la denominación de Cable Pasivo. Pues su función se limitaba simplemente a capturar la señal hertziana procedente de los grandes núcleos urbanos y redistribuirla mediante otro soporte. 35
Expansión del Cable •
El público americano no precisaba tan sólo de la correcta recepción de la señal de televisión; La audiencia demandaba: –
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Una gran cantidad de canales, una oferta amplia y atractiva.
De ese modo, con el objetivo de presentar al espectador una programación variada, los operadores de cable iniciaron una loca carrera por capturar todo tipo de señales procedentes de diversas poblaciones. A partir de esos momentos el cable pasaría a ser un sistema de difusión ACTIVO, pues para configurar su programación tenía en cuenta: –
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Los gustos del público, las ofertas de otros operadores y las tendencias o modas del momento.
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Ventajas del CATV •
En comparación con las señales abiertas mediante ondas hertzianas, el CATV: –
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Mejorar la calidad de esa recepción que, durante los últimos años y debido a la proliferación de cadenas emisoras, venía sufriendo los inconvenientes de las interferencias. Ofrecer una parrilla diferenciada frente a la señal abierta incorporando señales de otras localidades o fuentes. En zona urbana sin embargo desde un principio gozaba de una amplia oferta, estaba acostumbrado a la televisión gratuita. Este hecho fue el principal obstáculo para la penetración del cable en las grandes ciudades. Simplicidad de operación para el espectador. No sólo se emitían programas televisivos, se ofrecían servicios de hilo musical, información local y regional, meteorología, programación educativa, etc 37
Soluciones alternativas al CATV •
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el conflicto que se había ocasionado por el interés de los anunciantes publicitarios por introducirse en el sector del cable, lo que supondría pérdidas económicas para las televisiones de emisión hertziana, había desatado una carrera tecnológica que buscaba sistemas alternativos al cable y que condujesen la señal a todas aquellas zonas en las que éste estaba penetrando. Con esta finalidad aparecen: –
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Los primeros satélites de radiodifusión directa (DBS, Direct Broadcasting Satellites) y Las redes de repetidores de la señal.
Estos sistemas, promovidos por las cadenas televisivas, pretendían que la señal hertziana llegase a toda la población y en las mejores condiciones.
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Topología de una red CATV La televisión por cable se ha especializado en la transmisión de numerosas señales de televisión en un espectro aislado. La estructura típica de una red de cable utiliza una “topología tipo árbol”. Existen cinco partes principales en un sistema de cable: La cabecera, La red troncal, La red de distribución, La acometida y Los equipos terminales (equipo de suscriptor). • • • • •
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Topología Básica de una red de cable
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Cabecera •
es el punto de origen de las señales a transmitir. Cuenta con antenas parabólicas para recibir señales satelitales, antenas de alta ganancia para tv abierta, máquinas de video tape para reproducir material grabado y estudios de producción (sólo en algunos casos). 41
Funciones de la cabecera •
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La cabecera de una red de cable es la principal fuente de control y representa la raíz de la topología de árbol. A partir de la cabecera, la señal se entrega al suscriptor mediante la red troncal del sistema de cable, que forma las ramas principales de la topología de árbol. El sistema de cabecera puede consistir únicamente en un punto central o puede estar integrado por varios nodos comunes. Una cabecera puede dar servicio a una o a varias localidades conectadas por el sistema de red troncal. Generalmente, las “ extensiones” o “ampliaciones” a poblaciones cercanas utilizan el mismo crc.
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Tareas de la Cabecera •
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Adquisición de las señales de video Procesamiento Modulación Combinación
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Cabecera: Adquisición señal abierta •
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Las señales de televisión abierta son una muy importante fuente de programación. Las señales las proporcionan las televisoras locales asignadas a las bandas de vhf y uhf. En muchos casos, las redes de cable son el único medio por el que la televisión abierta llega a lugares en donde la recepción directa de la señal es pobre o no existe. Las redes de cable reciben las señales de televisión abierta de antenas aéreas tipo ‘yagui’ o vía microondas, para ser luego amplificadas y procesadas en la cabecera. 44
Cabecera: Adquisición Satelital •
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Los satélites de comunicaciones que se utilizan para televisión por cable se encuentran el la órbita geoestacionaria. Las bandas que utilizan los satélites para conducir señales de televisión son la banda ‘c’ (enlaces descendentes de 3.7 a 4.3 gHz) y la banda ‘ku’ (enlaces descendentes de 11.7 a 12.2 gHz). Los satélites cuentan con varios canales llamados transpondedores, cada uno de los cuales puede enviar uno o más programas de televisión hacia la cabecera. Para aprovechar al máximo la capacidad de los transpondedores, se envían entre 6 y 14 señales de televisión digitalizadas y comprimidas. Para recibir las señales satelitales, la cabecera debe contar con antenas parabólicas orientadas a los satélites de los que se desea recibir la programación. La señal recibida por la antena parabólica alimenta a un equipo demodulador que convierte la señal de radio frecuencia en una señal de televisión que pueda ser procesada por el equipo de la red de cable. Si la programación se encontraba codificada, será necesario utilizar un receptor/ decodificador integrado (o IRD, por sus siglas en inglés), que tenga la clave para descifrar la información recibida.
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Cabecera: Procesamiento •
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Las señales que se reciben en la cabecera son ajustadas a través de “procesadores de video” y de “procesadores de audio”. Por medio de los equipos procesadores es posible modificar los distintos parámetros de las señales de audio y de video para garantizar que sean de excelente calidad. Algunos procesadores de video cuentan con la capacidad de insertar una imagen predefinida si se pierde la señal que lo alimenta. Esto garantiza que los canales no se “vayan a negros” debido a fallas en el suministro de alguna señal. 46
Cabecera: Modulación •
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El modulador de televisión, como se utiliza en los sistemas de cable, es un transmisor en miniatura de una estación de televisión. El modulador asigna a cada señal de televisión un canal específico en el que será transmitida. Los moduladores para las redes de cable pueden utilizar una de dos señales, la señal principal o una señal alternativa. La señal a transmitir es seleccionada a través de un interruptor controlado por la red de cable. El interruptor tiene la opción de cambiar automáticamente la señal de salida, cuando la señal de entrada seleccionada se pierde. 47
Cabecera: Combinadores •
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El siguiente proceso es la combinación de todas las señales moduladas en una sola señal de salida hacia la red troncal. La red combinatoria suma todas las señales a ser incluidas en la red en una señal de banda ancha multicanalizada por división en frecuencia (fdm).
Señales RF Moduladas
Red Combinatoria
Señales FDM Combinada
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Red Troncal •
Transporta la señal a la zona que requiere del servicio. Se busca conservar la calidad de la señal, utilizando equipos amplificadores.
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Red troncal •
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Antes de comenzar a construir la red se tiene que hacer un mapa de su distribución. Es necesario considerar los lugares por donde debe pasar la red, la longitud del cable requerido y la distancia entre los postes. En el diseño de la red se debe tomar en cuenta que los postes son de uso público y que también transportan los cables de luz y de teléfono. La red troncal se encarga de transportar las señales al vecindario, a partir de la cabecera. Su objetivo principal es cubrir grandes distancias manteniendo la calidad de la señal. En la red troncal, por lo general general se utiliza cable de 1” o de 3/4”. Aproximadamente Aproximadamente el 12% del cableado es ocupado por la red troncal. 50
Red Troncal •
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El espaciamiento entre los amplificadores de la red troncal depende de la máxima frecuencia utilizada y de las características de atenuación del de l medio que se utilice (cable coaxial coa xial o fibra óptica). Generalmente, los amplificadores se ubican cada 600 metros en una red de cable coaxial. El número de amplificadores amplifi cadores troncales que se colocan en cascada en la red troncal por lo general oscila entre 20 y 30 en redes de gran capacidad y hasta 60 en redes de menor ancho de banda. La red troncal no alimenta directamente a los suscriptores; esto lo hace la red de distribución. La fibra óptica está sustituyendo al cable coaxial en esta sección de la red de cable, debido a que se puede eliminar gran parte del ruido del sistema así como la distorsión que aportan los amplificadores en cascada. El único inconveniente es que la señal de la fibra f ibra óptica es luz y no una señal de rf; por tal motivo se requiere de nodos de conversión. Después del conversor óptico, la señal es distribuida di stribuida hacia las casas de los suscriptor por cable coaxial. La acometida es conectada al tap tap de la red de distribución por medio de cable coaxial. Los sistemas que tienen ambos métodos se conocen como redes híbridas híbrida s fibra/coaxial fibra/coaxial (hfc, por sus siglas en inglés). fibra fi bra óptica).
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Red de distribución •
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se conecta a la red troncal mediante un amplificador puente y pasa por enfrente de las casas, generalmente generalmente a un lado de los cables de luz. El propósito de la red de distribución es llevar la señal hasta las instalaciones del suscriptor. La red de distribución se conecta al cable troncal mediante un “amplificador puente” y pasa frente fr ente a las casas junto a los cables de luz y de teléfono. 52
Diseño de la red de Distribución •
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Del amplificador puente, la red de distribución entrega la señal a una serie de “taps” a los que se conectan las acometidas. Si el nivel de la señal decrece, se coloca un extensor de línea (amplificador de distribución) para incrementar el nivel de la señal de forma que llegue adecuadamente al siguiente tap. Por lo general, los extensores de línea están separados entre 100 y 300 metros. Se utiliza un máximo de dos extensores de línea en cascada, lo que implica un cable en tres secciones de 5 ó 6 taps (65 ó 70 suscriptores). La red de distribución comúnmente trabaja con cable coaxial de media pulgada.
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Esquema red de Distribución
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Acometida •
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Acometida.- es un cable coaxial flexible utilizado para llevar la
señal desde el cable de distribución hasta la casa. La acometida se origina en los postes telefónicos o de luz, o en otras áreas específicas por donde pase la red de distribución. Se utiliza cable coaxial para las acometidas que van a las casas de los suscriptores. La acometida consiste en un cable flexible que va del tap de distribución al punto de entrada de la construcción. Se requiere de una conexión al sistema de tierra de la construcción y de un cable flexible entre la entrada y el receptor (televisión). Si existen múltiples receptores en las instalaciones del suscriptor, se utiliza un divisor de señales para que la señal llegue individualmente a cada aparato receptor.
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Tap •
Tap.- es la interfaz entre el cable troncal y el cable de distribución, así como entre el cable de distribución y la acometida.
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Ambiente Cliente
TV 2
TV 3
TV 1
TAP
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STB o Decodificador •
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Decodificador (equipo terminal).- acondiciona la señal para poder ser reproducida en una televisión no fabricada con la capacidad de desplegar todos los canales que el cable transporta, o bien, sirve como filtro para proporcionar al suscriptor únicamente los canales que ha pagado. El equipo terminal o “caja decodificadora” que provee el sistema de cable es un dispositivo que permite entregar un producto de alta calidad. Las cajas decodificadoras se utilizan para descifrar la información codificada que provee la red de cable. Algunas cajas decodificadoras pueden direccionarse (cajas “addressables”) desde la cabecera de la red. El uso de cajas direccionables permite la provisión de distintos paquetes al usuario y, eventualmente, la desconexión de suscriptores que no paguen por el servicio. Las cajas decodificadoras también ayudan a evitar la “piratería” de las señales de cable.
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Evolución de la Red CATV Arquitectura Tipo Arbol y Rama Esquema Básico
Evolución de la Red CATV Arquitectura de Area de Cable
Evolución de la Red CATV Fiber Backbone
Evolución de la Red CATV Fibra al alimentador
Evolución de la Red CATV Fibra al último activo
Topología Actual de una red de CATV PLANTA
RED ÓPTICA
RED COAXIAL
INTERNA
(Cabecera) Higuereta: 2 CMTS D3.0
Tap
Troba ~1000 HP Amp F.O.
F.O.
Amplificadores/Taps Cable modem D 2.0
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