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POWER LINES COMMUNICATIONS
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Capítulo II
MARCO TEÓRICO
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CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
El capitulo presentado a continuación está constituido por los
antecedentes y el marco teórico, que no es mas que la definición de
conceptos y proposiciones que permitan abordar con propiedad las
diferentes derivaciones correspondientes del planteamiento del problema,
teniendo como propósito sustentar el proyecto de investigación.
1. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN
En búsqueda de evidencias que sirvan de apoyo y soporte para la
presente investigación se ha realizado una revisión de trabajos
especializados con problemas y temas similares, para así tener algunas
ideas y reflexiones con respecto a la investigación presente. Entre ellos
surgen:
Caraballo, S., Semprún, W. y Struve, R. (2011) llevan a cabo la realización
de una arquitectura de red de acceso de nueva generación para los servicios
de comunicaciones en la Zona Norte de Maracaibo. Este trabajo
13
tuvo como propósito, diseñar una arquitectura de red de acceso de nueva
generación para los servicios de comunicación en la zona norte de
Maracaibo caso: URBE.
Con la función de incorporar servicios de voz, datos y video y otro
servicios en dicha zona. Esta investigación fue sustentada en los
fundamentos teóricos de los autores Forouzan (2002), García (2002)
Tomassi (2003), Stallings (2000). El tipo de investigación fue proyectiva,
descriptiva y de campo. La información integrada a esta investigación se
recogió de entrevista con expertos y usuarios.
Orientados al análisis de las característi cas de las variables cuya fuente
de conocimiento fue la realidad de la investigación. Se utilizó: la observación
directa y guion de entrevistas, con las cuales se determino que la zona norte
de Maracaibo no cuenta en su totalidad con los servicios de voz, datos, IP TV
video conferencia y video integrados en una sola red. Conjuntamente, con la
revisión de manuales técnicos, obteniendo las características de los
diferentes dispositivos, tanto físicos como lógicos; y la entrevista a dos
ingenieros del departamento coordinación de obras y proyecto de red de
acceso.
Se aplicó la metodología propuesta por los siguientes autores. Fitzgerald
(1981) para las fases I y IV; y Smith (2001) para las fases II, III y V.
Estructuradas de la siguiente manera: Fase I: análisis de situación actual
(Fitzgerald), Fase II: determinación de parámetros y requisitos técnicos
(Smith), Fase III: diseño de la arquitectura de la red (NGN) (Smith), Fase IV:
14
evaluación económica (Fitzgerald), fase V: evaluación del diseño de la red
(Smith), el diseño de la red fue desarrollado mediante la revisión de planos
catastrales de la zona norte de Maracaibo.
Como resultado se obtuvo la propuesta de integración de los servicios de
voz, datos y video, video conferencia a la tecnología de Nueva Generación,
logrando el objetivo fundamental del presente estudio. Con respecto a la
relación existente entre dicha investigación y el estudio que esta por
realizarse, se tiene que en ambos casos se quiere elaborar una arquitectura
de red de acceso, en la cuales se busca ofrecer al usuario un servicio de
comunicación específicamente la televisión de alta calidad y de la misma
forma extenderse en el Municipio Maracaibo.
Por su parte Araujo, L.; González, J.; Guerra, H. y Luengo, D. (2010)
proponen una red de acceso para servicios de cuarta generación (4G)
basado en arquitectura IMT - A en el Edo. Zulia. La investigación tuvo como
objetivo general, Diseñar una red de acceso para servicios de 4ta
Generación basado en la arquitectura IMT - A en el Edo. Zulia, los
basamentos teóricos se fundamentan en los planteamientos de diferentes
autores como, Forouzan, Huidobro, Hurtado, entre otros.
El tipo de investigación utilizado fue proyectiva, descriptiva, no
experimental y de campo. Dentro de las técnicas de recolección de datos
empleadas en dicha investigación se acudió a la revisión documental, a la
observación directa y a la entrevista.El diseño se estructuró en cinco fases,
las premisas de Fitzgerald se toman para la fase I y III, Smith para la fase, IV;
15
Senn para la fase II y V, en ellas se determinan la situación actual, los
requerimientos del sistema, el diseño del sistema, el estudio de la tecnología
a utilizar y finalmente la evaluación del diseño. No obstante, hacen falta otros
requerimientos que no fueron incluidos dentro del planteamiento de esta
investigación pero que son necesarios para llevar a cabo la implementación
del diseño presentado.
En los resultados obtenidos en la investigación, se contempla una
estructura en la red de acceso completa, para ofrecer servicios de 4ta
generación, que incluye todos los parámetros, tanto lógicos como físicos que
hizo posible el diseño de la misma. La tecnología utilizada fue WiMAX,
debido a su adaptabilidad y a sus prestaciones para la red.
El proyecto de investigación que se va a elaborar guarda cierta relación
con el presente estudio, ya que en las dos investigaciones se quiere diseñar
una estructura de red de acceso para los distintos servicios de comunicación
suministrados por los operadores y adaptados por los usuarios, así como
también se busca el mejor rendimiento de los equipos utilizados para la
eficiente conexión e intercambio de información destinado al Municipio
Maracaibo, Edo. Zulia.
En otro orden de ideas, se puede tomar como referencia el trabajo de
investigación de Moscoso (2009). El cual promueve la simulación de un
esquema de FEC para un sistema de transmisión de televisión digital en
base al estándar europeo. La transmisión de las señales de televisión en el
Ecuador es bajo modulaciones analógicas según el estándar NTSC, el cual
16
es un estándar elaborado bajo un esquema analógico. La tendencia
tecnológica apunta hacia una era digital en la que la televisión y su
transmisión masiva se encuentran ya en proceso. Los estándares de
televisión digital ya son un hecho y se definen tres estándares importantes:
ATSC (AdvancedTelevisionSystemCommittee), ISDB (IntegratedServices
Digital Broadcasting), DVB (Digital Video Broadcasting), de los cuales solo se
destacará el estándar europeo o DVB (Digital Video Broadcasting).
Este trabajo trata acerca de una muy importante parte del estándar
europeo para televisión digital que es un esquema de codificación cuya
finalidad es de preparar a la señal de televisión digital para las inclemencias
del canal. Sin la codificación del canal la señal a transmitir esta vulnerable y
expuesta a errores debido al ruido, fading, etc. Es por esta razón que la
codificación del canal es importante, pues corrige o intenta corregir los
errores sobre la señal recibida en el receptor producido en el canal de
comunicación.
Para esto se inicia con una introducción general al estándar, para luego
así comprender los temas a definir en la descripción del codificador y
decodificador del FEC (Forward Error Correction) junto a su explicación
básica de funcionamiento, que se simularán en este proyecto. Una vez
comprendidos los conceptos se detallará la simulación de dicho esquema es
decir su funcionamiento en el software y parámetros necesarios de cada
bloque y para efectos de simulación se añadió un bloque de ruido AWGN
para simular los efectos de un canal en el momento de su transmisión para
17
luego verificar la efectividad del proyecto y la veracidad de las diferentes
etapas del esquema.
Finalmente, se expone un análisis de resultados en el cual se detallará
una comparación entre las señales a la entrada y salida del esquema las
cuales serán contrastadas con variaciones extremas del SNR del canal
AWGN. Esta investigación refuerza el presente caso de estudio, en la
aplicación y manejo del estándar europeo DVB que plantea la promoción de
la capacidad adicional para proveer más contenidos televisivos y nuevos
servicios de información, con el cual se quiere la absoluta preparación para
el próximo cese de emisiones analógicas, esto se refiere a la aplicación de la
era digital, es decir; televisión digital que promueve una mejor calidad de
imagen y sonido y por ende, el mejor disfrute tecnológico para con los
usuarios en cuanto a la televisión se refiere.
Sobre la base de las investigaciones expuestas, cabe mencionar otro
antecedente importante, realizado por Blanco, R.; Chassaigne, F. y Navea,
N. en el año (2008), quienes tienen como propósito el diseñar una red de
banda ancha para los servicios de voz y datos utilizando la tecnología BPL
en el sector hotelero. Las bases teóricas de la investigación fueron apoyadas
en los autores Forouzan (2002) para el área de las redes y Hrasnica, Haidine
y Lehnert (2004) para el área de BPL.
La investigación fue realizada bajo la modalidad de tipo proyectiva,
descriptiva y Documental, y por presentar un diseño es una investigación de
campo. Para cumplir con los objetivos se realizó un arqueo bibliográfico
18
relacionado a las redes, a las banda ancha y a la tecnología BPL, analizando
todo lo concernientes a estas variables; topología, canal de comunicación, la
compatibilidad con el sistema eléctrico, y por último la integración de todos
los servicios.
La investigación se sustentó metodológicamente bajo el punto de vista de
los autores Savanth (2002) y Senn (2005), quedando estructurada en 5
fases; Análisis de la problemática, subdivisión del problema, determinación
de requerimientos del sistema, construcción del prototipo y la finalización del
prototipo. Dentro de las técnicas de recolección de datos para la presente
investigación se utilizó la visita, la observación directa, la entrevista, la
revisión documental y referencias bibliográficas, entre otras. Esta
investigación también permitió su corroboración mediante una simulación
realizada en el software MATLAB.
La tecnología BPL ofrece venta jas con respecto a las conexiones
regulares de banda ancha basadas en cable coaxial o en DSL, además de
permitir la Coexistencia con las tecnologías mencionadas anteriormente, no
existe la necesidad de hacer grandes cambios estructurales para su
instalación debido a que usa infraestructura ya existente, por lo que solo
debe realizarse un estudio de la situación actual de la red eléctrica instalada
y de ser satisfactorio el resultado, incluir unos equipos a su red actual.
Dicho trabajo realizado guarda una cierta similitud con el proyecto que se
va a ejecutar y la cual radica en la integración de los distintos servicios
disponibles para transmitir información a través de la red eléctrica,
19
específicamente estas investigaciones se basan en la transferencia de datos
o información en banda ancha a través del tendido eléctrico, por consecuente
este estudio desea implementar esta tecnología para ofrecer acceso y
conexión a los usuarios de los servicios por medio de la red eléctrica ya
establecida hasta zonas extraurbanas.
2. BASES TEÓRICAS A continuación se presenta el basamento teórico, donde se describe con
precisión cada una de las variables que se manejan en el problema y los
elementos relacionados a estas, obtenido de diversos autores para poder
comprender un conjunto de conceptos, definiciones y proposiciones que
constituyen diferentes puntos de vista.
2.1 RED
Según Cisco Certificate Network Associate v3.1 (2007). Conjunto de
computadores, impresoras, routers, switches y otros dispositivos que se
pueden comunicar ent re sí a través de algún medio de transmisión.
Redes es la posibilidad de compartir con carácter universal la información
entre grupos de computadoras y sus usuarios un componente vital de la era
de la información. La generalización del ordenador o computadora personal
(PC) y de la red de área local (LAN) durante la década de 1980 ha dado
20
lugar a la posibilidad de acceder a información en bases de datos remotas,
cargar aplicaciones desde puntos ultramar, enviar mensajes a otros países y
compartir ficheros, todo ello desde un ordenador personal.
Tanenbaum (2003, p.198) expresa, que una red es el conjunto
interconectado de computadoras autónomas. Es decir es un sistema de
comunicaciones que conecta a varias unidades y que les permite
intercambiar información. La red permite comunicarse con otros usuarios y
compartir archivos y periféricos.Por otra parte, Huidobro (2006, p.1) expone
que “Una red de telecomunicaciones está formada por los sistemas de
transmisión y, cuando proceda, los equipos de conmutación y demás
recursos que permitan la transmisión de señales entre puntos de terminación
definidos mediante cable, medios ópticos o de otra índole”.
Según García (2002, p.1) una red “es un conjunto de equipos y facilidades
que proporcionan un servicio consistente en la transferencia de información
entre usuarios situados en puntos geográficos distantes”.
Luego de haber analizado los diferentes criterios de los autores se puede
concluir que una red es un medio de interconexión de equipos que facilita al
usuario compartir recursos, aplicaciones, programas entre otros.
2.1.1 TIPOS DE RED Forouzan (2002, p.31), García (2002, p.43), coinciden que cuando se
habla de redes, se suele hablar de tres clases principales: redes de área
21
local, redes de área metropolitana y redes de área amplia. La clase a la que
pertenece la red se determina por su tamaño, su propietario, la distancia que
cubre y su arquitectura física.
2.1.1.1 REDES DE ÁREA LOCAL (LAN) Una red de área local (LAN, Local Area Network) suele ser una red de
propiedad privada que conecta enlaces de una única oficina, edificios o
campus. Dependiendo de las necesidades de la organización que se instalen
y del tipo de tecnológica utilizada, una LAN puede ser tan sencilla como dos
PC y una impresora situada en una oficina de la casa de alguien o se puede
extender por todo una empresa e incluir voz, sonidos y periféricos de video.
En resumen una red de área local es la interconexión de dos estaciones
de trabajo de igual o diferentes marcas localizadas en el mismo sector,
actualmente las redes LAN son de gran ayuda en las empresas y/o
organizaciones por su sencilla adaptación además de utilizar pocos recursos,
se pueden comunicar con otras redes existentes.
2.1.1.2 REDES DE ÁREA METROPOLITANA (MAN) La red de área metropolitana (MAN, Metropolitan Area Network) ha sido
diseñada para que se pueda extender a lo largo de una ciudad entera, puede
ser una red única, como una red de televisión por cable, o puede ser una
22
forma de conectar un cierto número de LAN en una red mayor, de forma que
los recursos puedan ser compartidos de LAN a LAN y de dispositivo a
dispositivo. Por ejemplo, una empresa puede usar una MAN para conectar
las LAN de todas sus oficinas dispersas por la ciudad. Estas redes son
relevantes ya que se pueden expandir dentro de una ciudad entera, también
es una forma de conectar varias LAN.
2.1.1.3 RED DE ÁREA AMPLIA (WAM) Una red de área amplia (WAN, Wide Área Network) proporciona un medio
de transmisión a larga distancia de datos, voz, imágenes e información de
videos sobre grandes áreas geográficas que puedan extenderse a un país,
un continente o incluso el mundo entero.En contraste con las LAN (que
dependen de su propio hardware para transmisión), las WAN pueden utilizar
dispositivos de comunicación públicos, alquilados o privados, habitualmente
en combinaciones, y además pueden extenderse a lo largo de un numero de
kilómetros ilimitado.Una WAN que es propiedad de una única empresa, que
es la única que la usa, se denomina habitualmente red de empresa.
2.1.2 CLASIFICACIÓN DE LA RED
Según Figueiras y Artés (2002, p.75) La estructura básica de las redes
actuales, desde el punto de vista técnico se pueden distinguir tres
23
componentes básicos, que son: el terminal, dispositivo que permite a un
usuario conectarse al canal de comunicaciones; la red de conmutación y
transporte o núcleo de red (core network), que realiza las conexiones
necesarias para que dos terminales remotos se comuniquen entre sí; y la red
de acceso que conecta al terminal de usuario con la red de conmutación y
transporte.
Figura1. Estructura básica de red de Telecomunicaciones. Fuente:
Figueiras y Artés (2002)
2.1.2.1 TERMINAL DE USUARIO El terminal de usuario es el dispositivo que se conecta a un extremo del
canal de comunicaciones y que sirve al usuario como interfaz con la red. El
terminal convierte los mensajes a transmitir (voz, texto, datos, etc.) en
señales eléctricas o electromagnéticas que después viajaran por el resto de
24
la red. Por medio del terminal también se comunica al sistema de gestión de
la red el tipo de comunicación que se quiere establecer y la identidad del
usuario con quien quiere conectarse. Existen muchos tipos de terminales en
función del tipo de red o de los servicios suministrados.
2.1.2.2 RED DE CONMUTACIÓN Y TRANSPORTE
Es uno de los componentes básicos en las redes de telecomunicaciones.
Los usuarios de la red se agrupan alrededor de unos dispositivos, conocidos
como nodos de conmutación, a los cuales se conectan por medio de la red
de acceso. Estos nodos de conmutación se enlazan entre sí mediante líneas
de alta capacidad.
En las redes de telefonía estos nodos de conmutación a los que se
conectan los abonados se llaman centrales de conmutación locales (local
exchanges). Cuando dos usuarios de una red de telefonía conectados a un
mismo nodo de conmutación quieren comunicarse entre ellos, dicho nodo es
el encargado de establecer los circuitos necesarios para unir los pares de
cobre de ambos usuarios. Como en general los abonados no van a estar
conectados a la misma central, es necesario establecer la comunicación a
través de nodos complementarios llamados centrales de tránsito. Por lo tanto
la red nodal debe disponer también de capacidad de transmisión entre
losdistintos tipos de centrales para encaminar una llamada a través de varias
de ellas hasta alcanzar su destino final.
25
2.1.2.3 RED DE ACCESO Según Figueiras y Artés (2002, p.79) el tercer componente básico de una
red de telecomunicaciones es la red de acceso. La red de acceso conecta a
los terminales de usuario, de forma individual, con el núcleo de red. En redes
fijas, dado que los abonados deben conectarse de forma individual y que el
nodo de conmutación correspondiente puede estar lejos de sus domicilios, la
red de acceso significa un porcentaje muy elevado (típicamente superior al
60%) del coste total de una red de telecomunicaciones (por lo que suele se
compartida por distintos tipos de redes).
La red de acceso es el tramo que conecta al usuario final con la
información (proveedor de servicios), Huidobro (2003 p.162) la define como:
“la encargada de conectar el equipo de abonado con la red de conmutación
de banda ancha”.
En los sistemas móviles celulares, la red de acceso está constituida
básicamente por las estaciones base y la cobertura que estas tendrán sobre
las poblaciones a sea beneficiadas. Cabe destacar que las redes de acceso
juegan un papel de gran importancia desde el punto de vista tecnológico
dentro del desarrollo de comunicaciones.
Según establece en el Anexo de la Ley 32/2003 (Ley General de
Telecomunicaciones) define lo que es la red de acceso: “El conjunto de
elementos que permiten conectar a cada abonado con la central local de la
que depende. Está cons tituida por los elementos que proporcionan al
26
abonado la disposición permanente de una conexión desde el punto de
terminación de la red, hasta la central local, incluyendo los de planta exterior
y los específicos”. La red de acceso es pues una porción, perfectamente
identificada, de la red de telecomunicaciones, y como tal será considerada,
entendiendo que las centrales locales a que se refieren son, en el presente
caso, nodos de conmutación de circuitos.
2.1.3 TECNOLOGÍA DE ACCESO La comunicación de los dispositivos de telecomunicaciones, se realiza
mediante señales que representan los datos. Estas señales se transmiten de
un dispositivo a otro mediante un medio, el cual puede ser: guiado y no
guiado.
2.1.3.1 MEDIOS GUIADOS Según Forouzan (2002, p.182) los medios guiados son aquellos que
proporcionan un conductor de un dispositivo al otro e incluyen cables de
pares trenzados, cables coaxiales y cables de fibra óptica. Una señal
viajando por cualquiera de estos medios es dirigida y contenida por los
límites físicos del medio. El par trenzado y el cable coaxial usan conductores
metálicos (de cobre) que aceptan y transportan señales de corriente
eléctrica. La fibra óptica es un cable de cristal o plástico que acepta y
27
transporta señales en forma de luz. Los tipos de medios guiados serán
desarrollados a continuación:
(A) CABLE PAR TRENZADO Básicamente son hilos conductores (hechos de cobre) entrelazados, cada
uno de los cuales está recubierto de material aislante (plástico). Hay dos
tipos de cable de par trenzado: con blindaje y sin blindaje, este último posee
un recubrimiento de malla entrelazada que rodea a cada par de hilo
conductor con el fin de evitar la penetración de ruido electromagnético. La
asociación de industrias electrónicas (EIA), lo clasifico por categorías,
dependiendo de su tipo de uso. En esta clasificación encontramos el cable
de 1 par de hilos, usados en los sistemas telefónicos convencionales cuya
calidad de transmisión de voz es buena; y los conocidos cables de 4 pares
de hilos o UTP, utilizados en la transmisión de datos de hasta 100 Mbps.
Figura 2. Cable par trenzado. Fuente: Forouzan (2002)
28
(B) CABLE COAXIAL
A diferencia del cable de par trenzado, este cable está constituido de un
hilo solido (habitualmente de cobre), el mismo se encuentra recubierto por un
aislante dieléctrico, que a su vez está recubierto por una malla de metal que
sirve como blindaje contra el ruido y como un conductor. Estas capas están
recubiertas de un escudo aislante. Todo el cable, está protegido por una
cubierta de plástico.
Este tipo de cable transporta señales entre los rangos de 100KHz hasta
los 500MHz. Su clasificación depende del grosor del cable y de su uso
(Ethernet y TV). Se encuentra en la mayoría de los hogares, puesto que es el
utilizado para la conexión de televisión por cable.
Figura 3. Cable coaxial.Fuente: Forouzan (2002, p.186)
29
(C) FIBRA ÓPTICA Aunque la mayoría de los cables están formados principalmente por
conductores metálicos, la fibra óptica está hecha de plástico o de cristal, que
forma el núcleo, este debe ser puro y completamente regular en su forma y
tamaño. En la mayoría de los casos, luego del núcleo esta una cubierta que
protege la fibra de la contaminación. Finalmente se encuentra la cubierta
exterior, que dependiendo de su uso puede estar hecha de algunos de estos
materiales: teflón, plástico, tubería de metal, malla metálica, entre otros.
La información se propaga en forma de luz y viaja a través del núcleo,
para esto se usan los ángulos de incidencia y reflexión y dependiendo del
medio (menos denso o más denso) va a varias la información; la misma se
codifica en destellos de luz de encendido-apagado, que representan los bits
uno y cero.
Aunque la fibra óptica es uno de los mejores medios para transmitir datos,
gracias a que proporciona menor atenuación de la señal, inmunidad al ruido
y ancho de banda mayor, sus principales desventajas son: su costo, que es
excesivo, la instalación y mantenimiento son complejos, además de su
fragilidad; al mismo tiempo presentan ventajas que favorecen al que la utiliza,
entre las dos principales ventajas que realzan la fibra óptica esta su fácil
instalación a la hora de ser implementadas y por otra parte su insensibilidad
a la interferencia electromagnética. Como ocurre cuando un alambre
telefónico pierde parte de su señal a otro.
30
Figura 4. Fibra óptica. Fuente: Forouzan (2002)
2.1.3.2 MEDIOS NO GUIADOS
Por otra parte, se encuentran los medios no guiados, Forouzan (2002,
p.194) los medios no guiados o comúnmente sin cable, transportan ondas
electromagnéticas sin usar un conductor físico. En su lugar, las señales se
radian a través del aire (o, en unos pocos casos, el agua) y, por tanto, están
disponibles para cualquiera que tenga un dispositivo capaz de aceptarlas.
(A) MICROONDAS TERRESTRES Forouzan (2002, p.199) las microondas terrestres no siguen la curvatura
de la tierra y por tanto necesitan equipo de transmisión y recepción por vía
directa. La distancia que se puede cubrir con una señal por visión directa
depende principalmente por la altura de la antena: cuanto más alta sea la
31
antena, más larga es la distancia que puede ver. Las señales de microondas
se propagan en una dirección concreta, lo que significa que hacen falta dos
frecuencias para una comunicación en dos sentidos como por ejemplo una
conversación telefónica. Una frecuencia se reserva para la transmisión por
microondas en una dirección y la otra para la transmisión en la otra.
Figura 5 . Bandas de comunicación por radio. Fuente: Forouzan (2002)
(B) REPETIDORES Para incrementar la distancia útil de las microondas terrestres, se puede
instalar un sistema de repetidores con cada antena. La señal recibida por
una antena se puede convertir de nuevo en una forma transmisible y
entregarla a la antena siguiente. La distancia mínima entre los repetidores
varía con la frecuencia de la señal y el entorno en el cual se encuentran las
antenas.
32
Un repetidor puede radiar la señal regenerada a la frecuencia original o
con una nueva frecuencia, dependiendo del sistema.
Las microondas terrestres con repetidores constituyen la base de la
mayoría de los sistemas de telefonía contemporánea alrededor del mundo.
Figura 6. Microondas terrestres. Fuente: Forouzan (2002)
(C) ANTENAS Forouzan (2002, p.199) para las comunicaciones con microondas
terrestres se usan dos tipos de antenas: parabólicas y de cornete.
Parabólica: se basa en la geometría de una parábola y son utilizadas como
antenas receptoras y transmisoras a altas frecuencias y teniendo las mismas
una ganancia alta. De cornete: se parece a una cuchara gigante. Las
transmisiones recibidas son recolectadas por la forma de cuchara del
cornete, de forma similar a la antena parabólica, y son deflexionadas mástil
abajo.
33
Figura 7. Antena de disco parabólico. Fuente: Forouzan (2002)
(D) COMUNICACIÓN VÍA SATÉLITE
Según Forouzan (2002, p.200) las transmisiones vía satélite se parecen
mucho más a las transmisiones con microondas por visión directa en que las
estaciones son satelitales que están orbitando la tierra. El principio es el
mismo que con las microondas terrestres, excepto que hay un satélite
actuando como una antena súper alta y como repetidor. De esta forma, los
satélites retransmisores permiten que las señales de microondas se puedan
transmitir a través de continentes y océanos con un único salto .
Figura 8. Comunicación vía satélite . Fuente: Forouzan (2002)
34
(E) SISTEMA TELEFÓNICO CELULAR Forouzan (2002, p.202) plantea que la telefonía celular se diseñó para
proporcionar conexiones de comunicaciones estables entre dos dispositivos
móviles o entre una unidad móvil y una unidad estacionaria (tierra). Un
proveedor de servicios debe ser capaz de localizar y seguir al que llama,
asignando un canal a la llamada y transfiriendo la señal de un canal a otro a
medida que el dispositivo se mueve fuera del rango de un canal y dentro del
rango de otro.
Para que este seguimiento sea posible, cada área de servicio celular se
divide en regiones pequeñas denominadas celular. Cada célula contiene una
antena y está controlada por una pequeña central, denominada central de
célula. A su vez, cada central de célula está controlada por una central de
conmutación denominada central de conmutación de telefonía móvil (MTSO,
Mobile TelephoneSwitching Office). La MTSO coordina las comunicaciones
entre todas las centrales de célula y la central telefónica. Es un centro
computarizado que es responsable de conectar las llamadas y de grabar
información sobre la llamada y la facturación.
El tamaño de la célula no es fijo y puede ser mayor o menor dependiendo
de la población del área. El radio típico de una célula esta entre 2 y 20
kilómetros. Las áreas con alta densidad necesitan más células
geográficamente más pequeñas para satisfacer las demandas de tráfico que
las áreas de baja densidad de población. Una vez calculado, el tamaño de
35
celular se puede optimizar para prevenir las interferencias de la señales de
las células adyacentes. La potencia de la transmisión de cada célula se
mantiene baja para prevenir que su señal interfiera a las de otras células .
Figura 9 . Sistema telefónico celular. Fuente: Forouzan (2002)
2.1.4 NIVELES DE UNA RED DE ACCESO
Según Forouzan (2002, p.41) una red de acceso presenta siete niveles
cada uno con sus funciones específicas el nivel físico coordina las funciones
necesarias para transmitir un flujo de bits sobre un medio físico, el nivel de
enlace es responsable de la entrega de unidades de datos de una estación a
la siguiente sin error, el nivel de red es responsable de la entrega de
36
paquetes del origen al destino a través de múltiples enlaces de red, el nivel
de transporte es responsable de la entrega de origen a destino de todo el
mensaje, el nivel de sesión estable, mantiene y sincroniza las interacciones
entre dispositivos de comunicación, el nivel de presentación asegura la
interoperabilidad entre distintos dispositivos de comunicación mediante la
transformación de datos a un formato común y el nivel de aplicación permite
que los usuarios acceden a la red.
2.1.5 MODELO OSI El modelo de referencia de Interconexión de Sistemas Abiertos (OSI)
lanzado en 1984 fue el modelo de red descriptivo creado por ISO.
Proporciono a los fabricantes un conjunto de estándares que aseguraron una
mayor compatibilidad e interoperabilidad entre los distintos tipos de
tecnología de red producidos por las empresas a nivel mundial. Dicho
modelo se ha convertido en el modelo principal para las comunicaciones por
red.
Piensa en las siete capas que componen el modelo OSI como una línea
de ensamblaje en un ordenador. En cada una de las capas, ciertas cosas
pasan a los datos que se preparan para ir a la siguiente capa. Las siete
capas se pueden separar en dos grupos bien definidos, grupo de aplicación y
grupo de transporte.El modelo presenta siete niveles cada una con su
determinada función descrito a continuación:
37
Figura 10. Capas del Modelo OSI. Fuente: Forouzan (2002)
NIVEL FÍSICO:define el medio de comunicación utilizado para la
transferencia de información, dispone del control de este medio y especifica
bits de control.
NIVEL ENLACE DE DATOS:este nivel proporciona facilidades para la
transmisión de bloques de datos entre dos estaciones de red. Esto es,
organiza los unos y los ceros del nivel físico en formatos o grupos lógicos de
información.
NIVEL DE RED:este nivel define el enrutamiento y el envío de paquetes
entre redes.
NIVEL DE TRANSPORTE: este nivel actúa como un puente entre los tres
niveles inferiores totalmente orientados a las comunicaciones y los tres
niveles superiores totalmente orientados al procesamiento. Además,
garantiza una entrega confiable de la información.
NIVEL DE SESIÓN: provee los servicios utilizados para la organización y
sincronización del dialogo entre usuarios y el manejo e intercambio de datos.
38
NIVEL PRESENTACIÓN:traduce el formato y asignan una sintaxis a los
datos para su transmisión en la red.
NIVEL APLICACIÓN:proporciona servicios al usuario del modelo OSI y
ofrece a las aplicaciones las posibilidades de acceder a servicios de las
demás capas y define los protocolos que utilizan las aplicaciones para
intercambiar datos.
Este modelo entre otras cosas minimiza la complejidad al momento de
elaborar un diseño de red y simplifica la enseñanza y el aprendizaje.
Globalmente es usado para describir el uso de datos entre la conexión física
de la red y la aplicación del usuario final.Un ejemplo de lo anterior, son los
sistemas de radio móvil de líneas troncales, en los cuales algunos canales de
radio son compartidos con diferentes grupos de usuarios por ejemplo:
multicanalización estadística sobre una base (FDMA).
En estos sistemas de enlace se utilizan transmisores de potencia
relativamente alta, de tal suerte que cada canal de radio cubra toda una
ciudad. Se podría ampliar este servicio a un mayor número de usuarios si la
cobertura de cada transmisor se redujese a áreas más pequeñas (una
célula), de manera que el mismo canal de radiofrecuencia se pudiera
reutilizar por otro individuo en otra célula distante. Cada usuario se comunica
a través de un teléfono celular establecido a la estación base del sitio de la
célula. La estación base se conecta vía línea telefónica a la central de
conmutación del teléfono móvil (MTSO). La MTSO conecta al usuario a la
parte que desea llamar.
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Si está en tierra, la conexión se establece vía oficina central (CO), a la red
telefónica terrestre, si la parte a la que se llame es móvil la conexión se
realiza por el lugar de la célula que cubre el área en la cual se localiza la
parte llamada, utilizando un canal de radio disponible en la célula.
En teoría este concepto celular permite que cualquier número de usuarios
móviles sean acomodados para un grupo determinado de canales de radio;
esto es, entre más canales se requieran, más se divide la célula y más
células pequeñas adicionales se agregan, así que los canales existentes
pueden utilizarse con más eficiencia. Mientras el usuario móvil viaja de una
célula a otra, el MTSO automáticamente cambia al usuario a un canal
disponible a una célula y la conversación telefónica continua sin interrupción.
El concepto celular tiene las siguientes ventajas: gran capacidad de
usuarios. Uso eficiente del espectro de radio, disponibilidad nacional,
servicios para teléfonos portátiles y de vehículos, teléfonos de alta capacidad
y servicio de información para el usuario móvil a costo relativamente bajo.
2.2 SERVICIO DE TELECOMUNICACIÓN
Según Serra y Bosch (2002, p.25) es el valor añadido que percibe el
usuario; por ejemplo: telefonía, facsímil (fax), transmisión datos (modem)
entre computadores. Obsérvese la diferencia entre servicio y red; los tres
servicios citados anteriormente son habitualmente soportados por la red
telefónica tradicional (aunque esta fuera inicialmente diseñada y optimizada
40
para soportar el servicio de telefonía) y cabría pensar en redes más
adecuadas para soportar los dos últimos servicios. En relación con los
servicios, en ocasiones se habla de:
2.2.1 CLASIFICACIÓN DE LOS SERVICIOS
2.2.1.1 TELESERVICIOS
Coincidiendo básicamente con la definición genérica de servicio que se ha
dado.
2.2.1.2 SERVICIOS PORTADORES
Aquellos que se ofrecen entre puntos de acceso a la red, no entre
terminales. Retomando los ejemplos anteriores, puede decirse que el servicio
portador de la red telefónica tradicional es aquel que permite el envío, entre
puntos situados prácticamente en cualquier lugar del globo terráqueo, de
señales analógicas en el rango de frecuencias comprendido entre 300 y
3.400 Hz, en modo full-duplex, con retardo inferior a unos 200ms y con una
distorsión y adición de ruido determinados. Evidentemente este servicio
portador es el más adecuado para ofrecer el teleservicio de telefonía aunque,
con el uso de módems, se adapte al ofrecimiento de otros teleservicios, como
se ha comentado anteriormente.
41
2.2.1.3 SERVICIOS SUPLEMENTARIOS (O DE VALOR AÑADIDO) No son servicios en sí mismos, sino más bien mejoras o complementos de
algún teleservicio. Por ejemplo, todas las facilidades de marcación abreviada,
desviación de llamadas, cobro revertido, indicación de llamada en espera,
conferencia a tres, identificación del llamante, etc., asociadas al teleservicio
de telefonía constituyen servicios suplementarios.
Figura 11. Servicio Portador y Teleservicio. Fuente: Serra y Bosch (2002)
2.2.1.4 SERVICIOS ORIENTADOS Y NO ORIENTADOS A CONEXIÓN Serra y Bosch (2002, p.26) definen que los servicios también puede
clasificarse según la forma en que se establecen y finalizan. Así puede
hablarse de:
42
(A) SERVICIOS ORIENTADOS A CONEXIÓN Aquellos que refieren una fase de establecimiento (antes de estar
disponibles) y una de finalización. Por ejemplo, el servicio de telefonía
requiere de una fase de establecimiento (en la que se especifica la dirección
del destino, se analiza la viabilidad de establecer el servicio, se reservan los
recursos necesarios en la red, se notifica al destinatario, etc.), a esta fase le
sigue la de transferencia (en la que se ofrece el servicio propiamente) y,
después, la fase de la liberación (en la que se desocupan los recursos
reservados en la red, se almacenan los datos de facturación del usuario,
etc.).
(B) SERVICIOS NO ORIENTADOS A CONEXIÓN Aquellos que están disponibles sin ningún procedimiento previo y carecen
de fases. Por ejemplo, las redes de datos IP (Internet Protocol), donde los
datagramas, conteniendo la dirección de destino, se envían por la red sin
ningún proceso previo ni posterior.
2.2.2 TELETRÁFICO
Serra y Bosch (2002, p.30) establecen una clasificación del tráfico en
clases, con el único fin de perfilar los distintos tipos de tráfico que puedan ser
43
transportados por una red, se puede establecer una posible clasificación con
las siguientes 3 clases de tráfico:
2.2.2.1 CLASE I (TIEMPO REAL) De mensajes largos o continuos, en tiempo real (no tolera retardos
superiores, a 200ms), admite errores, admite bloqueo, muy interactivo:
hombre-hombre (telefonía, videoconferencia), adecuado para la conmutación
de circuitos.
2.2.2.2 CLASE II (INTERACTIVO, RACHEADO) De mensajes cortos y racheados (a ráfagas), interactivo (tolera cierto
retardo, de 1 a 3 s.), no suele admitir errores, admite cierto bloqueo,
interactivo: hombre-máquina, máquina-máquina (terminal de datos, cajero
electrónico, navegación web), adecuado para la conmutación de paquetes.
2.2.2.3 CLASE III (PESADO, DIFERIDO) De mensajes muy largos, no requiere tiempo real (tolera retardos
elevados, hasta de minutos), no admite errores, no admite bloqueo, no
interactivo: máquina-máquina (transferencia de archivos, correo electrónico),
adecuado para la conmutación de paquetes o circuitos.
44
2.3 DVB (DIGITAL VIDEO BROADCASTING)
Hung (2009, p.90) afirma que el origen del DVB se remonta a principios de
la década de 1990, cuando los principales operadores e industrias
involucradas en el desarrollo de equipos de recepción discutían acerca de la
elaboración de una plataforma paneuropea que permitiese sentar las bases
para la implantación de la televisión digital en la región. Desde entonces se
constituyo la principal asociación dedicada al desarrollo de la televisión
digital: DVB (Digital Video Broadcasting), formada por más de doscientos
miembros, entre fabricantes de equipos electrónicos, operadores y
administraciones púbicas de todo el mundo.
Según Moscoso (2006, p.7) El estándar DVB para la transmisión de
televisión digital, es el estándar acogido por Europa, se podría decir que es la
versión digital de PAL (Phase Alternating Line o Fase de la Línea
Alterna).Este estándar fue elaborado respetando las normas básicas del
estándar analógico PAL, es decir, cada canal de ocupar 8MHz de ancho de
banda y cumplir con ciertos criterios de potencia de transmisión y cobertura;
y la composición de la señal de video debe hacerse bajo ciertos parámetros
como una relación de aspecto u otra, dependiendo si se desea video de alta
definición estándar, etc.
El objetivo de crear un estándar para la transmisión digital de señal de
televisión es la de usar mas eficientemente el espectro radioeléctrico de tal
forma que se pueda implementar mejoras en el servicio de televisión gracias
45
a los avances en la tecnología digital.Huidobro (2005, p.174) plantea que el
proyecto DVB esta desarrollando un conjunto de métodos para llevar
televisión digital hacia los hogares y esta trabajando sobre estándares para
proporcionar servicios IP en sistemas por satélite, sistemas por cable,
transiciones terrestres digitales, servicios de sistemas de información,
sistemas comunes de encriptado e interfaces de acceso condicional.
El proyecto DVB tomo el estándar MPEG-2 como procedimiento de
codificación de video y audio, adaptándolo a sus necesidades. Varias
razones han concurrido para que el DVB adoptase el MPEG-2 como
codificación fuente para la transmisión de señales digitales (audio, video y
datos) vía satélite, cable y terrestre:
• La estructura paquetizada de DVB facilita las tareas de sincronización y
permite el transporte de todos los componentes en una misma trama binaria.
• Es un sistema idóneo para el almacenamiento, ya que la trama binaria
incluye la propia información de presentación para posibilitar el ordenamiento
de la misma.
• Permite la introducción de información de servicio de una forma flexible
para todas las configuraciones de servicio y componentes de servicio (audio,
video y datos).
El DVB ha propuesto un estándar internacional, llamado empaquetamiento
de la información, que consiste en la integración de la información
transmitida como (video, audio y datos) en los paquetes de flujo de
transporte.
46
En la Figura 11 se muestra un sistema DVB típico, en el que se integran
canales de datos, de televisión por satélite y señales de televisión terrestre.
Figura 12. Sistema DVB Típico. Fuente: Huidobro (2005)
2.3.1 ETAPAS DEL DVB
Moscoso (2006, p.7) expone que al estándar prácticamente se le podría
descomponer en tres etapas muy generales las cuales son: la codificación de
la fuente, la codificación del canal y finalmente la Transmisión/Recepción.
El estándar especifica como codificar la información captada, luego
prepara este torrente de unos y ceros en información codificada para
enfrentarse a las asperezas del canal; para así, finalmente adecuarse a la
portadora o sistema de portadoras para su transmisión.
47
Una vez que la señal es recibida por el receptor, básicamente sufre un
proceso inverso al anterior mencionado. Siendo recibida la señal debe
decodificarse, quitándole la redundancia que permitirá corregir en caso de
ser necesario la información contenida en unos y ceros para luego así ser
decodificada una vez mas en la información final que vera el usuario final.
2.3.1.1 CODIFICACIÓN DE LA FUENTE
La codificación de la fuente es muy importante en toda transmisión digital,
pues permite la interpretación de diferentes símbolos en un lenguaje digital,
es decir, en unos ceros, para su posterior transmisión.
La codificación de fuente que se usa en este estándar es MPEG (en sus
diferentes versiones), permitiendo incluso la codificación de un formato de
alta definición. Una vez obtenida la información de la fuente, se debe armar
la trama de datos que según el formato MPEG-2, debe ser de 1 byte de
sincronismo y 187 bytes restantes de información, según como se muestra
en la figura 13 debe que luego ingresan a la parte de aleatorización o
scrambler.
Figura 13. Trama de 188 bytes de formato MPEG-2. Fuente: Moscoso (2006)
48
El proceso de scrambler consiste en reordenar bajo un orden conocido los
bits de cada trama para darle un orden aleatorio, con el objetivo de asegurar
la dispersión de energía. Una vez que los bits salen de la etapa de
scrambler, están listos para ingresar a la siguiente fase, conocida como
codificación del canal. En la figura 14 se puede observar un pequeño
diagrama de bloques de lo descrito anteriormente.
Figura 14. Diagrama de bloque general de la codificación de la fuente.Fuente: Moscoso (2006)
Cuando los bits salen de la etapa del scrambler, su destino es la
codificación del canal que se detalla a continuación.
2.3.1.2 CODIFICACIÓN DEL CANAL Una vez que los bits fueron generados según los símbolos de entrada,
compuestos en una trama y aleatorizados para la distribución de energía,
esta preparados para ingresar a la codificación del canal. Esta etapa se
encarga de preparar a los bits de información para su salida al medio o
canal.
49
El canal puede presentar diferentes altibajos que imposibilitan la llegada
correcta de los bits generándose errores en el receptor. La codificación del
canal esta compuesta por varias etapas que son:
• Codificador externo (Reed-Salomon).
• Interlaving.
• Codificador interno (Codificador convolucional y el puncturing).
Cada una de las cuatro etapas que conforman la codificación del canal
descrito por el estándar DVB para la transmisión de señal de televisión
digital, contiene un propósito para que la información si fue afectada durante
su paso por el canal sea corregida y bien interpretada en el receptor.
Figura 15. Diagrama de bloque general de la codificación del canal. Fuente: Moscoso (2006)
En la Figura 15 se puede apreciar el orden de las etapas del codificador del canal.
2.3.1.3 TRANSMISIÓN/RECEPCIÓN
El estándar DVB para la transmisión de señales de televisión digital utiliza
OFDM que es un sistema de modulación en múltiples portadoras ortogonales
entre si, por división de frecuencia.
50
La implementación de la modulación OFDM era muy complicada ya que
requería gran precisión para lograr la ortogonalización entre las múltiples
portadoras. Y finalmente el sistema no era muy estable, pero con la actual
tecnología e investigaciones, se ha logrado implementar OFDM por medio de
la FFT (Fast Fourier Transform).
Previo a la transmisión se debe realizar un mapeo de la información
codificada de acuerdo a la modulación a usar QAM, QPSK, etc. Luego se
lleva a cabo la inserción de portadoras piloto, cuya función es sincronizar al
receptor en frecuencia y fase. Luego la información ya mapeada ingresa a la
etapa de la IFFT (Inverse Fast Fourier Transform) la cual descompone la
señal en una sumatoria de portadoras ya moduladas por la
informaciónmapeada, donde cada frecuencia de portadora es múltiplo en
enteros naturales consecutivos de una frecuencia base.
Teniendo lista la señal a transmitir se le añade un intervalo de guarda, es
decir, un intervalo de tiempo en el que se repite una porción de la señal, que
ayudara a eliminar el problema de distorsión por multicamino.
Figura 16. Etapa previa a la transmisión. Fuente : Moscoso (2006)
51
En resumen la figura 16 muestra el orden a seguir de las etapas de la
transmisión de la señal según el estándar DVB.
2.3.2 CLASIFICACIÓN DEL DVB Hung (2009, p.90) soporta que en la actualidad, el DVB posee un gran
impacto en el mundo de la difusión, así como en las diferentes tecnologías y
mercados relacionados con el ámbito digital. Junto con el consorcio ATSC
(Advanced Television Systems Committee o Comité de Sistemas Avanzados
de Televisión) es uno de los grupos que están estableciendo los principales
estándares normativos para el desarrollo de lo digital en cada uno de sus
soportes (satélite, cable y terrestre).
La consolidación mundial de este organismo ha propiciado que se
convierta en el principal foro de instauración de los estándares
precompetitivos de las diferentes aplicaciones y medios digitales que hoy
surgen como posibles o ya realizables.
El DVB ha venido desarrollando desde su inicio estándares enfocados a
cada uno de los soportes digitales conocidos actualmente: DVB-C (TV digital
por cable), DVB-S (TV digital por satélite), DVB-IP (TV digital a través de la
red IP), DVB-H (TV digital para equipos portátiles) y DVB-T (TV digital
terrenal). El establecimiento de estas normativas tiene un origen común: las
expectativas comerciales existentes alrededor del ámbito digital en el mundo.
Estos estándares serán desarrollados a continuación:
52
2.3.2.1 DVB-IP
Alcober, Granaiola, Rincón, y Rodríguez (2011, p. 1)plantean que el DVB-
IP (también conocido como DVB-IPI o DVBIPTV) es un estándar abierto
creado por el consorcio DVB (Digital Video Broadcasting) e impulsado por el
ETSI (European Telecommunications Standards Insitute) para la transmisión
de servicios multimedia encapsulados en MPEG2-TS sobre redes IP
bidireccionales de banda ancha.
El objetivo de DVB-IP no es la transmisión de streaming sobre Internet del
tipo YouTube o similar, de calidad relativamente baja, sino de servicios de TV
convencional o de alta definición ofrecidos sobre redes IP con calidad de
servicio, de manera que la experiencia del usuario sea similar a la TDT o la
TV por satélite, con ladiferencia de que en este caso se usa una red IP y no
una transmisión por radio.
2.3.2.2 DVB-H
Hung (2009, p.94) es uno de los primeros estándares enfocado al
desarrollo de servicios y contenidos digitales en dispositivos móviles como
los teléfonos móviles de tercera generación, los 3GSM. Los servicios y
contenidos digitales a que podrán tenerse acceso a través de este estándar
son semejantes a los que puede producirse y consumirse en la televisión
digital. Solo que, en este caso, se podrá tener acceso no sólo vía internet,
53
sino también a través del móvil, por ejemplo. Este sistema ofrece una
combinación eficaz en el consumo de energía de las baterías de estos
dispositivos y crea nuevas oportunidades económicas para los operadores
de red y sus proveedores de contenidos, hardware y software.
2.3.2.3 DVB-S Según Ruiz (2000, p.379) el estándar para la transmisión para televisión
digital por satélite es, sin duda, y probablemente, su éxito, ha sido el
detonante de la progresiva implantación del resto de sistemas DVB.
Actualmente esta siendo utilizado por proveedores de servicios en todos los
continentes. En Europa es el único sistema de televisión digital por satélite
implantado.
Se puede considerar que el sistema DVB-S parte de la trama de
transporte proporcionada por el MPEG-2, introduciendo distintas capas de
protección a la señal para adecuarla a las características del canal por el que
debe transmitirse.
En el receptor deben realizarse las operaciones inversas para tener
acceso a la trama de transporte que soporta la información de los programas
de televisión en formato MPEG-2. El estándar DVB-S proporciona suficiente
flexibilidad como para que el operador del servicio pueda decidir el contenido
de los programas de televisión que proporciona. Por tanto, es posible que se
transmitan señales con definición mejorada, de alta definición o de definición
54
convencional. En función de las características del enlace puede
seleccionarse el código de protección de errores interno. En transmisiones
con un ancho de banda de 36MHz es habitual utilizar códigos internos ¾ (3
bytes de datos, 1 de redundancia), con lo que se consiguen tasas de datos
de unos 39Mbps.
Moran (2009, p.3) promueve que el medio de transmisión utilizado por
satélite es caracterizado por una anchura de banda disponible relativamente
elevada sin embargo por una potencia de emisión limitada, por eso, para su
utilización con tazas de error reducidas es necesaria una codificación de
canal robusta y una modulación con buena inmunidad al ruido usando
QPSK,PSK o 16QAM, y la versión mejorada DVBS2 usa QPSK, 8PSK,
16APSK o 32APSK, siendo QPSK y 8PSK las versiones regularmente
utilizadas.
2.3.2.4 DVB-C Según Ruiz (2000, p.380) el estándar de transmisión de televisión digital
por cable esta basado en el DVB-S y comparte muchos aspectos comunes.
Las diferencias fundamentales entre ambos estándares radican en que en la
transmisión por cable se sustituye la modulación QPSK por una modulación
64QAM y que no se utilizan los códigos de corrección internos.
La supresión de estos códigos de protección se debe a que la relación
señal a ruido que se obtiene en un sistema por cable es muy superior a la de
55
un sistema por satélite de modo que, es suficiente con los códigos externos
para garantizar una correcta recepción, exenta de errores, de los datos.Para
canales de 8MHz de ancho de banda (equivalente a los canales cable
analógicos) puede obtenerse una capacidad de unos 38.5Mbps (usando
modulaciones del tipo 64QAM). El estándar también contempla el uso de
modulaciones digitales con tasas de datos superiores 128QAM y 256QAM
así como modulaciones con menores tasas (16QAM, 32QAM).
Por su parte Moran (2009, p.3) promueve que la transmisión por cable
presenta a lado de la transmisión por satélite, principalmente la relación
señal/ruido mas elevada y menor ancho de banda. En ese sentido, es
necesario alcanzar niveles de eficiencia espectral mas elevados, solicitando
las modulaciones mas complejas y disminuyendo la protección contra errores
C usando QAM, 16QAM, 32QAM, 64QAM, 128QAM o 256QAM.
2.3.2.5 DVB-T Ruiz (2000, p.380) plantea que el estándar DVB-T comparte el mismo
proceso de aleatorización, protección externa e interna de datos y códigos
convolucionales de entrelazado que el DVB-S. La diferencia fundamental es
que, en éste caso, se utiliza una modulación COFDM (Coded Orthogonal
Frequency Division Multiplexing) con un total de 1705 (modo 2K) o 8817
portadoras (modo 8K). Esta modulación permite, mediante el uso de
56
múltiples portadoras que dispersan los datos de la trama a transmitir, operar
en escenarios con un elevado índice de señal multicamino.
La protección frente a este tipo de interferencias se consigue insertando
intervalos de guarda entre los datos que, eventualmente, reducen la
capacidad del canal. Esta reducción de la capacidad es tanto menor cuanto
mayor es el número de portadoras utilizadas. No obstante, el aumento del
número de portadoras incrementa la complejidad del receptor.
El modo 2K esta pensado para transmisiones simples que cubran áreas
geográficas reducidas (potencias reducidas) mientras que el modo 8K puede
usarse para áreas geográficas extensas usando una única frecuencia
portadora por canal, común en toda la red.
La fuerte protección del COFDM permite que el sistema pueda operar
manteniendo la misma frecuencia portadora en toda una región geográfica
extensa (cubierta por varios radioenlaces). El receptor interpreta la señal
procedente del radioenlace más débil como una señal multicamino y puede
rechazarla. Si los radioenlaces están muy alejados, las diferencias de tiempo
de recepción pueden ser considerables y es necesario aumentar los
intervalos de guarda entre los datos digitales, perdiendo cierta eficiencia en
la transmisión.
Moran (2009, p.3) establece que el DVB-T necesita transmisión robusta de
la señal desde los transmisores hasta los receptores, algo que no es tarea
sencilla debido al medio de propagación utilizado presenta varias
contrariedades a la transmisión, como es el caso de propagación multi-
57
recorrido y desvanecimiento. En ese sentido, las especificaciones son muy
exigentes en cuanto a la utilización de mecanismos de codificación de canal
y modulación usando 16QAM o 64QAM en combinación con COFDM y
modulación jerárquica.
2.4 ESTÁNDAR IEEE 1901 Al Mawali (2011, p. 71) instaura que las tecnologías PLC han estado
disponibles en el mercado durante varios años. La tecnología recibió una
aceptación razonable de los usuarios en diferentes partes del mundo debido
a la creciente demanda de aplicaciones de banda ancha de alta velocidad. A
pesar del éxito moderado de las actuales soluciones PLC, no ha habido un
estándar unificado como una base para estas tecnologías.
Por esta razón, el IEEE establece el estándar IEEE P1901 Grupo de
Trabajo de Estándar Corporativo con el objetivo de desarrollar un estándar
unificado para alta velocidad (100 Mbps) de dispositivos PLC con frecuencias
por debajo de 100MHz. La norma se ocupa tanto de la agrupación en el
hogar con la creación de redes de baja tensión en el cableado local, así
como el grupo de acceso que tiene que ver con la entrega de
comunicaciones de banda ancha a través de la BT y MT ciñendo de poder a
las instalaciones del consumidor.
El Grupo de Trabajo IEEE P1901 se formó en junio de 2005. El 30 de
septiembre de 2010, el estándar IEEE para redes de banda ancha sobre
58
línea eléctrica: La MAC y las especificaciones de la capa física fue aprobado
por la Junta de Estándares de la Asociación de Estándares IEEE.
El estándar IEEE P1901 proporciona una solución con un enfoque común
y la capa MAC es capaz de soportar dos capas físicas. Las dos capas físicas
incluyen uno que se basa en la FFT OFDM y otro que se basa en wavelet-
OFDM. La razón de tenerse dos capas físicas es la compatibilidad con los
actuales dispositivos PLC que se basan en las dos técnicas de transmisión.
Las especificaciones de HomePlug se basan en FFTOFDM, mientras que los
dispositivos basados en la especificación HD-PLC de la industria Alliance
emplean wavelet-OFDM. La capa MAC interactúa con las dos capas físicas a
través de una capa de transición conocida como el Protocolo de capa de
convergencia física (PLCP).
De acuerdo con la propuesta de APC-OFDM la capa física se basa en un
número máximo de subportadoras de 1983 y aprovecha la banda de
frecuencia 1.8-48MHz para ofrecer velocidades de datos sustanciales de
hasta 400Mbps.
Esta capa física cuenta con periodicidad flexible al enlazarse para tener en
cuenta las necesidades regionales y las aplicaciones. Emplea intervalos de
guarda flexible y poca carga con la capacidad de llevar a 1, 2, 3, 4, 6, 8 de 10
bits por símbolo de datos mediante el uso de modulación QAM. El esquema
de FEC utilizado en esta capa física es el código turbo convolucional. El ruido
periódico impulsivo que es sincrónico con el ciclo de CA se explica por la
sincronización con el ciclo de alimentación.
59
La capa física en el anteproyecto de Norma IEEE 1901 está basada en
wavelet-OFDM. La característica principal de wavelet OFDM es su espectro
de contención superior y su capacidad para combatir la ISI sin la adición de
una extensión cíclica que puede degradar el rendimiento del sistema. La
propuesta de wavelet-OFDM de IEEE 1901 utiliza 512 subportadoras (sólo
338 de ellos se utiliza para transportar información) equidistantes entre la
banda de frecuencias de 2-28MHz.
Una banda opcional de hasta 60Hz puede ser ocupada para impulsar la
velocidad de datos por encima de los 500 Mbps. La modulación utilizada es
la amplitud del pulso de modulación (M-PAM) con constelaciones reales M =
2, 4, 8, 16 o 32 bits por símbolo de datos. La FEC se logra utilizando el
sistema de código Reed-Salomón/Convolutional y una opción de baja
densidad de código de verificación de paridad (LDPC).
La capa MAC en el proyecto de Norma IEEE 1901 incorpora un control de
acceso híbrido que emplea tanto CSMA/CA y los sistemas TDMA. Para
controlar el tráfico de manera eficiente con los requisitos de transmisión
diferentes, la MAC define una contienda libre y un periodo de contención.
2.4.1 PLC (POWER LINE COMMUNICATIONS) Según Al Mawali (2011, p. 1) En los últimos años, la demanda de
aplicaciones multimedia de banda ancha ha aumentado significativamente y
continúa creciendo a un ritmo rápido. Acceso a Internet en banda ancha, por
60
ejemplo, está teniendo una tremenda demanda y cada vez es una necesidad
para los hogares y negocios. Actualmente una gran variedad de tecnologías
permiten la conectividad de banda ancha hacia y dentro de los hogares y
oficinas.
Entre las tecnologías de la comunicación, las líneas de comunicaciones de
energía (PLC) están recibiendo un enorme interés en la investigación y
presenta una solución muy atractiva de la conectividad multimedia para el
problema de la última milla.
Las hazañas de PLC ya existentes en las redes eléctricas ofrecen una alta
velocidad de banda ancha. Además de resolver el problema de conectividad
de última milla, PLC utiliza el cableado del edificio eléctrico como una red de
área local de alta velocidad que incluye el acceso Internet de banda ancha,
voz sobre servicios de entretenimiento de propiedad intelectual y en el hogar
utiliza casi todos los enchufes en los edificios residenciales o de negocios. La
ventaja de conducción de PLC es que utiliza una infraestructura que es
mucho más omnipresente que cualquier otro cable infraestructura, por lo
tanto, no requiere un nuevo cableado.
El concepto de utilizar las líneas eléctricas (PL) para los servicios de
comunicación no es uno que acaba de salir. Las primeras aplicaciones de la
fecha de regreso del PLC sobre Hace cien años, cuando las comunicaciones
analógicas fueron empleados para la medición de distancia y la
automatización del hogar. También era importante para la alimentación
empresas de servicios públicos tienen una relación de comunicación
61
adecuada para mantener la operación de alta tensión LP. Sin embargo, la
atención en la última década ha sido se centró en el uso de PLC para el
acceso rápido a Internet de banda ancha, así como otros servicios
multimedia.
PLC ofrece una alternativa competitiva y rentable para acceso a Internet
LAN y aplicaciones. Sin embargo, la gran expansión y la adopción
generalizada de esta tecnología hasta ahora ha estado limitada por la falta
de un acuerdo universal, expedidos por un organismo de normalización
reconocido a nivel mundial. La mayor parte de los productos PLC disponibles
en el mercado ahora se basan en la norma HomePlug, con su variante
(HomePlug 1.0, HomePlug AV y HomePlug BPL). Recientemente, el primer
estándar de IEEE para la banda ancha sobre redes de línea eléctrica ha sido
aprobado.
A pesar de las ventajas presentadas por el PLC, esta tecnología transmite
las señales de comunicación a través de un medio que nunca fue diseñado
para funciones de telecomunicaciones. Las líneas eléctricas difieren
significativamente en su estructura y las características físicas de los medios
de comunicación habituales, como cables de fibra óptica y coaxial. Entender
las propiedades es esencial para el diseño de sistemas PLC.
Los factores más importantes que afectan a las comunicaciones por líneas
eléctricas son la atenuación, desvanecimiento multitrayecto y el ruido. Los
cables PL sufren una considerable atenuación de la frecuencia y que se
incrementa utilizando altas frecuencias y puede ser grave para
62
comunicaciones de larga distancia. Además, el desajuste de la impedancia
se presenta de una manera común en las redes de PL causando enormes
reflexiones de la señal, dando lugar a desvanecimiento multitrayecto. Otra
deficiencia persistente de los sistemas PLC es el ruido generado por fuentes
internas y externas que están bien conectados o muy cerca al medio de
transmisión PLC.
El ruido en cualquier toma de corriente es la suma de los ruidos
producidos por los diferentes aparatos conectados a la línea más el ruido de
fondo en la línea. Cinco tipos de ruido se encuentran a menudo en canales
PL: el ruido de fondo de color, ruido de banda estrecha, ruido periódico
asíncrono impulsivo a la frecuencia de la red, el ruido periódico síncrono
impulsivo con la frecuencia de red y el ruido impulsivo asíncrono . Los tres
primeros tipos son casi estacionario y se clasifican como fondo ruido. Los dos
últimos tipos tienen un comportamiento variable en el tiempo al azar y son a
menudo clasificados como ruido impulsivo.
Ruido impulsivo constituye uno de los principales retos para los sistemas
PLC. Es generalmente el resultado de los transitorios de conmutación en
aparatos de poder. Los impulsos de este tipo tienen cortos períodos de
tiempo que van desde algunos microsegundos hasta unos pocos
milisegundos y se caracterizan con amplitudes muy altas. Durante la
aparición de ruido impulsivo, la densidad espectral de potencia (PSD) de este
tipo de ruido puede ser de hasta 50 dB mayor que el ruido de fondo.
63
Debido a la presencia de ruido impulsivo y otras características
indeseables de las redes de PL, es crucial para la alta velocidad del PLC
seleccionar una modulación técnica que pueden hacer frente a tales
peculiaridades. Un número de modulaciones técnicas, incluyendo las de una
sola portadora, multi -portadora y de espectro ensanchado son de interés
para los ingenieros e investigadores del PLC. Entre ellos, la multiplexación
por división de frecuencia ortogonal (OFDM) se presenta como un excelente
candidato del PLC. El principio básico de OFDM es dividir datos de alta
velocidad de símbolos en flujos de datos lentos que a su vez modulan
múltiples bandas estrechas con subportadoras ortogonales simultáneamente.
Esto reduce el efecto de desvanecimiento de multitrayecto mediante la
ampliación de la duración del símbolo de modo que, dependiendo del retardo
del canal extendido, sólo una pequeña porción del símbolo se ve afectada.
Con la adición de un protector de tiempo cíclico, el problema de la
multitrayectoria puede eliminarse por completo en OFDM. Además, el efecto
del ruido impulsivo se minimiza en la señal OFDM recibida, además de que el
ruido añadido se divide por el número de los sub-canales a través de la
transformada de Fourier discreta (DFT) en la operación del receptor. OFDM
ofrece robustez, así como de implantación sencilla que hacen de esta técnica
un candidato favorito para el PLC.
OFDM puede ser fructífera en combinación con técnicas de modulación
adaptativa que permiten subportadoras individuales tengan diferentes
tamaños constelación, transmitir potencias, tasa de bits erróneos instantánea
64
(BER), el código de canal y así sucesivamente. Esto resuelve el problema de
selectividad de frecuencias asociadas con las redes de PLC. Por su parte los
subcanales que se ven afectados por la decoloración o interferentes de
banda estrecha puede llevar menos bits o incluso puede ser puesto a cero
en casos extremos o si las sub-bandas se utilizan para los operadores
inalámbricos. Para habilitar el PLC de alta velocidad por líneas eléctricas, los
algoritmos de adaptación de carga pueden explotar de manera eficiente el
espectro disponible y optimizar el rendimiento que tiene que ser introducido.
Bajo las condiciones duras del canal, la fiabilidad de los sistemas PLC
pueden ser mejorados por la utilización de métodos corrección de errores
(FEC). Debido a la aparición de ruido impulsivo a ráfagas en los canales de
PL, el intercalado necesita ser empleado para reducir el canal de memoria y
ayudar a la codificación de esquemas, que están diseñados para luchar
contra los errores individuales, para hacer frente a los errores causados por
las perturbaciones de ráfaga.
2.4.1.1 APLICACIONES DE PLC
En los primeros días de la tecnología PLC, el uso de redes eléctricas para
fines de comunicación fue motivada por la necesidad de un vínculo de
comunicación conveniente para mantener la función de las redes eléctricas.
Luego, otras aplicaciones de banda estrecha utilizando PLC surgieron, como
las comunicaciones de una sola dirección o unidireccionales, ejemplos de
65
estas son: lectura de medidores y las diversas aplicaciones de
automatización del hogar (por ejemplo: alarma de intrusión, detección de
incendios y así sucesivamente). Hoy en día, las tecnologías PLC abarcan
una amplia gama de aplicaciones, incluyendo voz, video, multimedia, redes y
así sucesivamente, gracias a la creciente demanda de aplicaciones de datos
de banda ancha de alta velocidad. En esta sección se ofrece una visión
general de las aplicaciones actuales y potenciales de PLC.
(A) PLC BASADO EN LAN Una aplicación común y generalizada de PLC es la creación de una red de
área local (LAN) en la casa u oficina utilizando el cableado eléctrico en
interiores. La ventaja de conducir PLC para esta aplicación es la
disponibilidad de tomas de corriente en todas partes del hogar o en la oficina
lo que hace que sea fácil que diversos equipos funcionen en una red local a
través de las líneas eléctricas ya existentes. Al igual que otras tecnologías de
red local, las redes LAN basadas en PLC permiten la compartición de
archivos e impresoras, sin embargo, sin la necesidad de nuevos cables.
Compartir archivos e impresoras es particularmente importante en las redes
de ordenadores profesionales.
Los ordenadores conectados a una red de PLC pueden compartir una
única conexión a Internet. Independientemente de la tecnología utilizada para
proporcionar Internet a las instalaciones del cliente, un dispositivo PLC puede
66
redirigir el flujo de datos en la red eléctrica. De esta manera, el acceso a
Internet está disponible para todos los puntos existentes en la casa u oficina.
La Figura 17 ilustra una red basada en PLC permitiendo compartir archivos e
impresoras, así como una conexión a Internet compartida por los usuarios de
la red.
La difusión de diferentes fuentes de datos es otra aplicación de las LAN
basadas en la tecnología PLC. Un ejemplo de esto es transmitir señales de
audio en diferentes formatos desde un servidor de archivos de audio a todos
los ordenadores conectados a la red eléctrica en el hogar o la oficina.
Además, los dispositivos de audio se pueden conectar entre sí u a otros
ordenadores a través de la red PLC. Otras aplicaciones recreativas como
juegos en red, se pueden reproducir entre diferentes estaciones de la red,
utilizando la conexión PLC.
Figura 17. Red LAN, que incluye el intercambio de archivos , impresora e Internet con base de PLC. Fuente : Al Mawali (2011)
67
PLC puede integrarse con otras tecnologías LAN de diferentes maneras.
Puede desempeñar el papel de una columna vertebral de las ampliamente
utilizadas redes Wi-Fi, como se muestra en la Figura 18. A pesar de que las
redes Wi-Fi proporcionan movilidad y flexibilidad a los usuarios dentro de un
edificio, la cobertura total de los edificios de gran tamaño no puede ser
garantizada sin necesidad de utilizar múltiples routers inalámbricos
interconectados a través de una red troncal cableada. El cableado eléctrico
puede ser ese vínculo entre la columna vertebral de routers Wi-Fi con
dispositivos PLC.
Figura 18. Red Wi-Fi con aplicación a PLC. Fuente: Al Mawali (2011)
(B) VOZ, VIDEO Y MULTIMEDIA
68
Las altas tasas de datos ofrecidas por el PLC pueden soportar
aplicaciones como voz, vídeo y multimedia. Por ejemplo, la telefonía a través
de PLC es una de las primeras aplicaciones que utilizan el PLC y se puso a
prueba por primera vez en 1928. La transmisión de voz telefónica requiere
una velocidad de bits que puede ser tan baja como 5.6Kbps, y que pueden
ser fácilmente soportadas por PLC. Sin embargo, la tasa de datos no es la
única preocupación para el transporte de las conversaciones telefónicas
sobre el PLC.
Para una aplicación confiable con la interacción humana, el tiempo
máximo permitido entre la transmisión de la información y la recepción de la
misma información es 300 ms. Esto significa que la punta redonda de bits en
una conversación telefónica sobre el PLC no debe tomar más de 300 ms.
Además, la sincronización en el receptor es otro problema para las
comunicaciones de voz a través del PLC. La información transmitida tiene
que llegar al receptor en tiempos de sincronización precisa.
La voz puede ser transmitida a través de PLC como paquetes IP utilizando
la tecnología VoIP (voz sobre IP). Usando esta técnologia, el discurso se
divide en paquetes IP, que viajan a lo largo del PLC y otras redes. El acceso
a la red a menudo se administran mediante el protocolo de CSMA / CA.
PLC también puede soportar mayores velocidades de datos adecuados
para aplicaciones de video tales como streaming de video, vigilancia por
video, televisión por cable y servicio de videoconferencia. Si la aplicación
69
requiere un único flujo de información direccional, como en el caso de
transmisión de vídeo, la restricción de tiempo de retardo puede ser relajada.
El tiempo de espera para el momento en que la fuente comienza a enviar la
información y el momento en el vídeo se reproduce en el extremo receptor
puede llegar a ser de varios segundos. Este tiempo permite que el receptor
tenga suficientes paquetes en la memoria antes de ver el video, por lo tanto,
se evita interrupciones durante el tiempo de reproducción de vídeo.
Otra aplicación uni-direccional es la vigilancia de vídeo utilizando las
líneas eléctricas. El uso de PLC para esta aplicación ofrece una gran
flexibilidad en relación con la ubicación de la cámara, ya que la toma de
corriente tiene que estar en estrecha proximidad a la toma de poder de la
cámara. Otra ventaja obtenida por el PLC en este contexto es que no hay
necesidad de cables adicionales como en otras tecnologías alámbricas que
se utilizan a menudo en la vigilancia de vídeo.
El vídeo a menudo se codifica utilizando los estándares MPEG.
Dependiendo de la técnica de compresión empleada y la relación, la calidad
de las imágenes, el vídeo puede variar. En general, cuanto menor sea la
compresión, mayor será la calidad de la imagen.
Otro parámetro importante que afecta a la calidad de las imágenes es la
velocidad de datos alcanzable que puede ser utilizada para transmitir
imágenes de vídeo. PLC se basa en normas recientes como HomePlug AV e
IEEE 1901, no debe existir dificultades en términos de los requisitos de
velocidad de datos para la transmisión de vídeo con una calidad de
70
televisión, siempre y cuando la red PLC no se use en exceso. HDDTV
(televisión de alta definición digital) también puede ser apoyada por estas
normas de control. Sin embargo, debido a la alta tasa de bits requerida para
HDDTV (5-10Mbps), el número de usuarios en una red es muy limitado.
Anteriores normas del PLC, como HomePlug 1.0 tiene una capacidad
limitada a los tipos de datos y no puede apoyar HDDTV.
La videoconferencia es otra función que puede emplear el uso de sistemas
PLC. Con el fin de tener una calidad tan buena como la televisión, se
requieren altas velocidades de datos de varios megabits por segundo. Para
cine de calidad de videoconferencia, la tasa de datos requerida puede ser tan
alta como 50 Mbps. Al igual que en el caso de la telefonía a través de PLC, la
videoconferencia incluye la interactividad humana, que impone la restricción
de tiempo de retraso (300 ms para ida y vuelta).
La sincronización es otro motivo de preocupación para la videoconferencia
y tiene que ser controlado con eficacia. La tecnología PLC también es
compatible con la transmisión de archivos multimedia que incorporan voz,
video y otros tipos de datos. Las aplicaciones multimedia suelen necesitar
altas tasas de bits, dependiendo de los tipos de datos incluidos. Altas tasas
de datos se puede realizar utilizando dispositivos PLC basadas en las
normas recientes. Sin embargo, cuando se transmite archivos multimedia, es
necesario sincronizar las aplicaciones simultáneas que comprenden un
proceso multimedia.
71
(C) ACCESO A INTERNET
La tecnología PLC puede usar las redes eléctricas de baja tensión que
proporciona una red de acceso a Internet y otros servicios de IP a los clientes
en el área de la última milla. Esto se consigue mediante la inyección de la
señal PLC en la red eléctrica de BT usando un dispositivo PLC (maestro). La
Figura 18 ilustra este escenario. En el extremo del abonado, otro dispositivo
PLC (esclavo) recupera la señal de Internet y lo distribuye en la red en la
construcción eléctrica, donde los diferentes dispositivos de comunicación
pueden utilizar los tomacorrientes para obtener acceso a la red.
La comunicación está controlada por el dispositivo maestro del PLC que
se encuentra cerca del transformador MT / BT. Este equipo PLC maestro
actúa como una estación base para los dispositivos de los suscriptores del
PLC. La comunicación entre la estación base y la red de área extensa (WAN)
se puede lograr por métodos de comunicación convencionales, tales como
fibras ópticas, enlaces de radio y así sucesivamente, o por el uso de redes
eléctricas de MT.
72
Figura 19. PLC proporciona acceso a internet para los suscriptores en la
red de baja tensión. Fuente: Al Mawali (2011)
2.4.2 HOMEPLUG Según Al Mawali (2011, p. 66) plantea que con el surgimiento de
tecnologías de alta velocidad del PLC en todo el año 2000, un grupo de
empresas deciden formar la alianza HomePlug, con el objetivo de establecer
las especificaciones técnicas para la tecnología de redes en el hogar para las
líneas de alimentación y promover su disponibilidad y su adopción en todo el
mundo. La alianza HomePlug fue fundada en marzo de 2000 y consta
actualmente de más de 65 empresas miembros. La junta directiva de la
alianza incluye a representantes de Cisco, Comcast, GE Energy, Gigle, Intel,
Intellon, Motorola, NEC, Sharp y Texas Instruments.
La primera especificación desarrollada por la alianza HomePlug fue
HomePlug 1.0 que fue destinada a proporcionar comunicaciones de banda
73
ancha entre dispositivos en la red doméstica. El estándar HomePlug 1.0 fue
lanzada a la industria en junio de 2001, y proporcionó una velocidad en capa
física de hasta 14 Mbps y utiliza un control de acceso al medio (MAC) que se
basa en Carrier Sense Multiple Access con Collision Avoidance (CSMA / CA).
La especificación HomePlug 1.0 fue entonces ligeramente modificada y
actualizada para crear el HomePlug 1.0.1.
En 2005, la HomePlug AV (HPAV) estándar fue lanzada a la industria con
el objetivo de proveer alta calidad, multi-stream en red utilizando la línea de
alta tensión redes existentes en el hogar. HPAV PHY proporciona
velocidades de datos de alrededor de 200 Mbps para datos, audio y video
que permite la creación de redes de entretenimiento orientado a aplicaciones
como televisión de alta definición (HDTV) y Voz sobre Protocolo de Internet
(VoIP). La alianza HomePlug también está trabajando en el desarrollo de la
no-LAN, incluyendo las especificaciones HomePlug BPL y el Comando de
HomePlug y de control.
2.4.2.1 HOMEPLUG 1.0
Esta norma utiliza la multiplexación por división ortogonal de frecuencia
(OFDM), con 84 subportadoras igualmente espaciadas para proporcionar
14Mbps en capa física de velocidad de datos. HomePlug 1.0 utiliza la banda
de frecuencia 4.5MHz a 21 Mhz. Para eliminar la interferencia entre símbolos
causada por propagaciones multitrayecto, la norma emplea técnicas de
74
modulación diferencial (DBPSK, y DQPSK) para cancelar la necesidad de
ecualización en el receptor.
HomePlug 1.0 aborda las variaciones del canal y la decoloración selectiva
mediante la utilización de un enfoque de tono de la asignación de
adaptación, en el que subportadoras con muy baja SNR se puede apagar.
Eventos impulsivos de ruido son combatidos mediante el uso de FEC,
además de entrelazado de datos. Una modulación robusta (ROBO) utiliza
fuertes códigos de corrección de errores, así como la diversidad de tiempo
que lleva a siembra, velocidad de datos se define en HomePlug 1.0. El modo
de ROBO se utiliza para la transmisión de mensajes de gestión importantes.
El esquema CSMA/CA con cuatro niveles de prioridad se utiliza para la capa
MAC en HomePlug 1.0.
En este esquema de acceso, los nodos son necesarios para detectar el
medio antes de transmitir los datos. Si el medio está ocupado entonces la
transmisión se retrasa hasta que el medio se vuelve inactivo. En esta etapa,
el nodo puede comenzar la transmisión después de una duración elegidos al
azar para evitar colisiones con los paquetes procedentes de otros nodos de
espera. Además, HomePlug 1.0 utiliza un tamaño de ventana de adaptación
técnica de gestión.
La seguridad y encriptación de la información es fundamental y necesaria
en la especificación de HomePlug 1.0 y esta se consigue mediante el cifrado
de datos basado en el estándar de cifrado de 56 bits de datos (DES de 56
bits).
75
En el nivel de aplicación, la tasa global de datos teórico alcanzado por
HomePlug 1.0 es de alrededor de 8 Mbps, mientras que las mediciones
prácticas en las redes habituales de origen de la línea de energía mostraron
tasas de datos reales de 4 de 7 Mbps.El estándar HomePlug 1.0 se ha
actualizado hacia una nueva generación para generar HomePlug 1.0.1 que
fue utilizado como base para HomePlug Turbo que fue lanzado por Intellon
que ofrece velocidades de hasta 80Mbps. El aumento en las tasas de datos
en HomePlug Turbo, en comparación con 14Mpbs en la especificación
original de HomePlug 1.0, se logró mediante el uso de esquemas de
modulación de orden superior.
2.4.2.2 HOMEPLUG AV Tras el éxito de su primera especificación, en el año 2005 HomePlug
Alliance lanzó una especificación de la tecnología mucho más avanzada,
HomePlug AV (audio/vídeo). HPAV representa la segunda generación de la
tecnología PLC puestos a disposición por la Alianza HomePlug que utiliza
avanzadas tecnologías de PHY y MAC para lograr su objetivo de crear redes
domésticas que utilizan las líneas de corriente alterna con PHY velocidades
de datos de hasta 200Mbps adecuados para los servicios de banda ancha de
alta calidad, incluyendo alta velocidad de datos, audio, video y otras
aplicaciones multimedia.
HPAV aspira a ser la tecnología de red preferida para aplicaciones de
datos de entretenimiento multi-stream, tales como HDTV, SDTV y VoIP.
76
HPAV utiliza la banda de frecuencias de 2-28MHz, que es bastante más
ancha que la banda de frecuencia utilizada por HomePlug 1.0.
La capa física proporciona una velocidad de 150 Mbps de información de
la tarifa total del canal de 200Mbps. Esta tasa de velocidad de 200Mbps se
logra mediante el uso de ventana OFDM con 917 subportadoras en
conjunción con adaptativa de bits de carga. Los diferentes tipos de
constelación van desde 1 bit (usando BPSK modulación) a 10 bits (utilizando
1024-modulación QAM) se pueden asignar a cada subportadora
individualmente dependiendo de las condiciones del subcanal de
desvanecimiento. Esto, mejora notablemente el rendimiento de REC en
general desde las subportadoras fuertemente descoloridas que de otra
manera dominan el BER se apagan.
Por otra parte, las portadoras que tienen un alto valor SNR puede ser
asignado a transportar hasta 10 bits por símbolo QAM que resulten en
mejoras significativas en la tasa de datos del sistema. La capa PHY también
emplea un prefijo cíclico flexible para tener en cuenta la variación en el
retardo de propagación Cannel y eliminar cualquier ISI. Para mitigar el efecto
del ruido impulsivo, HPAV FEC emplea el uso de potentes codificaciones con
turbo convolucional con tasas de códigos diferentes.
En la capa MAC, HPAV tiene una gran eficiencia usando el tiempo se dio
cuenta de acceso múltiple por división (TDMA) y los esquemas basados en
CSMA sincronizadas con el ciclo de la línea de CA. TDMA ofrece garantías
77
de calidad de servicio (QoS) en forma de alta confiabilidad y reserva de
ancho de banda garantizado.
En cuanto a la gestión de la red, HPAV incorpora la gestión avanzada de
red capaz de proporcionar las configuraciones plug-and-play, así como las
configuraciones del proveedor de servicios. La seguridad del tráfico de datos
en las redes PLC basados en la especificación HPAV está garantizado con
128-bit Advanced Encryption Standard (AES). HPAV es compatible con la
versión anterior de HomePlug 1.0 y tiene modos opcionales y obligatorios
que permiten la coexistencia con otros tipos de red. Un resumen de la
arquitectura del sistema HPAV se obtiene ilustrado en el diagrama de la
Figura 20.
Figura 20. Arquitectura de la especificación HomePlug AV. Fuente : Al Mawali (2011)
2.4.2.3 HOMEPLUG CON ACCESO A BPL
78
Con las líneas de alimentación de CA como un enlace de comunicación de
banda ancha para el hogar o la oficina que normalmente se conoce como
banda ancha por líneas eléctricas (BPL). Además de los estándares de redes
en el hogar, HomePlug Alliance formó un grupo de trabajo para hacer frente
a la parte de acceso BPL del PLC HomePlug BPL system. Este grupo de
trabajo se formó en 2004 con el propósito de desarrollar los requisitos del
mercado para la especificación HomePlug BPL.
Un documento de requerimientos del mercado se finalizó en junio de 2005.
Más tarde, en marzo de 2007, el grupo de trabajo completó el primer
borrador del estándar HomePlug BPL access. El proyecto de norma se
integró en el estándar de IEEE para redes de banda ancha sobre línea
eléctrica a través del grupo de trabajo IEEE 1901.
La Alianza también lanzó el HomePlug HomePlug verde PHY de serie con
el objetivo de convertirse en el principal estándar para la ejecución de las
aplicaciones Smart Grid que trabajan para optimizar el uso de energía.
2.5 BROADBAND POWERLINE (BPL) Según Hrasnica, Haidine y lehnert (2004, p.31) esto se refiere a la
utilización de las redes eléctricas para propósitos de comunicación. En este
caso, las mallas de distribución eléctrica son adicionalmente utilizadas como
79
medio de transmisión para la transferencia de varios servicios de
comunicación. La idea principal detrás de BPL es la reducción de costos en
la realización de nuevas redes de telecomunicaciones.
2.5.1 CARACTERÍSTICAS DE REDES BPL A continuación se describe las características de las redes BPL utilizando
redes de bajo voltaje como medio de transmisión. Estas redes son
caracterizadas por su propia topología de rasgos específicos si el proveedor
de energía se utiliza como medio de transmisión para comunicaciones.
Por otro lado, una red de acceso BPL actúa como una antena,
produciendo emisión electromagnética, el cual crea distorsión en otros
servicios de comunicaciones que estén operando en el mismo rango de
frecuencia (hasta 30MHz). Como consecuencia, los sistemas BPL tienen que
operar con una señal de poder limitada que los hace sensible a distorsiones.
Las redes BPL son sensibles a distorsiones provenientes del ambiente y
de la propia red de bajo voltaje.Las siguientes características son
consideradas:
• Topología de la red.
• Canal de transmisión.
• Compatibilidad electromagnética.
• Ruido ocasionado por la propia red.
80
2.5.2 TOPOLOGÍA DE REDES BPL
La topología de una red de acceso BPL esta dada por la misma topología
del proveedor del servicio de baja tensión utilizado como medio de
transmisión. Sin embargo, una red de acceso BPL puede ser organizada de
diferentes maneras (por ejemplo, posición diferente de la estación base,
segmentación de la red y así), el cual pueden influenciar la operación de la
red.Las redes de baja tensión son realizadas utilizando varias tecnologías
(diferentes tipos de cables, unidades transformadoras y así), y son instaladas
de acuerdo a los estándares existentes, el cual difiere de un país a otro.
También se encuentran diferentes tipos de cableados en baja tensión.
Entonces, hay redes realizadas con líneas de sobre-cabeza o líneas de
puesta a tierra, el cual tienen diferentes características de transmisión,
además de soluciones de cableado combinado sobre-cabeza/tierra.La
topología de las redes de baja tensión también difieren de lugar a lugar y
depende de varios factores, tales como:
2.5.2.1 UBICACIÓN DE LA RED Una red BPL puede ser localizada en áreas residenciales, industriales y de
negocios. Además hay diferencia entre área rural y área urbana. Las áreas
industriales o de negocios son caracterizados por un alto número de clientes
81
quienes con usuarios potenciales para el servicio BPL. También es esperado
que los suscriptores del área de negocios tengan diferentes requerimientos
que los del área industrial y especialmente diferentes que los suscriptores del
área residencial. Diferente similares pueden ser encontradas entre áreas
rurales y urbanas.
2.5.2.2 DENSIDAD DE SUSCRIPTORES El número de usuarios/suscriptores en una red de baja tensión además de
la concentración de usuarios, varía de red a red. Los suscriptores pueden ser
mayormente localizados en casas (baja densidad de suscriptores), el cual es
típico para la aplicación de áreas rurales, dentro de pequeños bloques
incluyendo algunos clientes individuales (por ejemplo, áreas residenciales),
en edificios con un gran numero de cubículos u oficinas o de apartamentos o
torres empresariales (muy alta densidad de suscriptores).
2.5.2.3 LONGITUD DE LA RED La mayor distancia entre un transformador y un cliente dentro de una red
de baja tensión también difiere de un lugar a otro. Usualmente, hay una
diferencia significativa entre la distancia para la aplicación de una área rural a
un área urbana.
82
2.5.2.4 DISEÑO DE LA RED
Las redes de baja tensión usualmente consisten en secciones de varias
redes. El cual difiere de red a red.
2.5.3 CANAL DE COMUNICACIONES Según Hrasnica, Haidine y Lehnert (2004, p.35) como en todo canal de
comunicación, el medio por BPL introduce atenuación y desplazamiento de
fase de la señal. El medio de la línea eléctrica es un canal de transmisión
inestable debido a la variación de impedancia causada por la variedad de
artefactos que pueden ser conectados a esta línea. Como estas han sido
diseñadas para transmitir energía y no datos, hay desfavorables
características en el canal con ruido considerable y alta atenuación. La
impedancia es principalmente influenciada por la impedancia características
del cable, la topología de la parte considerada de la red y naturalmente la
carga eléctrica conectada.
La propagación de la señal sobre la línea eléctrica introduce atenuación, el
cual se incrementa con la longitud de la línea y la frecuencia. Esta
atenuación es una función de características de impedancia de la línea ZL y
la constante de propagación ? ’. Estos dos parámetros pueden ser definidos
por la resistencia primaria R’ por unidad de longitud, la conductancia G’ por
83
unidad de longitud, la inductancia L’ por unidad de longitud y la capacitancia
C’ por unidad de longitud, el cual son generalmente frecuencias
dependientes, como se formula en las ecuaciones 1 y 2.
(1)
y
(2)
(3)
Considerando la posibilidad de una línea de transmisión corresponde que
su equivalente solo respecto a la propagación de la onda desde el origen al
destino, la función de transferencia de una línea con longitud L puede ser
formulada como sigue:
(4) En investigaciones y mediciones de las propiedades de energía de los
cables, estas han sido concluidas como R’(f) en la banda de frecuencia
considerada para BPL (1-30MHz). Además, de la dependencia de L’ y C’ en
la frecuencia es descuidada de modo que la impedancia características ZL y
84
la constante de propagación (?) puede ser determinada utilizando la
aproximación:
(5)
(6) Re(?) Im(?)
Para obtener la parte real Re{} de la constante de propagación como una
función directa de la frecuencia f, se sustituye R’(f) por la formula dada en la
ecuación (7), donde (? ) y K representan la constante de permeabilidad y
conductividad; respectivamente y r es el radio del cable.
(7) Las medidas muestran que G’(f) – f y esto también es sustituido en la
parte real, como se expresa en la ecuación (8).
(8) Resumiendo los parámetros del cable (ZL,r, etc ) dentro de constantes k1,
k2, k3, la parte real e imaginaria de la constante de propagación puede ser
expresada por;
85
(9)
(10) Los resultados obtenidos de diversas mediciones logradas de la
propagación perdida fueron comparadas con el valor obtenido de la ecuación
(9), y una aproximación fue hecha con el fin de obtener una ecuación que
representa el comportamiento real de la perdida de la propagación en el
dominio de la frecuencia, el cual fue presentada. La aproximación formulada
de esta perdida fue dada en la ecuación (11) donde a0 , a1 y k son
constantes.
(11) Si la perdida de propagación calculada arriba representa la perdida del
medio por unidad de longitud l, por una adecuada selección de los
parámetros de atenuación a0, a1 y k, la atenuación de la línea de corriente,
representando la amplitud de la función de transferencia del canal, puede ser
definida por la ecuación (12).
(12)
2.5.4 COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNÉTICA (CEM)
86
La tecnología BPL utiliza la malla de energía para la transmisión de
señales de información. Desde un punto de vista de electromagnética, la
inserción de señales eléctricas BPL en el cable de energía resulta en la
radiación de un campo magnético en el ambiente, donde el cable de energía
comienza a actuar como una antena. Este campo es visto como una
perturbación para el ambiente y por esta razón su nivel no debe exceder
cierto límite a fin de crear lo que se llama compatibilidad electromagnética
(EMC, por sus siglas en ingles).
Se tiene entonces que la compatibilidad electromagnética es la capacidad
que tiene un dispositivo o sistema para operar satisfactoriamente en su
entorno electromagnético sin causar perturbación electromagnética
intolerable en la forma de interferencia a cualquier otro sistema o dispositivo
en ese ambiente incluyendo al mismo.
EMC, significa vivir en armonía con otros y esto es visto en dos
aspectos;Operar satisfactoriamente, significa que el equipo es tolerante de
otros el equipo no es susceptible a señales electromagnéticas que otros
equipos colocan dentro del entorno.
Sin causar perturbación electromagnética intolerable, significa que el
equipo no molesta a otros equipos. La emisión de señales electromagnéticas
del equipo no causa problemas de interferencia electromagnética en otros
equipos que estén presentes.
87
El ruido electromagnético puede ser propagado por conducción o por
radiación, y por lo tanto la emisión puede tener consecuencias en ambos
sistemas, tanto internos y/o externos, conteniendo la fuente de la
perturbación.
2.5.5 CARACTERIZACIÓN DE LAS PERTURBACIONES Dado que los cables de alimentación se diseñaron solo para la transmisión
de la energía, no se ha mostrado interés en las propiedades de este medio
en la gama de alta frecuencia. Además una amplia variedad de aparatos, con
diferentes propiedades, son conectados a la red de energía.
Por lo tanto, antes de utilizar este medio para la transmisión de
información, una investigación intensiva del fenómeno presente en su
entorno ha de ser logrado. Además de la distorsión de la señal de
información.
2.5.6 ESTRUCTURA DE LAS REDES DE ACCESO BPL Las redes de suministro de baja tensión consisten de una unidad de
transformación (transformador de voltaje) y una serie de cables de
alimentación enlazados a los usuarios finales, que están conectados a la red
a través de las unidades de transformación.
Un sistema de transmisión eléctrica aplicada a una red de baja tensión es
utilizada como un medio para la realización de las redes de acceso BPL. De
88
esta manera, la red de baja tensión se pueden utilizar para la realización de
la denominada “last mile” redes de comunicaciones.El suministro de baja
tensión esta conectado a las redes de mediana y alta tensión a través de un
transformador. Las redes de acceso BPL están conectados a la columna
vertebral de redes de comunicaciones (WAN) a través de una base / estación
maestra (BS) muy a menudo se encuentra en el transformador.
3. SISTEMA DE VARIABLES En estainvestigación la variable de estudio se define a continuación desde
tres puntos de vista como lo son nominal, conceptual y operacional.
3.1 DEFINICIÓN NOMINAL
Red de acceso.
3.2 DEFINICIÓN CONCEPTUAL
“El tramo que conecta al usuario final con la información (proveedor de
servicios), y que a su vez se define como: la encargada de conectar el
equipo de abonado con la red de conmutación de banda ancha”. Huidobro
(2003 p.162).
3.3 DEFINICIÓN OPERACIONAL
89
El tramo que esta conformado por un conjunto de equipos que darán
acceso al servicio de DVB a través de componentes que permitirán la
transmisión de dicho servicio y que llegará al usuario final (cliente). Para este
servicio se utilizará como plataforma de transmisión o medio la red MT (120
V) en una red residencial.