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REDES DE CATV

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Redes de Televisión por cable

En las redes de CATV se trata de llegar a un terminal de cliente con una gran cantidad de canales de TV con un ancho de banda de 52 MHz hasta 750 Mhz (Actualmente 1 GHz).

Cada canal de TV ocupa aproximadamente 6 MHz, de los cuales 500 KHz corresponden al audio (se transmite en FM) y 4,2 MHz al video (transmisión en AM en banda lateral vestigial). La banda comprendida entre los 5 y 50 Mhz se utiliza para transmitir señales en sentido inverso, es decir desde el cliente.

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Las redes de CATV pueden funcionar íntegramente sobre cables coaxiles o combinar un tramo troncal de fibra óptica y una distribución con cable coaxial. En la actualidad, cuando se habla de redes de CATV se piensa en una red híbrida fibra cobre, descartandose el coaxial como elemento troncal pues requiere amplificadores en cascada que degradan la imagen y limitan la cantidad de canales.

El tramo de cable coaxil se utiliza en el tramo mas cercano al abonado, conformando una pequeña red de distribución.

Esquema de Red con alimentación de F.O. Esquema de Red con alimentación de F.O. Esquema de Red con alimentación coaxial Esquema de Red con alimentación coaxial

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Headend

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Componentes de la red

Cabecera o Head End: Es el lugar donde se procesan y estructuran las señales a distribuir (TV, audio, video, etc). En este lugar se recogen las señales a transmitir y se realiza la conversión electro optica para alimentar las diferentes fibras ópticas.

Red de transporte: Fibra óptica hasta los nodos terminales de banda ancha.

Nodos Terminales de red óptica: Interfaz entre la red óptica y la distribución por cable. Es el elemento frontera. Pueden existir de dos clases, con una salida de bajo nivel (92 dbµV) o cuatro salidas de alto nivel (104 dbµV). Se pueden alimentar localmente y pueden entregar una tensión alterna de 60V y 50 Hz.

Ventajas de las redes de CATV • No se satura el espectro radioeléctrico. • No influyen los agentes electromagnéticos externos. • Mayor cantidad de canales y mejor calidad de imagen • Permite servicios interactivos.


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Redes de Televisión por cable Nodos Terminales de red óptica: Interfaz entre la red óptica y la distribución por cable. Diagrama en bloque.

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• Red coaxial: Red que enlaza los terminales de banda ancha con las tomas de cliente.

• Tomas de cliente: Elementos situados en los domicilios de los clientes que permiten la conexión del televisor y el decodificador.

Parámetros de calidad de una red (Efectos que alteran la calidad de señal) • Nivel de portadora (dbµV) • Repuesta en frecuencia (db) • Relación señal / ruido S/R (db) • Intermodulación por batidos de 2do orden: CSO (db) • Intermodulación por batidos de 3er orden: CTB (db) • Modulación cruzada (db¨) • Ganancia diferencial (%) • Fase diferencial (º) • Eco (%)

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Unidades de medida: La unidad de medida de potencia en CATV es el dbmV o dbµV. 0dbmV se define como 1 mV medido a través de una carga de 75 Ω. Se utiliza el db pues permite medir las potencias del sistema y tratarlas por sumas y restas.

Nivel de portadora: Es el valor eficaz de cada portadora de imagen en pico de modulación referidos a 75 Ω. Habitualmente este parámetro se facilita en dbµV, si se obtiene en dbmV se convierte don la siguiente formula:

dbµV=dbmV+ 60

El nivel de portadora es el parámetro mas importante de la red de CATV y varía en cada punto de la misma ya que está influido tanto por elementos activos como por los pasivos.

Relación Señal Ruido: Unicamente se deteriora en los elementos activos. Por lo tanto, la S/R en un punto cualquiera de la red será la S/R que exista a la salida del amplificador anterior a ese punto.

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Redes de Televisión por cable Relación Señal Ruido:

Los fabricantes de los amplificadores habitualmente informan la F: Figura o Factor de Ruido, permite obtener la relación S/R a través de la siguiente formula, para dbµV.

S/R= S(E) F 1 donde S(E): Nivel de señal a la entrada del Amp. En dbµV

Intermodulación: Al trabajar con elementos activos no perfectamente lineales se generan armónicas de la señal que afectan los canales vecinos.

CSO Batido de segundo orden:

Es la relación entre el nivel de portadora de un canal y el nivel de los productos de intermodulación de segundo orden del resto de las portadoras sobre el canal considerado. Este factor sólo se deteriora en los elementos activos.

Se manifiesta normalmente a 0,75 MHz o a 1,25 MHz por encima o por debajo de la portadora de video.

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Los fabricantes informan el valor de CSO para determinadas condiciones, si las de operación real difieren hay que considerar que el el CSO empeora en 1db por cada db de aumento de señal.

CSO= 10.Log [ 10 +10 +10 +....] Cadena de Amplificadores

El efecto es mas notable en los extremos del espectro.

CTB Triple batido compuesto

Es la relación en db entre el nivel de portadora de un canal y el nivel de los productos de intermodulación de tercer orden del resto de portadoras existentes sobre el canal considerado. Sólo se deteriora en los elementos activos.

El CTB es facilitado por el fabricante para determinadas condiciones de operación. Si las condiciones reales difieren, hay que realizar las correcciones correspondientes, en este caso 2db por cada db de aumento de señal.

CSO1 10

CSO2 10

CSO3 10

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Esta alinealidad se manifiesta normalmente en las mismas frecuencias que las portadoras de video por lo que solo se aprecia si se anula dicha portadora.

El efecto sobre la señal de TV resulta mas notable en la parte central del espectro.

CSO= 20.Log [ 10 +10 +10 +....] Cadena de Amplificadores

CTB1 20

CTB2 20

CTB3 20


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Elementos de la red

• Amplificadores RF: Es el elemento activo que existe entre el nodo y la toma de abonado. Es bidireccional con canal principal descendente (down stream) y con facilidad para equipar un canal de retorno (up stream).

Las principales características son: Disponer de una o dos salidas con igual o diferente potencia, la ganancia será en una salida 31 db, dos salidas iguales de 27 db, dos salidas diferentes de 30/20 db y el canal de retorno 16 db.

Nivel de salida mínima 104 dbµV para el canal principal y 118 db µV para el retorno. Dispondrá de ajuste de ganancia y podrá igualar las pendientes al menos de 0 a 18 db.

Figura de ruido de 7db, CSO mejor de 62 db y CTB mejor de 64 db.

Para el diseño de la red, se debe considerar para los valores calculados un incremento de 3 db para posibles variaciones en la ubicación real.

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Amplificador. Diagrama en bloque


Salida equalizada (tilt de la señal) Respuesta en frecuencia

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Redes de Televisión por cable Amplificador

Vía Directa Vía Retorno Banda en frecuencias (MHz) 86860 555 Ganancia Máxima (db) 1 salida 31

2 salidas simétricas 2x27 2 salidas asimétricas 30/20

Ajuste de ganancia (db) 020 016 Ajuste de pendiente (db) 018 010 Nivel de salida máxima para 60 canales (dbµV) >104 >118 Figura de ruido (db) <7 <6,5 Distorsión CTB (Vo=104dbµV y 60 canales)(db) >64 Distorsión CSO (Vo=104dbµV y 60 canales)(db) >62

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AMPLIFICADOR CATV CARACTERISTICAS

El amplificador cuenta además con los siguientes módulos insertables: • Ecualizador • Divisor • Acoplador • Puente para ecualización = 0 y para facilitar una sola salida • Amplificador de retorno • Puente amplificador de retorno

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Red coaxial: Partes de la red

• Red de manzana: Es la parte de la red que va desde el nodo hasta hasta la entrada de los edificios.

• Red de distribución: Es la parte de la red que va desde la entrada de los edificios hasta los puntos de derivación a los abonados (Constituido por TAPS o derivadores).

• Red de abonado: Va desde los derivadores hasta la toma de abonado. Constituido por cable de acometida y la toma de abonado.

Las dos primeras partes de la red se proyectan en el diseño, la última parte de la red se realiza cuando se producen las peticiones de servicio, si bien se debe tener en cuenta la longitud máxima para el diseño.

La red en los edificios puede ser en estrella (mas económica y mas segura pero requiere gran cantidad de acometidas de diferentes longitudes) o árbol rama (cables y taps con menor dispersión de longitud).

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Elementos de la red

• Fuente de alimentación: En función del nodo, si tiene o no posibilidad de telealimentar o no es de fácil acceso, se debe considerar la posibilidad que el coaxial pase cerca de un punto próximo a la red eléctrica donde se instale una fuente de alimentación de 60 Vac y una corriente de 5 A.

La fuente puede ser Alimentador o Inyector. Alimentando los puertos de CA o activando la señal de RF, respectivamente.

Una fuente puede proporcionar hasta 300 VA, los amplificadores consumen unos 20 VA por lo tanto, al diseñar un nodo debe comprobarse que Pot fuente > Pot. Consumida (Nodo+Amp+I R) 2

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•Cables Coaxiales: Es el elemento básico empleado para lograr el objetivo de llevar la señal de CATV a los abonados.

Los cables se especifican según su diámetro medido en pulgadas, por ejemplo .500, .750, o 1 pulgada. Siempre el parámetro fundamental para el diseño es la atenuación en un cierto rango de frecuencias y a una cierta temperatura. Como regla, la atenuación se duplica si la frecuencia se cuadriplica y respecto a la temperatura, la atenuación varía 1,8% por cada 10°, aumentando la atenuación si aumenta la temperatura.

La cubierta podrá ser de polietileno negro para instalaciones exteriores o PVC ignífugo negro para interior de edificios. El cable de acometida está disponible en cubierta blanca.

El interior del cable es de cobre a menos que haya que ejercer una tensión sobre él para lo cual será de acerocobre.

El hecho que exista tanta atenuación en las cables hace necesario el uso de amplificadores cada cierta distancia que mantengan el nivel de la señal en un valor adecuado.


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Troncales Distribución Acometida AluminioCobre Cobre/ AceroCobre Cobre/ AceroCobre PE Celular PE Celular PE Celular Tubo Aluminio Cinta Aluminio Malla Aluminio PE ó PVC PE ó PVC PVC

5,2 1,6 1,01 22 8,1 5,4 24 10 7 180 60 40 350 90 42 < 1,30 < 24 < 60

10 MHz 0,45 1,4 2,15 50 MHz 1 3,5 4,6 86 MHz 1,25 4,5 6 450 MHz 3,15 11 15 600 MHz 3,7 13 17 860 MHz 4,7 15,2 20 1000 MHz 5 16,6 22

Carácteristicas eléctricas

CABLES

Atenuación a 20°C (db/100m)

Constitución del cable

Diámetros (mm)

Carácteristicas mecánicas

Tipos de Cables Conductor Interior Dieléctrico Conductor Exterior Cubierta

Peso (Kg/Km) Resistencia (Ohm/Km)

Conductor Interior Conductor Exterior Cubierta Radio de curvatura mínimo (mm)

Cables Coaxiales

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Elementos de la red

• Derivadores: Son dispositivos que acoplan una parte de la potenica transmitida a una serie de salidas (2,4 ó 8), llamadas salidas derivadas. El resto de la potencia se envía a través de la salida de línea.

No se instalan en la parte troncal de la red y se los hace depender de un último amplificador o de un divisor. El derivador llamado terminal tiene cerrada la salida de línea con 75 ohm.

• Acopladores direccionales: Son derivadores con una única salida derivada (por ejemplo de 8db, 12, etc.).

• Divisores: Reparten la señal en dos o 3 salidas. Si dispone de dos salidas la potencia se reparte en partes iguales, si es de tres salidas puede ser por igual en cada salida o la mitad en una salida y dividir las restantes.

1 2 y 3 10 MHz 3,8 3,8 7,9 7,3 50 MHz 3,7 3,7 7,6 7 86 MHz 3,8 3,8 7,8 7,2 450 MHz 4 4 7,9 7,5 600 MHz 4,1 4,1 8 7,5 860 MHz 4,3 4,3 8,3 7,7 1000 MHz 4,5 4,5 8,7 7,9

A T E N U A C I O N

3 Salidas 2 Salidas iguales 3 Salidas iguales DIVISORES

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Derivadores o TAPS: Diagrama en bloque de un TAP de 4 salidas derivadas de 20 db.

Estos elementos se diseñan en función de la cantidad de hogares pasados y atendidos. Su dimensión es función de la demanda prevista en el edificio o barrio.

11 14 17 20 23 26 29 32 35 10 MHz 3,5 1,9 1,3 1,3 1,2 0,9 0,7 0,7 0,7 50 MHz 3,4 1,8 1,2 1,2 1,1 0,7 0,7 0,7 0,7 86 MHz 3,5 1,9 1,3 1,3 1,2 0,5 0,5 0,5 0,5 450 MHz 3,9 2,4 1,8 1,7 1,6 1,2 1,2 1,2 1,2 600 MHz 4,1 2,7 2 1,9 1,9 1,4 1,4 1,4 1,4 860 MHz 4,3 3,5 2,4 2,2 2 1,6 1,6 1,6 1,6 1000 MHz 4,5 3,7 2,6 2,4 2,2 1,8 1,8 1,8 1,8

Pérdidas en derivación (db) 4 SALIDAS

Pérdidas en paso (db)

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Derivadores o TAPS:

11 14 17 20 23 26 29 32 35 10 MHz 3,6 1,9 1,2 1,2 0,9 0,6 0,7 0,7 50 MHz 3,5 1,6 1 1 0,6 0,5 0,7 0,7 86 MHz 3,5 1,6 1 1 0,6 0,5 0,5 0,5 450 MHz 4,1 2,2 1,3 1,2 0,9 0,8 0,7 0,7 600 MHz 4,4 2,5 2 2 1,3 1,3 1,3 1,3 860 MHz 4,9 3,2 2,5 2,3 1,6 1,6 1,6 1,6 1000 MHz 5,1 3,4 2,7 2,5 1,7 1,7 1,7 1,7

Pérdidas en paso (db)

8 SALIDAS Pérdidas en derivación (db)

Acopladores direccionales:

Modelo Perdidas en db Derivación Paso Derivación Paso Derivación Paso

10 MHz 8,6 2 12,1 1,3 16,8 1 50 MHz 8,6 2 12 1,3 16,8 1 86 MHz 8,7 2 12 1,3 16,8 1 450 MHz 8,7 2,1 12 1,5 16,5 1,2 600 MHz 8,3 2,1 11,9 1,7 16,5 1,3 860 MHz 8,3 2,5 11,5 1,8 16 1,6 1000 MHz 8,2 2,4 11,5 2 15,9 1,9

Acopladores Direccionales AD8 AD12 AD16

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Diseño y dimensionamiento de la red

Datos de partida:

• Definición de frecuencia máxima a la que se diseñará la red (hoy 1 GHz)

• Definición si se diseña para servicios interactivos

•Nivel de señal, relación S/R, CSO y CTB a la salida del nodo.

• Nivel de señal, relación S/R, CSO y CTB a la salida del toma del cliente.

• Topografía y distribución de las viviendas

• Grado de penetración (Viviendas pasadas, viviendas atendidas)

• Cantidad de nodos. Area del nodo.

• Longitud máxima y mínima de las acometidas (para asegurar la señal a la salida del derivador)

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Pasos de diseño Se determina el área de cobertura del nodo y se busca que este elemento quede centrado dentro de dicha área.

Se realiza un tendido teórico del recorrido de los cables para atender desde el nodo a los edificios de la zona, viendo la la necesidad de salidas coaxiales a partir del nodo a utilizar.

Se determina el número de clientes por edificio a los que se prevé dar servicio de TV para conocer el derivador idóneo a utilizar en las diversas plantas del edificio o verificar si es preciso utilizar divisores.

Se debe analizar el nivel de señal para cada edificio. Se analizará la atenuación de la señal en los dos extremos de banda (1 GHz, 50 MHz) para verificar la necesidad de ecualizar si se superan los 12 db en la toma de abonado. A la toma de abonado debe llegar entre 63 y 83 dbµV.

A partir de este momento se puede realizar el análisis de potencia de la señal para seleccionar los distintos elementos pasivos. Se pueden utilizar softwares para mejorar los análisis (Lode Data o Focus).

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Optimización del diseño

Se procurará que la red tenga el menor número posible de divisores, acopladores o amplificadores.

Se procurará que se utilice el cable de menor diámetro posible.

Dado que la red se diseñará árbolrama con el agregado de elementos pasivos, puede que en un punto sea necesario instalar un amplificador que nos permita elevar el nivel de la señal hasta un máximo de 31 db. Es necesario especificar en el diseño los valores de señal para poder corroborarlos en obra.

Instalación en domicilio

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Redes de Televisión por cable Principales fuentes de ruido desde el cableado del hogar al TAP y del TAP al Headend

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Redes de Televisión por cable Ejemplos de arquitectura para un nodo de 2.000 clientes.

SECTOR 1 SECTOR 2

SECTOR 3 SECTOR 4

NODO OPTICO

500 Ab.

Head end

Fibra Optica

Sentido Downstream 1 F.O.

50750 Mhz

Sentido Upstream 1 F.O.

1200 Mhz

500 Ab.

500 Ab.

500 Ab.

1 2

3 4

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Redes de Televisión por cable Ejemplos de diseño desde un elemento activo a un TAP y viceversa.

Pérdida desde el elemento activo al TAP a 750 Mhz

Pérdida desde el TAP al elemento activo 40 Mhz

Tap 1 27 db 27db Tap 2 25 db 21,2 db Tap 3 26 db 16,8 db Tap 4 27 db 9,3 db Dif entre Tap 1 y 4 0 db 17,7 db

Pérdida desde el elemento activo al TAP a 750 Mhz

Pérdida desde el TAP al elemento activo 40 Mhz*

Tap 1 27 db 27db Tap 2 26 db 26,8 db Tap 3 27 db 27 db Tap 4 28 db 28,8 db Dif entre Tap 1 y 4 2 db 2 db

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Niveles de señal Valores de los parámetros que puede dar el nodo:

(S/R)Nodo = 46 db

(CSO)Nodo = 60 db

(CTB)Nodo = 56 db

Valores de los parámetros a conseguir en la toma del abonado:

(S/R)Abdo > 45 db

(CSO)Abdo > 56 db

(CTB)Abdo > 53 db

Valores máximos y mínimos de los niveles de señal de entrada y salida de los amplificadores, para un amplificador.

Se min (dbµV) = 63 So max (dbµV) = 94

Se max (dbµV) = 92 So max (dbµV) = 102

El nivel de entrada lo limita la relación S/R y el valor máximo la

CTB

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Cable modem Capacidad de tráfico

En general la capacidad del canal de retorno limita el número de usuarios que pueden ser atendidos por un nodo, es decir, Nsimult. Para hacer este cálculo se necesitan dos pasos.

1) Capacidad en bps del nodo y el BW utilizado para esta aplicación. También se requiere la eficiencia del canal (bps/Hz)

2) Se puede expresar la capacidad del canal como:

C= (bps/Hz)x(BW por nodo)

Máxima utilización = Nsimult x bps por usuario

Igualando máxima utilización con máxima capacidad de canal.

NSIMULT = (bps/Hz) x (BW por nodo)

bps/user

Para Qpsk= 2 bps/Hz, BW por nodo aprox. 15 MHz, estimado:

Bps/usuario : 500 K

NSIMULT = 60

Hoy se logra ampliar este número a través de

conexión de fibra

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