Universidad Técnica Cablemás
|
Gerencia de Mantenimiento
DI-4
1
Certificación en Redes de Distribución
Tabla de contenido
Tabla de contenido ... 1
Capítulo 1 Dispositivos usados en redes HFC ... 5
Calculo en cada uno de los dispositivos activos ... 5
Comprensión de los deciBeles... 5
Razones o Relaciones ... 6
El Bel ... 6
El deciBel ... 7
Logaritmos ... 7
Razones o Relaciones de Potencia ... 8
El deciBel-milivoltio (dBmV) ... 12
Uso del dB y el dBmV ... 12
Resumen sobre dB y dBmV ... 13
Reglas para dBmV y voltajes: ... 14
dBm ... 15
dBµV ... 15
Notación Científica ... 16
Sistema Internacional de Unidades (SI) ... 17
Sistema Ingles ... 18
Unidades usadas en CATV ... 18
Ley de OHM... 19 Introducción al Equipo ... 20 Amplificadores ... 20 Resumen ... 24 El Filtro Diplexor ... 25 Fuentes de Energía CA ... 26
Dispositivos Pasivos para Sistemas Coaxiales ... 26
Divisores ... 27
Acopladores Direccionales ... 28
Taps para Abonado ... 30
Taps Activos para Abonado ... 32
2
Certificación en Redes de Distribución
Tabla de valores: Tap 2 salidas ... 33
Tabla de valores: Tap 4 salidas ... 33
Tabla de valores: Tap 8 salidas ... 34
Tabla de valores: Tap Condicionado 2, 4 y 8 salidas. ... 34
Ecualizador de Línea ... 35
Insertor de Potencia ... 35
Otros Dispositivos Pasivos... 35
Especificación del Ancho de Banda ... 36
Resumen ... 36
Ruido ... 36
Deterioro por el ruido en imágenes de TV ... 37
Cifra o Figura de Ruido ... 38
Relaciones Señal/Ruido y Portadora/Ruido (RSR y RPR) ... 39
Relación Portadora a Ruido (RPR) ... 40
Calculo del RPR ... 41
Combinación de RPRS ... 42
Especificaciones del Equipo ... 42
Ecualización y EPR ... 42
Resumen ... 43
Distorsión por intermodulación ... 43
Distorsión como fenómeno del sistema ... 43
Formas de Distorsión por Intermodulación ... 44
Resumen ... 45
Capítulo 2 Receptor Óptico ... 46
Nodo o Receptor Óptico ... 46
Nodo escalable NC4000SG—Diagrama de bloque simplificado ... 46
Receptores ... 47
Bandeja del Amplificador de RF ... 47
Transceptores ... 47
Transponedores ... 47
Parámetros de Operación ... 48
3
Certificación en Redes de Distribución
870 MHz ... 49
Salida de RF del receptor de envío en el punto de prueba -20 dB. ... 49
Capítulo 3 Cable Coaxial ... 50
Diferentes tipos de cable ... 50
Características de los cables coaxiales ... 51
Impedancia Característica (Ohm) ... 51
Impedancia de transferencia (mili Ohm/m) ... 52
Capacidad (pF/m) ... 52
Velocidad de propagación (%)... 52
Atenuación (dB/100m) ... 52
Potencia transmisible (W) ... 52
Tensión de ejercicio (kV) ... 52
Pérdidas de retorno estructural (dB/100m) (Structural Return Loss - SRL) ... 53
Componentes ... 53 Conductor central ... 53 Aislante ... 53 Conductor externo ... 54 Cubierta externa ... 54 Armaduras ... 55
Elección del cable coaxial ... 55
Las normas ... 55
Fabricación y control de calidad ... 55
Cables flexibles ... 56
Cables semiflexibles ... 57
Pérdidas del Cable ... 57
Fórmulas para sacar la pérdida en el cable ... 58
Mínimo Radio de Curvatura ... 58
Efecto Skin (Pelicular) ... 60
Flujo de electrones en un conductor ... 60
Pérdida del retorno ... 61
Conectores ... 61
4
Certificación en Redes de Distribución
Como Interface Física. ... 61
Como Interface Electrónica. ... 61
Conectorización ... 62
Recomendaciones de Conectorización ... 62
Conector KS-KS ... 63
Conectores tipo Codo 90° o 180°. ... 63
Carga Troncal ... 64
Consideraciones importantes de manejo ... 64
Activos y Pasivos ... 65
Instalación y contracción de termo contraíbles ... 65
Datos importantes ... 66
Principio Físico ... 66
Notas: ... 67
Capítulo 4 Balanceo de Equipos Activos ... 68
Balanceo y Mantenimiento ... 68
Balanceo ... 68
Principios de balanceo en retorno ... 70
Proceso ... 71
Balanceo Nodo Óptico Aurora - Forward a 1 GHz (1310 nm) ... 71
Esquema para balanceo de Forward en el receptor óptico ... 73
Reversa ... 74
Esquema para balanceo de Reversa en el Receptor Óptico ... 75
Balanceo Amplificadores: Forward ... 76
Esquema para balanceo de forward en el amplificador ... 79
Reversa ... 79 Tablas de Ecualizadores ... 80 Forward ... 80 Inverso (simuladores) ... 80 Reversa ... 81 Simbología ... 81 Bibliografía ... 82
5
Certificación en Redes de Distribución
Capítulo 1 Dispositivos usados en redes HFC
Calculo en cada uno de los dispositivos activos Comprensión de los deciBelesEn un STVC es necesario poder diseñar, construir y operar la planta por un largo periodo de tiempo, mientras se mantienen niveles y calidad de señal de constancia relativa, en todos los puntos del sistema. Para lograr esto, se han adoptado unidades estándar de medición, con las que debemos estar familiarizados a plenitud y sentirnos confortables con su utilización.
Los dos factores básicos involucrados en la transmisión de RF por cables coaxiales son, las perdidas por transmisión, introducidas por el propio cable y por dispositivos pasivos tales como divisores, taps, etc. y la ganancia de transmisión introducida por amplificadores.
Es posible hacer toda una ingeniería y mantenimiento del sistema usando niveles reales de potencia de la señal, pero esto sería muy complicado. Por ejemplo, considérese una señal de TV saliendo de la cabeza del sistema a un nivel de 13.3 microwatts que es, como luego comprenderemos +30dBmV. Un microvatio es una millonésima de vatio.
Si lanzamos esta señal dentro de un cable coaxial de cualquier longitud significativa, se propagará a través del cable y recuperaremos algo de señal, pero no toda, en el extremo distante del cable. No recuperaremos toda la energía de la señal porque el cable introduce pérdidas por transmisión.
Es posible calcular la cantidad de potencia de la señal que se perdería al pasar a través del cable y, podemos determinar cuánta potencia de señal recuperaríamos al final del cable. Podemos también calcular de modo similar, las pérdidas de transmisión por dispositivos pasivos tales como divisores, taps, etc. Por lo tanto podemos establecer el nivel de potencia de la señal en cualquier punto dado del sistema.
Este método funcionaría y es factible desde el punto de vista técnico pero requeriría muchos cálculos e introduciría la posibilidad de muchos errores, también sería una labor muy tediosa y prolongada.
Un método más conveniente emplearía unidades de medida que fueran aplicables por igual, tanto en las pérdidas como a las ganancias de transmisión, así como también a los niveles de señal.
En este caso el desarrollo del nivel de la señal, en cualquier punto de un sistema, sería cuestión simple de sumas y restas. Esto, con exactitud, es lo que se ha hecho y el concepto básico implícito es tratar con relaciones o razones de potencia, en lugar de hacerlo con niveles discretos de potencia.
6
Certificación en Redes de Distribución
Razones o Relaciones
Una razón, por definición, es la relación de grado o número entre dos cosas similares. Por ejemplo la relación entre un peso de 10 libras y otro peso de una libra, es 10. No diez libras, sino una razón, o relación, de 10 a 1, porque un peso de 10 libras es 10 veces superior (o más pesado), que el peso de una libra. La razón entre un peso de cien libras es diez veces superior que el de diez libras.
Nótese que cuando tratamos con razones, no podemos expresarnos en forma correcta un peso como una razón. En nuestro caso anterior una razón de diez fue por igual precisa y aplicable a ambos ejemplos, aun cuando los dos pesos comparados fueran diferentes por cada ejemplo. La razón es una cifra o valor muy útil, como veremos, y la emplearemos mucho en la tecnología de la televisión por cable.
En la transmisión de RF por cables coaxiales (tecnología TVC), estamos interesados en niveles de potencia. Recuérdese que nuestra señal de la cabecera fue lanzada dentro de un cable coaxial, en el primer ejemplo, fue definida con un nivel de potencia de 13.3 microwatts. Reconocemos que en el extremo lejano del cable recuperamos una señal con un nivel más bajo de potencia, debido a las pérdidas de transmisión del cable. Estamos considerando dos niveles diferentes de potencia, la señal de entrada al cable, de más alto nivel, y la señal de salida del cable, de más bajo nivel. Podríamos, si fuera útil hacerlo, denotar la razón entre dos niveles, pero para ello requeriremos algún término.
El Bel
Un término básico, utilizando para denotar la razón o relación de dos niveles de potencia, voltaje, corriente o intensidad de sonido, es el Bel, nombrado así en honor de Alexander Graham Bell. Tal como nuestro primer ejemplo con pesos, el Bel no puede usarse para denotar nivel específico alguno, sino sólo para la relación o razón entre dos niveles.
Por definición, un Bel denotará una relación de 10 a 1, pero siempre entre dos niveles discretos de potencia. Asegurémonos de comprender este punto. Si tuviéramos una señal de 10 watts a la entrada de un dispositivo (al vatio es la unidad para medir potencia) y una señal de 100 watts a la salida de ese dispositivo, la razón entre estos dos niveles de potencia es de 10 a 1. Como el nivel de salida es mayor que el nivel de entrada, se diría que el dispositivo tiene ganancia y ésta se denotaría como +1 Bel, debido a que la razón entre los niveles es de 10 a 1.
Esto sería también cierto para otro dispositivo cuya entrada fuera 100 watts y cuya salida fuera 1,000 watts y cuya salida fuera 1,000 watts. Como la razón entre los dos niveles de potencia es de 10 a 1, este dispositivo también tendría una ganancia de +1 Bel.
Un Bel puede ser un valor positivo o negativo y, por lo tanto, puede denotar ganancia o pérdida. Por ejemplo, si la potencia de entrada de una sección de cable fuera de 100 watts y la señal recuperada en el extremo lejano del cable fuera 10 watts, la relación entre los dos niveles de potencia es de 10 a 1. Como la entrada es mayor
7
Certificación en Redes de Distribución
que la salida, se diría que el cable tuvo pérdidas y éstas podrían denotarse como -1 Bel. Ya que la razón entre los dos niveles fue de 10 (ó 10 a 1).
En otro ejemplo, si el nivel de entrada a un dispositivo fue de 10 watts y la salida de ese dispositivo fue 1 vatio, la razón entre los dos es de 10 a 1, pero sería expresada como un número negativo, -1 Bel. Con 1,000 watts de entrada y 100 watts de salida, la pérdida también se expresaría como una relación o razón negativa de -1 Bel.
El Bel es una unidad de medición perfecta y respetable, aceptable desde el punto de vista técnico, pero al mismo tiempo demasiado grande. Para evitar tener que calcular con valores decimales de Bel, se adoptó por el deciBel.
El deciBel
El deciBel, escrito dB, (nótese la d minúscula y la B mayúscula), es una décima de un Bel. Así, 10 dB =1 Bel, 20 dB = 2 Bels y 30 dB = 3 Bels, etc. En todos los aspectos, el deciBel funciona exactamente igual que el Bel. Puede ser negativo o positivo, para denotar ganancia o pérdida, pero no puede usarse por sí mismo para denotar nivel alguno en específico de potencia, sino solo para la relación o razón entre dos niveles discretos de potencia. Usamos el deciBel en forma exclusiva y extensa en el negocio de la TVC y lo encontramos empleado, también bastante, en otras disciplinas de transmisión. Las relaciones internas entre razones de potencias y, tanto Beles como deciBeles, son logarítmicos.
Logaritmos
El logaritmo (log) de un número se define como el exponente de la base de 10, que produce dicho número. Por ejemplo, el logaritmo de N es 4, si 10⁴ = N. Nótese que en esta expresión 4 es el exponente de 10.
Ejemplo 1:
N = 1000
Relación de Potencias Valor en Beles Valor en deciBeles
1 a 1 0 0 2 a 1 0.3 3 10 a 1 1 10 100 a 1 2 20 1,000 a 1 3 30 10,000 a 1 4 40
8
Certificación en Redes de Distribución
Ó N = 10ᶾ
Ó N = 10 * 10 *10 Ó N = 100 * 10 Ó N = 1,000
Ya que 1,000 = 10ᶾ, entonces 3 es el logaritmo de 1000. Ejemplo 2:
La potencia se define como: X = bⁿ Si b =10, n = 4, X =? Sustituyendo en X = bⁿ X = 10⁴ = 10 * 10 * 10 * 10 = 10,000 Su logaritmo es: Log ₁₀ (10000) = 4
x
log
n
bTodos los ejemplos previos usaron múltiplos de diez por simplicidad, pero todo número tiene un logaritmo. Algunos ejemplos al azar son:
Nótese que para los números inferiores al 10, el, logaritmo es un número decimal menor que 1 más algún número decimal, o bien 1.xxx.
Para números entre 100 y 1,000 el logaritmo siempre será más algunos decimales, es decir, 2.xxx. El logaritmo de cualquier número puede encontrarse en una tabla de logaritmos, en muchos libros técnicos, u obtenerse directamente de una regla de cálculo o de una calculadora.
Razones o Relaciones de Potencia
Hay una fórmula para determinar la razón en deciBeles entre dos niveles de potencia, es decir la Ganancia en deciBeles de un circuito y está dada por:
ENT SAL dB P P log 10 G
Donde PSAL o P2 y PENT o P1, representan las potencias promedio de salida y de entrada del
circuito, respectivamente. Número Logaritmo 2 0.301 3 0.477 7 0.845 10 1.000 14 1.146 100 2.000 283 2.452
9
Certificación en Redes de Distribución
Ejemplo 1:
¿Cuál es la relación de potencias entre una máquina de 400 cv y otra de 200 cv? dB = 10 log = 10 log = 10 log 2 (log de 2 es .3) = 10 * 0.3 = 3 dB Ejemplo 2:
Dada la entrada a un dispositivo de 100 watts y una salida del mismo dispositivo de 1,000 watts; ¿cuál es la relación de potencias en dB?
dB = 10 log = 10 log = 10 log 10 (log de 10 es 1) = 10 * 1 = +10 dB Ejemplo 3:
Si el cociente de dos potencias es igual a 2, su ganancia o pérdida en decibeles será de: G dB = 10 log 2 = 3.01 dB
Ejemplo 4:
¿Qué pasa cuando la potencia de salida es el doble que la de entrada?
dB
3.01
2
log
10
1
2
log
10
P
P
log
10
G
ENT SAL dB
Ejemplo 5:¿Qué pasa cuando la potencia de salida es igual que la de entrada?
dB
0
1
log
10
1
1
log
10
P
P
log
10
G
ENT SAL dB
Ejemplo 6:¿Qué pasa cuando la potencia de salida es la mitad que la de entrada?
dB
3.01
-5
.
0
log
10
2
1
log
10
P
P
log
10
G
ENT SAL dB
10
Certificación en Redes de Distribución
Un resultado positivo indica ganancia en deciBeles. En las redes de cable los amplificadores son ejemplo de dispositivos que ofrecen ganancia.
Un resultado negativo indica pérdida en deciBeles. En las redes de cable los atenuadores son ejemplo de dispositivos que provocan pérdida.
Una razón de potencias de 2 a 1, sería +3 dB. Se deduce que el doble de la potencia, una razón 2 a 1, sería +3 dB, y la mitad de potencia, una razón de 1 a 2, sería -3 dB.
Una razón de 10 a 1, o 10 veces más potencia, seria + 10 dB. Se deduce que una décima de potencia (una razón de 1 a 10) sería de -10 dB.
Una razón de 100 a 1 serían + 20 dB si fuera ganancia y una centésima de potencia serían -20 dB.
En la gráfica siguiente se aprecia el comportamiento del logaritmo del cociente de dos potencias (P2/P1, donde P2 es la potencia de salida y P1 es la potencia de entrada).
11
Certificación en Redes de Distribución
A medida que la potencia de salida (P2)
aumenta
en relación a P1, la gráfica no crece linealmente sino que experimenta un crecimiento gradual. A medida que la potencia de salida
disminuye
(cuando es menor que la potencia de entrada), la gráfica decrece drásticamente y se acerca al eje vertical.12
Certificación en Redes de Distribución
El deciBel-milivoltio (dBmV)
Se ha establecido un nivel de referencia en potencia llamado deciBel – miliVolt y que se escribe: dBmV (nótese las mayúsculas B y V). A esta unidad se le asignó un valor en específico:
0 dBmV = 1 milivoltios medido a través de 75 ohmios.
Los decibeles se utilizan para facilitar las operaciones. En los cálculos para la industria del cable sería muy difícil trabajar con miliVolts (mV) en lugar de dBmV (decibeles referidos a un miliVolt).
Ejemplo: En lugar de decir que el nivel de salida de un equipo es de 4 dBmV, se tendría que decir que el nivel es de 0.001585 volts.
Otra ventaja de los decibeles es que, al no basarse en una escala lineal, permiten realizar gráficas en escalas reducidas.
Uso del dB y el dBmV
Dado cualquier nivel discreto de señal en dBmV, lo que sería un nivel absoluto de potencia porque es una razón de potencias con referencia a un nivel absoluto de potencia (0.0133 x 10 watts o 0 dBmV), podemos trabajar en forma conveniente y directa con razones de ganancia o pérdida de potencia que estén dados en deciBeles (dBs).
En la siguiente figura se muestra una sección de sistema que incluye dos amplificadores y una longitud indeterminada de cable coaxial de interconexión. La pérdida de transmisión del cable se conoce que es de 22 dB, relación o razón entre la potencia de entrada del cable y la potencia de salida del cable.
El nivel de la señal de entrada al primer amplificador es de 12 dBmV, el cual es un nivel específico de potencia. Se especifica que el amplificador tiene una ganancia de 22 dB, razón de la potencia de entrada respecto a la potencia de salida del amplificador. Un amplificador con 22dB de ganancia podría tener una entrada de +10 dBmV y producir una
13
Certificación en Redes de Distribución
salida de + 32dBmV, o podría tener una entrada de + 20 dBmV y producir una salida de + 42 dBmV pero, en ambos casos, estaría suministrando una ganancia de 22 dB.
Dada una entrada al amplificador de +12 dBmV y una ganancia de amplificación de 22 dB, determinamos que el nivel de salida del amplificador es de + 34 dBmV por simple suma o adición de las dos cifras. Dada la cifra de pérdida del cable de 22 dB, solo restamos esta cifra del nivel de salida del primer amplificador (+34 dBmV) y determinamos que el nivel de entrada al segundo amplificador es de +12 dBmV. De nuevo, con 22 dB de ganancia en este segundo amplificador y una entrada de +12 dBmV, se establece el nivel de salida en +34 dBmV, por simple suma. Este ejemplo demuestra claramente lo fácil que es usar dB y dBmV, en lugar de calcular niveles discretos de señal en unidades convencionales de medición de potencia, tales como miliwatts o microwatts, etc. Debido a que cualquier valor de dBmV representa un nivel discreto de potencia, no hemos sacrificado precisión con este proceso, sino que hemos ganado un método muy manejable y simple.
Resumen sobre dB y dBmV
Como ya hemos visto, cada vez que sea necesario o deseable, podemos simplemente determinar el nivel de la señal en unidades de potencia (watts, miliwatts, microwatts, etc.) Partiendo del valor en dBmV, ya sea por cálculo o por medio de tablas de equivalencias en libros de consulta que dan también los valores exactos. Es importante recordar que los dBs sólo identifican una razón entre dos niveles de potencia y no pueden utilizarse para denotar niveles discretos o específicos de señal.
Los deciBeles milivoltios (dBmV) sí denotan niveles específicos de señal. Sin embargo, ambos términos (dB y dBmV) están relacionados y los cálculos en sistemas y substracciones o restas simples, produciendo un nivel específico de señal en dBmV, para cualquier punto en un sistema, cuando sea necesario. El nivel, en dBmV puede convertirse a unidades de potencia en cualquier momento.
En la práctica diaria, a veces somos descuidados en el uso de estos dos términos. No es raro oír personas que se refieren al nivel de entrada de un amplificador como +12 dB, o que el nivel de señal a la entrada de un televisor es de +3 dB pero esto es incorrecto, desde
Entrada al Amplificador
+ 12 dBmV
Entrada al Amplificador
+ 12 dBmV
Perdida del cable = 22 dB
Salida del Amplificador
+ 34 dBmV
Salida del Amplificador
+ 34 dBmV
14
Certificación en Redes de Distribución
el punto de vista técnico, y también un poco falto de profesionalismo. De aquí en adelante trataremos de usar en forma correcta éstos, y todos los demás términos.
Reglas para dBmV y voltajes:
6 dBmV equivale al doble del voltaje (V2 = 2V1).
-6 dBmV equivale a perder la mitad del voltaje (2V2 = V1). El mismo voltaje equivale a 0 dBmV (V2 = V1).
12 dBmV equivale a cuatro veces el voltaje de entrada (V2 = 4V1). 20 dBmV es diez veces el voltaje (V2 = 20V1)
REF SAL dB
V
V
log
20
G
Escala Lineal Escala Logarítmica
512 mV 54 dBmV 256 mV 48 dBmV 128 mV 42 dBmV 64 mV 36 dBmV 32 mV 30 dBmV 16 mV 24 dBmV 8 mV 18 dBmV 4 mV 12 dBmV 2 mV 6 dBmV 1 mV 0 dBmV 0.5 mV -6 dBmV 0.25 mV -12 dBmV 0.125 mV -18 dBmV 0.0625 mV -24 dBmV 0.03125 mV -30 dBmV 0.015625 mV -36 dBmV 0.0078125 mV -42 dBmV 0.00390625 mV -48 dBmV 0.001953125 mV -54 dBmV
Tabla 3 Conversión mV a dBmV
15
Certificación en Redes de Distribución
dBm
Una referencia frecuente utilizada en ingeniería de microondas y ondas de luz, así como en trabajo de transmisión telefónica, es 0 dBm. Por definición, 0 dBm es un nivel de potencia de una milésima de un vatio, o 1 milivatio (mW). Nótese que la definición es menos compleja que la de dBmV porque no se especifica ningún valor de impedancia. Esta referencia, 0 dBm, siempre es igual a 1 mW sin importar la impedancia del circuito o dispositivo donde se especifique este nivel. La referencia 0 dBmV sólo será igual a 0.0133 microwatts si la impedancia, a la cual se especifica este nivel, es de 75 ohmios.
Como sabemos que el nivel absoluto de potencia de 0 dBmV es 0.0133 microwatts (0.0133 x 106 watts) y que 0 dBm es 0.001 watts.
Es una medida referenciada a 1 miliwatt (0.001 watts) Se utiliza generalmente para cálculos ópticos
REF SAL dB P P log 10 G
En este caso la referencia para los cálculos es 1 miliwatt (1 mW)
mW 1 P log 10 dBm SAL dBµV
No es muy frecuente pero en algunas ocasiones se utilizan los deciBeles referidos a 1 microvollt (µV): V 1 V log 20 V dB SAL
Como se puede apreciar en la fórmula, únicamente cambia el voltaje de referencia a 1 microvolt.
La diferencia entre dBmV y dBµV son 60 dB.
V dB 60 a equivale dBmV 0
16
Certificación en Redes de Distribución
Notación Científica
Pequeños y Grandes números. En el mundo de la televisión por cable se emplean números muy pequeños y muy grandes.
En realidad, es difícil entender claramente qué tan pequeñas o grandes pueden ser las cifras. Sin embargo, si pensamos en algún número con el que trabajemos cotidianamente, se puede comprender mejor el concepto.
Por ejemplo:
Números grandes: La velocidad de la luz en el vacío es de 299, 792,458 metros por segundo (m/s), que usualmente se redondea a 300, 000,000 m/s.
El ancho de banda de un canal de televisión en televisión por cable es de 6, 000,000 Hz.
Números pequeños: El diámetro de una fibra óptica es similar al de un cabello humano y puede ser de entre 0.000008 m a 0.0006 m dependiendo del tipo de fibra.
Las señales que viajan por una fibra óptica pueden tener una longitud de onda de 0.000001310 m.
Existen algunas maneras para simplificar y hacer más sencillo el uso de cifras. La notación científica es un método de escritura empleado para facilitar la lectura y manejo de pequeños y grandes números.
Se basa en potencias de 10 y se utiliza generalmente para cifras que tienen muchos dígitos, por ejemplo: 1, 000,000 = 1 x 106 300, 000,000 = 3 x 108 0.003 = 3 x 10-3 0.000001310 = 1310 x 10-9
Es decir, para escribir un número en notación científica se reemplazan los ceros o las posiciones que ocupan los dígitos de la cifra, a partir del punto decimal, por potencias de 10.
17
Certificación en Redes de Distribución
Y para pasar de notación científica al número original simplemente se recorren los lugares que indica la potencia.
Ejemplo:
Prefijos
Para facilitar aún más la escritura de cifras se utilizan prefijos. Cada prefijo indica la potencia a la cual se eleva la base 10.
Ejemplos:
• 2 km = 2 x 103 m = 2,000 metros • 74.5 kg = 74 x 103 g = 74,500 gramos
• 1310 nm = 1310 x 10-9 m = 0.000001310 metros • 64 kbps = 64 x 103 bps = 64,000 bits por segundo • 6 MHz = 6 x 106 Hz = 6,000,000 Hertz
• 1 mV = 1 x 10-3 V = 0.001 volts
Sistema Internacional de Unidades (SI)
El Sistema Internacional de Unidades ha definido unidades fundamentales para las magnitudes básicas
18
Certificación en Redes de Distribución
Sistema Ingles
El Sistema Inglés también ha definido unidades para algunas magnitudes básicas. Estas unidades se utilizan en algunos países como EU.
Unidades usadas en CATV
Existen otras unidades además de las que define el SI y el Sistema Inglés. Las más utilizadas en la televisión por cable son:
19
Certificación en Redes de Distribución
Para hacer conversiones entre unidades del Sistema Inglés y el Sistema Internacional de unidades, refiérase a la tabla del Sistema Inglés.
Ejemplo:
¿A cuántos metros equivalen 50 ft? Respuesta: se hace una regla de tres:
Ley de OHM
Hay cálculos que deberemos realizar en el diseño u operación de los STVC, que tratan con el voltaje, corriente, resistencia y potencia. La ley básica que gobierna las relaciones entre estos factores es la ley de Ohm, así llamada en honor al físico alemán George Simón Ohm. Esta ley sólo se basa en el hecho de que una diferencia de potencial (voltaje) de un voltio, aplicada a través de una resistencia de un Ohmio, producirá un flujo de corriente de un Amperio, por el dispositivo o red.
En otras palabras dice que la corriente que circula por un conductor es directamente proporcional a la diferencia de potencia aplicada, e inversamente proporcional a la resistencia del mismo.
Esto puede expresarse como:
R
V
I
O bienV
RI
Dónde:V = Voltaje en “volts” (V) I = Corriente en “amperes” (A) R= Resistencia en “Ohms” (Ω)
20
Certificación en Redes de Distribución
Es una de las leyes fundamentales de la electrónica.
Permite hacer cálculos con las unidades básicas presentes en cualquier circuito eléctrico: tensión o voltaje (V), intensidad de la corriente (I) y resistencia eléctrica (R).
La ley de Ohm permite, por ejemplo, calcular la ubicación de las fuentes de alimentación en una red de cable
Introducción al Equipo
Un punto lógico de partida para nuestro estudio de sistemas de transmisión de TVC, es identificar todas las partes componentes del sistema para que en posteriores referencias no nos resulten extrañas y confusas.
Amplificadores
Como su nombre lo indica, cualquier amplificador está destinado a aceptar señales débiles o de baja amplitud, en su entrada y reproducir esas señales a una mayor amplitud en su salida. Así los amplificadores pueden compensar (y de hecho compensan) las pérdidas de transmisión en sistemas de cable coaxial y, a las frecuencias usuales de transmisión utilizadas en los STVC, las pérdidas en el cable son tales que la re amplificación se requiere con mucha frecuencia. Por lo tanto, los STVC prácticos, de cualquier tamaño significativo, implican conexiones en serie de un cierto número de unidades en lo que la industria se conoce como una “cascada”. La conexión serial, o en cascada, se tiene cuando la salida de una unidad se conecta, (en los STVC a través de una sección relativamente larga de cable coaxial), a la entrada de la unidad subsecuente.
Todos los amplificadores son dispositivos consumidores de energía, es decir, que para su operación requieren energía de alguna clase y cada amplificador introducirá cierto ruido y distorsión a las señales que pasen por él.
Se dispone de amplificadores en una variedad de configuraciones diseñadas para aplicaciones específicas dentro de un sistema. Para los amplificadores de los STVC, tomen energía en forma directa del mismo cable coaxial. Al cable se le aplica un voltaje de corriente alterna CA (por lo comun60 voltios) en puntos periódicos de inserción de energía y todos los dispositivos, como taps, acopladores, divisores, etc. deben ser capaces de dejar pasar a través de ellos, este voltaje de CA para llevar la energía a los amplificadores subsecuentes.
21
Certificación en Redes de Distribución
Dentro de las cajas o cubiertas del amplificador, se derivan dos trayectorias de transmisión separadas en forma distintiva, con el uso de filtros pasa bajas, de modo que pueda tenerse acceso a la corriente alterna de 60 Hz en forma independiente de la trayectoria de transmisión de RF. Una fuente de alimentación del amplificador rectifica, regula y filtra esta CA y entrega corriente directa (CD) para la operación de los módulos del amplificador.
Al añadir filtros de RF, el espectro de transmisión puede dividirse también dentro de la caja del amplificador. Así, un solo cable puede equiparse para operar como un sistema bi-direccional, o de transmisión en dos sentidos.
El diseño del filtro determinara el ancho de banda de transmisión suministrado para cada dirección de transmisión y se dispone de varias opciones. La siguiente figura muestra una de las distribuciones o asignaciones más comunes, un arreglo Sub – Split (división en la sub).
Los sistemas de cualquier longitud significativa requieren cierto grado de auto regulación automática, como el Control Automático de Ganancia (AGC) y/o Control Automático de Pendiente (ASC). La siguiente figura muestra en un diagrama de bloques, un amplificador de un sentido equipado así. Dentro de la misma caja, la salida del módulo principal de ganancia RF, se toma como muestra a través de un acoplador direccional y esta
22
Certificación en Redes de Distribución
muestra de RF se aplica a todo el módulo de control automático. Después de procesar esta RF, l módulo de control transmite voltajes de control para regular el propio módulo de ganancia.
Una configuración de amplificador muy común en la actualidad, emplea dos módulos separados de ganancia dentro de una solo caja. La unidad primaria o principal debiera amplificar las señales “througt” (que pasan a través) y la unidad secundaria (llamada amplificador bridger o puente) derivaría una entrada de bajo nivel para alimentar los cables locales de distribución (alimentadores). La misma caja puede incluir alguna instalación que distribuya esta salida de alto nivel, para alimentar a cualquiera de varios cables. La siguiente figura muestra una unidad principal y puente con capacidad para “dirigir la señal” (división de señal) en un sistema de transmisión de un solo sentido.
La siguiente figura muestra la misma unidad con la adición del amplificador de retorno, como en un sistema de transmisión de dos sentidos. Se muestra el flujo de información para ambas direcciones de transmisión y será instructivo seguir toda la transmisión, a través de la unidad, en ambas direcciones.
La energía de alta frecuencia lanzada desde el extremo distante de un cable coaxial, entra a la caja por el lado izquierdo del diagrama. Esta energía se presenta al puerto común
23
Certificación en Redes de Distribución
de un filtro high-low (altas- bajas) de RF. Esta unidad se ha diseñado para que las señales de alta frecuencia “vean” una alta impedancia en el lado Baja y, por ello, salgan de la unidad por el puerto de Alta RF. Pasan a través de un ecualizador, cuyo propósito se verá en un capítulo de subsecuente y se presentan a la entrada del módulo de Ganancia de RF de alta frecuencia.
Después de ser amplificadas, las señales se presentan a un Acoplador Direccional. Una salida de esta unidad pasa cierta energía RF de alta frecuencia a otro filtro para alta o baja RF, idéntico al que ya encontramos al entrar a la caja. De nuevo las señales de alta frecuencia encuentran alta impedancia en el lado RF Baja de este filtro y las señales de RF Alta se lanzan al cable coaxial por la salida de la caja y se propagan por el cable hacia subsecuentes dispositivos o amplificadores.
El segundo puerto del acoplador Direccional antes mencionado, dirige parte de la energía de alta frecuencia, a la entrada de un módulo puente de alta ganancia, que funciona como lo describimos en la figura anterior. La salida de dicho módulo puente presenta de nuevo un filtro alta – baja RF, en el puerto de alta. Estas señales “ven” una impedancia alta en el puerto de baja y se dirigen al puerto común de salida de este filtro. Aquí entran al director de señal o unidad divisora de señal y son lanzadas a dos o más cables de distribución o alimentadores.
De esta manera, las señales de RF de alta frecuencia Downstream se amplifican cuando se requiere (y hasta más). Al utilizar módulos separados de ganancia para cables de servicio “troncales” o “through” y para cables de servicio de distribución o alimentadores, tenemos un control individual del nivel de señal.
24
Certificación en Redes de Distribución
Ambas salidas de señal, troncal y alimentadores, tienen controles independientes de ganancia de los módulos de ganancia. Podemos, si así lo deseamos, ajustar niveles de la señal de salida a diferentes amplitudes. La utilidad de esta flexibilidad será aparente a medida que avancemos en el tema.
Sigamos la pista de flujo de señal para las transmisiones Upstream. La energía de RF en bajas frecuencias se presentaría a la caja por el cable que entra desde el lado derecho del dibujo. Por supuesto, estas señales se originarían mucho más abajo en el sistema. Se presentan al puerto común del filtro RF Alta/Baja y ven una impedancia alta en el puerto de alta frecuencia. Pasan a través de un dispositivo que combina señales y se presentan al puerto de entrada del módulo de ganancia para bajas frecuencias.
Después de su amplificación, la energía de baja frecuencia del filtro RF alta- baja, en la parte izquierda del diagrama. Estas señales ven una alta impedancia en el puerto de altas frecuencias de este dispositivo, por lo que salen sobre el puerto común del filtro y se lanzan el cable coaxial que está conectado a este puerto.
Las señales de baja frecuencia recogidas por el sistema con los cables de distribución o alimentadores, entraran a la caja amplificadora en estos cables y, como el Director de señal o divisor no tiene cualidades direccionales o de discriminación de frecuencias, estas señales transitarán por esta unidad y se presentaran al puerto común del filtro RF alta – baja. Al ver una alta impedancia en el puerto de altas frecuencias de este filtro, salen a través del puerto de baja frecuencia. Se presentan al dispositivo combinador de señales, (casi siempre se emplea un acoplador Direccional) y se combinan con las otras señales hacia arriba, de baja frecuencia, que vienen desde el cable de la derecha, cuya trayectoria ya seguimos a través del amplificador.
Téngase presente que existe una tercera trayectoria de transmisión a través de la caja, usando los mismos cables coaxiales y que es la trayectoria de muy baja frecuencia empleada para llevar energía al amplificador a través del sistema.
La variedad disponible de configuraciones amplificadoras es muy extensa, incluyendo en algunos casos, módulos de respaldo o redundantes, por cada unidad activa dentro de la caja pero, en esencia, todas ellas son simples combinaciones de los ejemplos ya descritos. El técnico debe ser capaz de seguir el flujo de la señal a través, inclusive, de la más compleja combinación, dada una comprensión básica de los elementos internos de un amplificador y de sus funciones. Las cajas amplificadoras (o para amplificadores) van selladas contra la intemperie; están hechas de aluminio, con tapas abisagradas y pueden montarse en el exterior, sea sobre los postes o directamente y suspendidas por los alambres mensajeros que soportan el cable (acero); pueden adaptarse para montarse dentro de sistemas subterráneos.
Resumen
Amplificadores: Son elementos activos dentro de una Red de Cable, ya que consumen energía eléctrica y son capaces de variar las características de la señal de RF. Se utilizan para mantener la ganancia unitaria del Sistema de Distribución, supliendo las pérdidas del cable coaxial sufridas tanto por distancia como por frecuencia. De esta forma, los amplificadores son puestos en cascadas, entre las cuales van los elementos pasivos.
25
Certificación en Redes de Distribución
Ruta de Retorno: Es utilizada para llevar señales que provienen desde el Suscriptor, con ruta hacia el CRC. Esta información puede ser: una Caja Digital reportándose con el Servidor, Cable Módem haciendo un requerimiento de conexión a Internet, un sistema de monitoreo ubicado en puntos de la Red para ser analizado en un Centro de Monitoreo (N.O.C.) o cualquier otro tipo de información. El proceso que sufre esta señal de retorno es muy similar a la detallada para Forward, de acuerdo a lo que indica la figura.
El Filtro Diplexor
Puesto que las señales en ambos sentidos viajan por el mismo cable coaxial, al entrar a un amplificador, se requiere algún tipo de circuito que separe el flujo de señales en ambas direcciones para poderlas amplificar. Este circuito es el filtro Diplexor que se encuentra a la entrada y salida de cada estación amplificadora. Electrónicamente hablando, es un filtro bidireccional consistente en un filtro pasa-altos en la dirección hacia delante y un filtro pasa-banda en la dirección de retorno.
26
Certificación en Redes de Distribución
Fuentes de Energía CA
Dentro de un sistema, se van montando con periodicidad las fuentes de energía, sobre un poste, en gabinetes a prueba de intemperie, o en cajas pedestales para instalaciones subterráneas. Estas fuentes requieren una entrada primaria desde el sistema local del distribución de energía usual comercial (117 voltios, 60 Hz CA) y producen un voltaje CA más bajo (típico 60 voltios) para aplicarse al propio cable coaxial. Estas unidades incluyen regulación para corregir las variaciones del voltaje de entrada. La salida, en general, es una onda cuasi cuadrada y no senoidal, lo cual permite una mejor transmisión de la energía.
El cable coaxial puede extenderse en forma física hasta y a través de la fuente de energía para la aplicación de los 60 voltios de CA pero, con más frecuencia, se usa un Insertor de Energía. Esta unidad tiene una transmisión muy baja de pérdida de RF nominal por inserción, y la energía de RF queda por completo restringida del puerto para CA, es decir, la RF no pasa hacia la fuente. La energía puede aplicarse, según se necesite, a uno o ambos puertos de RF, por medio de conexiones dentro del propio Insertor.
Las fuentes de energía del sistema no deben confundirse con fuentes de energía de amplificadores individuales. Las fuentes del sistema aceptan 117 voltios 60 Hz como entrada de energía comercial y producen 60 voltios Hz de salida que se utilizan para extender la energía de operación aun cierto número de amplificadores dentro de una sección del sistema. Las fuentes de energía de amplificadores individuales son módulos dentro de una caja amplificadora que aceptan la energía al bajo voltaje de 60 Hz desde el cable coaxial, lo rectifican a CD (corriente directa) y lo regulan, suministrando así energía de corriente directa de operación para los módulos activos localizados dentro de esa caja individual para equipo.
Dispositivos Pasivos para Sistemas Coaxiales
Se requiere una variedad de dispositivos en sistemas prácticos de transmisión coaxial para acomodar cables en derivación o líneas de excitación y también para alimentar señal a los cables de acometida para servicio a los abonados. Estos dispositivos se consideran pasivos porque no proveen amplificación o ganancia y no consumen o
27
Certificación en Redes de Distribución
requieren energía de operación para realizar sus funciones. Sin embargo, deben dejar pasar energía de CA a través de ellos para alimentar dispositivos activos subsecuentes tales como amplificadores. Estos dispositivos pueden caracterizarse por pertenecer a tres categorías básicas principales:
1. Divisores
2. Acopladores Direccionales 3. Taps para abonados
Divisores
Un divisor es un dispositivo que reparte por igual la energía RF de entrada, entre dos salidas. Es conveniente referirse en deciBeles (dB) a la pérdida del divisor. Si la mitad de la potencia se dirige a cada uno de los dos puertos de salida, la energía de RF disponible en cada uno de los puertos de salida, la energía RF disponible en cada uno de dichos de dichos puertos está, en teoría, 3 dB más abajo que el nivel de la señal en el puerto de entrada. Pero el divisor en si tiene algunas pérdidas inherentes, así que un divisor de dos salidas se especificara como que introduce 3.5 dB, o más de pérdidas de transmisión en cada uno de los puertos de salida. Son posibles las combinaciones de divisores para producir salidas de tres o cuatro vías, en este caso la pérdida de transmisión es tan solo una función de cuantas veces se ha dividido a la mitad la energía de entrada. Por ejemplo, nótese que el divisor de tres salidas mostrado tiene un puerto de salida con una pérdida de 3.5 dB y los otros dos puertos con una pérdida de 7 dB.
Debido a que la energía para operar amplificadores también se pasa a través del sistema junto con las propias señales de RF, los divisores están equipados con circuitos que permiten el paso de energía de 60 Hz independiente de la energía de RF. La energía puede
28
Certificación en Redes de Distribución
pasar a través de todos los puertos de salida o hacia atrás, a través del puerto del entrada desde cualquier puerto de salida, sin afectar las características de transmisión de RF de la unidad. También posible aislar cualquier ramal especifico o puerto para propósitos de energía CA, sin afectar la transmisión de RF.
Los divisores pueden usarse también para combinar dos fuentes de RF en una salida y a menudo se emplean con este propósito en las cabezas de TVC un divisor no tiene Directividad alguna desde la entrada hacia cualquier puerto de salida pero sí se introduce cierto aislamiento, o pérdida mayor, entre los propios puertos de salida. Y, como en todos los dispositivos de un sistema coaxial, los divisores se especifican por el fabricante también en cuanto a pérdida del retorno, parámetro que examinaremos más adelante.
Los divisores están disponibles para instalaciones exteriores, con montaje en el mensajero y también en configuraciones de interiores en las casas del abonado para dar servicio a televisores adicionales, o en el CRC para combinar señales, no incluyen circuitos que permitan el paso de la energía.
Los parámetros especificados en forma usual para divisores deberán incluir lo siguiente:
1. Número de puertos de salida 2. Banda de paso, en MHz 3. Pérdida de inserción, en dB 4. Pérdida del Retorno, en dB
5. Aislamiento entre puertos de salida, en dB 6. Capacidad de paso de CA, en Amperios
Acopladores Direccionales
Un acoplador direccional puede emplearse cuando sólo una parte de la energía de RF en el cable debe dirigirse a una derivación o cable de alimentación. Puede
29
Certificación en Redes de Distribución
perfeccionarse el nivel de la señal presentando en la derivación, escogiendo el valor del acoplador. Como lo indica su nombre, el acoplador Direccional tiene una Directividad.
La energía RF aplicada al puerto de entrada del dispositivo, pasará a través del dispositivo y aparecerá en el puerto primario de salida. El puerto Tap, o en derivación, también recibirá parte de la energía de RF de entrada y la cantidad de energía derivada dependerá del valor en dBs del acoplador. Es obvio, que si se deriva más energía quedara disponible en el puerto principal de la salida. El acoplador exhibirá alta pérdida en el puerto de salida a todas las señales presentadas en el puerto derivado o Tap; a esto se le llama “aislamiento”. La energía de Rf reflejada en el puerto del Tap debido a desacoplamiento de impedancia, u otra irregularidad del sistema, aparecería atenuada, en el puerto de entrada, en un valor igual al valor del acoplador, pero la energía de RF reflejada que aparezca en el puerto de salida del dispositivo estaría atenuada mucho más que por el valor del acoplador, como se muestra con los valores de la tabla de parámetros, que son valores de un fabricante para unidades con un ancho de banda de hasta 300 MHz.
Los acopladores direccionales también se usan dentro de las cajas de los amplificadores, para derivar niveles más bajos de energía que el de las señales de entrada hacia los amplificadores puente, para puntos de prueba de amplificadores y amplificadores con AGC (control automático de ganancia) y con ASC (control automático de pendiente). Debido al aislamiento que pueden suministrar, los acopladores direccionales se usan algunas veces en las cabeceras para combinar las salidas de equipo procesador de señales. Los amplificadores pueden llevar acopladores direccionales o divisores de enchufe en sus circuitos de salida para suministrar alimentación a cables separados. Al igual que con los divisores, es usual que se construyan circuitos de paso y puenteo de energía, en acopladores del tipo para exteriores y como ya lo mostramos en la figura anterior, las versiones para interiores por lo común no pasan energía.
Valor del Acoplador (dB) Pérdida de Inserción (dB) Pérdida en Derivación (dB) Aislamiento (dB) 7 1.7 7.3 22 10 1.1 10.6 25 13 0.8 12.7 28 16 0.6 16.2 31 20 0.4 20.6 35
30
Certificación en Redes de Distribución
Las especificaciones para un acoplador Direccional deben incluir: 1. Valor en derivación, en dB
2. Banda de Paso, en MHz 3. Pérdida de inserción, en dB 4. Pérdida del Retorno, en dB
5. Aislamiento (salida a salida), en dB 6. Capacidad de paso de CA, en Amperios
Taps para Abonado
Los taps se utilizan para derivar energía de RF procedente del cable coaxial, y alimentar a los cables de acometida que dan servicio a los abonados. Se dispone de taps para alimentar dos, cuatro u ocho acometidas de servicio desde cualquier unidad. Como los niveles de señal serán distintos en diferentes puntos a lo largo del sistema de cable y, como tenemos que derivar del cable también en diferentes puntos, se dispone de una variedad de valores de derivación. De esta manera, podemos presentar un nivel de entrada de señal relativamente parejo, a todas las acometidas de servicio, sin importar dónde se encuentren a lo largo del cable.
En la siguiente tabla el numeral 2 significa un Tap de dos salidas y el numeral 4 denota un Tap de 4 salidas. Los Taps designados con el sufijo T, tal como 2T y 4T, son Taps terminales y no hay puerto para el cable de salida en tales unidades. Se emplean con exclusividad en los extremos de corridas del cable donde no se requiere extensión del cable.
31
Certificación en Redes de Distribución
Los tipos modernos de taps con acoplador Direccional podrían considerarse como una combinación de un acoplador Direccional y de uno a varios divisores. La siguiente figura muestra un acoplador Direccional alimentado a un Tap de cuatro salidas, el cual se obtiene al conectar en cascada un divisor con otros dos que le siguen.
La pérdida de inserción, aislamiento de Tap a salida y pérdidas de entrada a Tap, son similares a las de los acopladores direccionales que vimos con anterioridad.
Además, los Taps se diseñan para proporcionar una pérdida relativamente alta de aislamiento entre salidas individuales en derivación, para reducir la interferencia no deseada entre estaciones abonadas alimentadas por el mismo Tap.
La selección de un valor específico de Tap se hace durante el diseño del sistema y debe considerar el nivel deseado de señal para alimentar a la acometida de servicio al nivel de señal disponible en el cable de transmisión en el punto donde va a colorase el Tap fuera +33 dBmV, podría usarse un Tap de valor 23 dBmV. Esto producirá + 10 dBmV en cada uno de los puertos del Tap, ya que el nivel de señal de entrada era de + 33 dBmV e impondría una pérdida de inserción a lo largo del cable principal o derivado, de 0.4 dB si fuera un Tap de dos salidas y de 0.6 dB si fuera un Tap de cuatro salidas.
Los Taps para exteriores, con montaje en el mensajero, dejan pasar energía CA que ha de suministrarse a subsecuentes amplificadores en el sistema, igual que los acopladores y los divisores. No. De Puertos Pérdida al Tap (dB) Pérdida en Insección (dB) Aislamiento (dB) 2T 4 2 8 2.8 23 2 11 1.5 26 2 14 1.0 29 2 17 0.7 32 2 20 0.6 35 2 23 0.4 38 2 26 0.4 41 2 29 0.4 44 2 32 0.4 47 4T 7 4 11 2.8 26 4 14 1.7 29 4 17 1 32 4 20 0.7 35 4 23 0.6 38 4 26 0.4 41 4 29 0.4 44 4 32 0.4 47
32
Certificación en Redes de Distribución
Si se instala un Tap sin terminación, al final de una corrida de cable, habrá que terminar el puerto de salida de ese Tap, para evitar reflexiones de RF debido a un desacoplamiento de impedancia. En forma usual, los Taps para exteriores no pasan energía de CA a las acometidas d servicio y, en instalaciones para hoteles y apartamentos se usan versiones para interiores de Taps acopladores direccionales que no pasan energía en absoluto.
Taps Activos para Abonado
Aunque los Taps que acabamos de ver son pasivos por completo, es decir, que no requieren energía de operación para realizar sus funciones, hay algunos taps para abonados que son unidades activas y sí consumen energía para su operación. Estas unidades se emplean en sistemas donde se realiza cierto tratamiento de la señal en el mismo Tap y no dentro de las propiedades del abonado. Una filosofía de diseño de sistemas transfiere una cantidad significativa de sofisticación para la terminal del abonado, haciéndolo hacia el Tap del sistema, en lugar de aplicarla en las premisas del abonado.
En tales sistemas, los Taps son muy sofisticados y requieren alguna fuente de energía para su operación. Las funciones típicas realizadas por taps activos de este tipo son conversiones de frecuencia y decodificación de señales, como las que el convertidor de abonado realizarían en otros sistemas. Muchas unidades de este tipo son abordables desde el CRC y pueden activarse y desactivarse sin una visita real de un técnico.
33
Certificación en Redes de Distribución
Tap condicionado o ventana de reversa condicionada
Los Taps ventana de Reverse están diseñados para proporcionar beneficios en la red HFC en Taps con alto nivel de señal de Upstream y con significativa pendiente (up-tilt), por lo regular colocados en lugares cercanos a el nodo y amplificadores, hay tres valores en los taps condicionados: Tap 26, 29 y 32 dB.
Tabla de valores: Tap 2 salidas
34
Certificación en Redes de Distribución
Tabla de valores: Tap 8 salidas
35
Certificación en Redes de Distribución
Ecualizador de Línea
Componente que permite ajustar y compensar las frecuencias, cuando las frecuencias altas se vuelven bajas y las bajas se vuelven altas.
Insertor de Potencia
Dispositivo utilizado para mezclar la señal de RF y la energía eléctrica.
Otros Dispositivos Pasivos
Existe una variedad de dispositivos pasivos subordinados o dependientes usados en sistemas de cable coaxial. Por ejemplo, las cargas terminales, se usan para “terminar” extremos del cable o puertos no empleados de dispositivos, con el objeto de evitar la creación de desacoplamientos y, así, reducir al mínimo los ecos y las reflexiones de RF. Estas cargas terminales debieran colocarse en las conexiones de salida del Tap donde no haya conexiones de acometidas. Una gran variedad de dispositivos de enchufe, localizados dentro de la misma caja amplificadora, se usan junto con los amplificadores, tales como pads, o atenuadores, ecualizadores, filtros bidireccionales y ecualizadores térmicos.
Se usa un ecualizador para corregir o introducir distorsiones de respuesta de frecuencia, por ejemplo para “inclinar” la respuesta del amplificador, o para compensar la inclinación de la respuesta introducida por el cable coaxial de interconexión. Los filtros bidireccionales separan secciones del espectro en el sistema, de modo que cierta parte del
36
Certificación en Redes de Distribución
espectro puede usarse para la transmisión en una dirección mientras otras opciones del espectro se usan para transmitir en la dirección inversa.
Especificación del Ancho de Banda
En las tablas anteriores presentamos características de transmisión de algunos Taps de abonado y acopladores direccionales típicos. Nótese que los dispositivos especificados se identificaron para uso con un ancho de banda de un sistema de 300 MHz. Cuando se establece el ancho de banda de un sistema, por ejemplo de 300 o 400 MHz, todos los dispositivos empleados en dicho sistema deben presentar la misma o mayor capacidad de ancho de banda más amplio.
Cuando se especifica el ancho de banda de un dispositivo y las pérdidas de transmisión también manifiestan, ello significa que las manifestadas, a cualquier señal cuya frecuencia esté dentro del ancho de banda especificado para el dispositivo. Por ejemplo, un acoplador especificado que presenta 7 dB de pérdida al puerto derivado, e identificado como un dispositivo para 300 MHz, no presentara más de 7 dB de pérdida a cualquier señal a 300 MHz o a menor frecuencia. Sin embargo, puede presentar menos de 7 dB de pérdida en algunas porciones de su ancho de banda de transmisión.
Al diseñar artefactos, o dispositivos o amplificadores, es difícil lograr con precisión las mismas características de transmisión a través de todo el ancho de banda del dispositivo. A medida que se incrementa el ancho de banda del sistema, por ejemplo desde 220 hasta 450 MHz, el ancho de banda de todos los dispositivos y amplificadores también debe incrementarse. Las variaciones de las características de transmisión, para un dispositivo de banda más amplia, serán más pronunciadas y más difícil será reducirlas on respecto a un dispositivo de banda más angosta.
Resumen
Existen demasiadas configuraciones de equipo para exponerlas aquí pero, en esencia, todas son combinaciones de las unidades que se han descrito con anterioridad. Si se entiende bien la función básica de cada tipo de unidad, es posible analizar cualquier combinación de equipos siguiendo el flujo de la señal como hicimos aquí.
Ruido
A medida que las transmisiones pasan a través de un sistema coaxial, las propias pérdidas del cable pueden compensarse insertando ganancia de amplificadores. Cada uno tales amplificadores introducen ruido y distorsión. Es obvio que, entre más largo sea el sistema, mayor será el número de amplificadores requeridos en tándem o cascada y más altos se volverán los niveles de ruido y distorsión. El objetivo es producir una conducta de transmisión de calidad aceptable y práctica, desde el punto de vista económico. La transmisión, la peor o la más pobre, se encontrara en un punto del sistema donde las señales transportadas hayan pasado a través del mayor número de amplificadores.
37
Certificación en Redes de Distribución
Deterioro por el ruido en imágenes de TV
Aunque hay diferencias de opinión entre muchos ingenieros de TVC sobre cuanto ruido puede tolerarse en las imágenes de televisión que llegan a los abonados, se han conducido varias pruebas por parte de diversas entidades y, con propósitos de comparación, se aceptan algunas normas sobre el particular. En general, se conoce como “nieve” a la apariencia visual del ruido en las imágenes, pero el ruido se hace perceptible a un espectador y tal vez es un problema para otros, a niveles más bajos de los que producen mucha nieve.
Igual que el ruido audible, en sistemas de audio o circuitos telefónicos, es una cuestión de la percepción del que escucha, así es la presencia del ruido en imágenes de televisión.
Con lo anterior podemos decir que ciertos niveles de ruido que podían no ser percibidos por algunos espectadores, pueden ser un problema para un observador entrenado o más exigente. En el análisis final, el único método para establecer referencias estándar o normalizadas es el de la observación subjetiva, en la que un gran número de espectadores se exponen al mismo nivel de ruido en una imagen y, de alguna manera, los resultados se cotejan se comparan o se confrontan. Cuando se establecieron las normas para el ruido, en circuitos telefónicos, se requirieron series detalladas de pruebas subjetivas similares.
Una serie de pruebas a las que a menudo se hace referencia, fueron conducidas por la Organización para el estudio de Asignaciones en Televisión (TASO) y los resultados se publicaron en un reporte a la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) en 1959. Con la corrección de estos resultados, para un ancho de banda de 4 MHz, podemos construir la siguiente tabla.
Es importante reconocer que una vez que el nivel de ruido está por debajo de un nivel de percepción visual, de ahí en adelante, las mejoras en la relación Señal a Ruido (S/R), no presentan mejoría alguna en cómo el espectador ve la imagen. Si no puede verse el ruido, entonces menos ruido no se percibe como mejoría. Pero el Ruido si se acumula en los sistemas y resulta, como practica sana, buena y prudente de ingeniería, proveer cierto margen para niveles de ruido más altos y subsecuentes, tales como los que en forma inadvertida podrían desarrollarse por problemas en el equipo, o envejecimiento sobre un período de tiempo.
Clasificación TASO de la Imagen Relación S/R
1. Excelente (nieve no perceptible) 45 dB 2. Buena (nieve apenas perceptible) 35 dB 3. Pasable (nieve perceptible en forma definitiva
pero que no es un problema) 29 dB 4. Marginal (nieve que puede ser un problema) 25 dB
38
Certificación en Redes de Distribución
Una norma de gran aceptación, para una acumulación que no presenta problemas de ruido, en un sistema de transmisión por cable coaxial, es una Relación S/R, en 4 MHz de ancho de banda, de casi 39 dB. El diseñador del sistema es libre de imponer una norma más severa de C/N o RPR, pero debe conocerse que tal acción estará acompañada de una penalidad en el costo. Esta más allá de los propósitos de este texto el tratamiento de las normas.
En su lugar, nos enfocaremos en la comprensión del ruido y su acumulación en los sistemas, ya que cualquier trabajo particular de diseña puede producir cualquier nivel de conducta en la calidad de transmisión que pudiera requerirse.
Cifra o Figura de Ruido
Cualquier amplificador, e inclusive una sola resistencia, generarán cierto ruido interno, debido al movimiento azaroso de los electrones dentro del mismo material conductor. A ésta puede llamársele penumbra de ruido térmico y, se introdujeran señales de entrada a este mismo nivel de amplitud, ellas no podrán distinguirse con respeto al ruido generado. En tal caso, la relación S/R sería cero, porque no habría diferencia de amplitud entre el ruido y la señal introducida.
Los factores que involucran al calcular el ruido generado en un dispositivo, incluyen al ancho de banda del dispositivo, la temperatura del dispositivo y la impedancia. Puede demostrarse que el ruido térmico, en un amplificador teórico, perfecto, es -59 dBmV, en un canal de 6 MHz, el cual puede considerarse como un canal de TV en un sistema de 75 ohmios. Por lo tanto, ningún amplificador introducirá menos ruido que éste.
Todo amplificador individual puede ser especificado por su fabricante en cuanto a que tiene una figura de ruido (NF o FR), en forma usual declarada en dBs. Ello identifica cuan cerca de la penumbra térmica teórica se comporta dicho amplificador o bien dicho de otro modo. Cuanto ruido por encima del irreducible nivel de penumbra térmica de ruido (-59dBmV), será generado dentro de tal unidad. Esta relación se muestra en la siguiente figura. Vemos que dada una figura de ruido FR de 9 dB arriba de -59 dBmV (penumbra térmica) lo que sería -50 dBmV. Es obvio que un valor más bajo de NF o FR indicaría un amplificador de mejor calidad, porque produce ruido de menor amplitud, que es menos destructor. Una figura de ruido (menor) mejoraría la penumbra de ruido en el amplificador como lo muestra la figura. Si por ejemplo, la FR fuera de 7 dB, el amplificador generaría sólo 7 dB más de ruido por encima del punto teórico de penumbra de -59 dBmV y, por lo tanto, la penumbra de ruido del amplificador sería de -52 dBmV.
39
Certificación en Redes de Distribución
Una vez seleccionado el amplificador, estableciendo así la cifra de la figura de ruido y, como no cambiara la penumbra teórica del ruido térmico, el único factor que está bajo el control del diseñador del sistema, respecto a cuanto ruido introducirá un amplificador a ese sistema, es el nivel de la señal que se presente a la entrada del amplificador. El diseñador puede manipular, por selección, el nivel de entrada y controlar así con la contribución del ruido.
Puede haber condiciones bajo las que se opera un amplificador que hacen menos importante que la unidad tenga una buena figura de ruido. Considérese el caso en que un amplificador fuera localizado dentro de un sistema de tal modo que siempre tuviera un alto nivel de señal de entrada. En tal caso, la RPR puede ser tan buena que el sistema pudiera tolerar una relación más baja sin comprometer la transmisión al final del sistema.
Relaciones Señal/Ruido y Portadora/Ruido (RSR y RPR)
En nuestras discusiones siempre estaremos muy interesados en Portadoras RF que hayan sido moduladas con señales de video y audio, así como el ruido que pudiera estar presente en el espectro de transmisión ocupado por esa portadora RF y, por lo tanto, es apropiada la terminología “Relación Portadora a Ruido” (RPR). Pero si demodularamos la señal extrayéndola de la portadora RF (como lo hace, por ejemplo, un receptor de televisión), recuperaríamos la información original (video, audio etc.) también encontraríamos ruido presente. Podemos medir tanto la señal como el ruido y establecer la relación entre ellos. A esta se la llama “Relación Señal a Ruido” (RSR) y, por definición, es la relación entre la información presente de banda- base, o información no- modulada y el ruido presente dentro el mismo espectro.
Portadora a Ruido (RPR) es la relación entre la señal portadora presente y el ruido presente dentro del mismo espectro. Igual que como RSR, podemos medir tanto el ruido presente en un ancho 4 MHz, así como la amplitud de la portadora de una señal presente en el mismo ancho-de-banda.