Propuesta de diseño de una red HFC para el Hotel Estrella II Etapa

Texto completo

(1)UNIVERSIDAD CENTRAL “MARTA ABREU” DE LAS VILLAS. FACULTAD DE INGENERIA ELECTRICA DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACION Y ELECTRONICA. TRABAJO DE DIPLOMA: Propuesta de diseño de una red HFC para el Hotel Estrella II Etapa. AUTORA: María del Socorro Bruna Camacho. TUTOR: Ing. Luis Armando Moreno Valiño. Co-Tutor: M.Sc. Hiram del Castillo Sabido. Santa Clara-Cuba, 2007-2008 “Año 50 de la Revolución”.

(2) UNIVERSIDAD CENTRAL “MARTA ABREU” DE LAS VILLAS. FACULTAD DE INGENERIA ELECTRICA DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIÓN Y ELECTRÓNICA. TRABAJO DE DIPLOMA: Propuesta de diseño de una red HFC para el Hotel Estrella II Etapa AUTORA: María del Socorro Bruna Camacho e-mail: [email protected] TUTOR: Ing. Luis Armando Moreno Valiño. e-mail: [email protected]. CO-TUTOR: M.Sc. Hiram del Castillo Sabido e-mail: [email protected]. Santa Clara-Cuba, 2007-2008“Año 50 de la Revolución”.

(3) Hago constar que el presente trabajo fue realizado en la Universidad Central “Marta Abreu” de las Villas como parte de la culminación de los estudios de la especialidad de Telecomunicaciones y Electrónica autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización de la Universidad. ________________ Firma del Autor Los abajo firmantes, certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada.. ________________ Firma del Tutor. _______________________ Firma del Jefe de Dpto. Donde se defiende el trabajo. ____________________ Firma del Responsable de Información Científico-Técnica.

(4) La tarea técnica contempla las siguientes etapas: ¾ Realizar un estudio de las características de la fibra óptica y el cable coaxial como soportes de transmisión en las redes CATV. ¾ Analizar la utilización de las redes HFC en sistemas de CATV. ¾ Efectuar el estudio del equipamiento propuesto para utilizarse. ¾ Analizar la estructura del hotel para realizar las canalizaciones de manera que se puedan conseguir niveles de señal óptimos en los puntos terminales del mismo. ¾ Realizar los cálculos pertinentes utilizando tablas de EXCEL y programas específicos para calcular los niveles de señal en los diferentes puntos de la red. ¾ Elaboración del informe final.. __________________ Firma del Autor. _______________________ Firma del Tutor.

(5) RESUMEN En la actualidad existe un fuerte desarrollo turístico en la Cayería Norte de la provincia de Villa Clara, por lo que se persigue una mejora en el servicio que se presta en cuanto a la capacidad y el alcance de las redes de televisión por cable. Se propone el diseño de una red del tipo HFC (Hibrid Fiber-Coaxial) para el Hotel Estrella II Etapa que sea capaz de transportar la señal de TV desde un punto en el edificio principal del hotel hasta cada uno de los puntos terminales manteniendo los niveles y parámetros de calidad de señal según la norma, además enlazar desde el punto final hasta la cabecera, los datos que se puedan generar en los mismos, manteniendo igualmente los parámetros anteriormente valorados logrando de esta forma la bidireccionalidad en la red. Se pretende además proponer sistemas compatibles con estas redes híbridas como es el caso del triple play que permita una interactividad entre la cabecera y el usuario, el mismo que soporte servicios como datos, Vo IP, entre otros..

(6) Índice. ÍNDICE INTRODUCCIÓN……………………………………………………………………………….. 1 Capítulo 1 : Medios de Transmisión en Redes CATV…………………………………………....4 1.1 Fibra Óptica: ................................................................................................................... 4 1.1.1 Origen y Evolución:………………………………………………………… ........ 5 1.1.2 Tipos de Fibra Óptica:……………………………………………………… ........ 7 1.1.2.1 Fibra Multi-Modo (MMF)………………………………………………………..7 1.1.2.2 De índice por paso (Step Index Multimode)……………………………………. .. 8 1.1.2.3 De índice Gradual (Grade Index Multimode)………………………………….. ... 8 1.1.2.4 Fibra Simple-Modo (SMF)……………………………………………………. .... 9 1.2 El nodo óptico ................................................................................................................. 9 1.2.1 Transmisores Ópticos…………………………………………………………… 10 1.2.2 Receptores Ópticos…………………………………………………………. ...... 11 1.2.3 Amplificadores Ópticos………………………………………………………… 12 1.2.3.1 Amplificadores de Erbio (Erbium Doped Fiber Amplifier EDFA)………… ...... 12 1.3 Características de Transmisión de la Fibra ................................................................... 13 1.3.1 Longitud de onda ( )……………………………………………………… ........ 13 1.3.2 Atenuación (ATT)……………………………………………………………. .... 14 1.3.3 Ancho de Banda…………………………………………………………….. ...... 15 1.3.4 Dispersión………………………………………………………………….. ....... 15 1.3.5 Angulo de Aceptación…………………………………………………………... 17 1.4 Ventanas de Transmisión .............................................................................................. 17 1.5 Cable Coaxial ................................................................................................................ 19 1.5.1 Comportamiento eléctrico del coaxial………………………………………… .. 20 1.5.1.1 Resistencia del bucle………………………………………………………. ........ 20 1.5.1.2 Efecto Pelicular………………………………………………………………… . 21 1.5.1.3 Impedancia Característica……………………………………………………. .... 22 1.5.1.4 Atenuación en Coaxiales………………………………………………………... 22 Capítulo 2 : Redes HFC. Características 2.1 Estructura General de un Sistema HFC. ....................................................................... 24 2.2 Parámetros de calidad en las redes hibridas fibra-coaxial ............................................ 25 2.3 Efectos no lineales en la Fibra Óptica........................................................................... 26 2.3.1 Modulación de Autofase (SPM)……………………………………………. ...... 26 2.4 Métodos de calidad de la señal en las transmisiones ópticas. ....................................... 27 2.4.1 Relación portadora a ruido (CNR)………………………………………………. 28 2.4.1.1 Ruido de intensidad del Láser (RIN) ............................................................ 29 2.4.1.2 Ruido Térmico (Thermal Noise) ................................................................... 30 2.4.1.3 Ruido de disparo (Shot Noise) ...................................................................... 30 2.4.1.4 Ruido en amplificadores ópticos (ASE) ....................................................... 31 2.4.1.5 Calculo de la CNR Total ............................................................................... 31 2.4.2 Relación Portadora de intermodulación (CIN)……………………………….. ... 33 2.4.3 Relación portadora a ruido compuesta (CCN)………………………………….. 33 2.5 El canal de retorno ........................................................................................................ 34 2.6 Parámetros de calidad en el canal de retorno ................................................................ 34.

(7) Índice. 2.6.1 Ruido Blanco……………………………………………………………… ........ 35 2.6.2 Inserción de Ruido………………………………………………………………. 35 2.6.3 Señales interferentes de Banda Estrecha……………………………………....... 35 2.6.4 Ruido Impulsivo………………………………………………………………… 36 2.6.5 Distorsión por camino común o CPD…………………………………………… 36 2.6.6 Efecto Embudo………………………………………………………………...... 37 2.6.6.1 Clipping del Laser de retorno ....................................................................... 37 2.7 Transmisión Bidireccional en redes CATV ................................................................. 39 Capítulo 3 : Propuesta de Diseño 3.1 Selección del equipamiento de Cabecera Óptica .......................................................... 43 3.2 Selección de los nodos ópticos ..................................................................................... 44 3.2.1 Red Exterior Remedios…………………………………………………….. ....... 44 3.2.2 Red Exterior Santiago………………………………………………………… ... 44 3.3 Red de distribución a Coaxial ....................................................................................... 45 3.4 Distribución de Bungaloes ............................................................................................ 46 3.5 Propuesta del tipo de Fibra ........................................................................................... 48 CONCLUSIONES…………………………………………………………………. 51 RECOMENDACIONES……………………………………………………………. 52 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS……………………………………………… 66 Anexo I: Calculo del ruido termico .............................................................................................. 67 Anexo II: Monolineal Hotel la Estrella II Etapa ........................................................................... 68 Anexo III: Distribucion y calculo de niveles del Hotel la Estrella II Etapa . ............................... 69 Anexo IV: Listado de Materiales .................................................. ¡Error! Marcador no definido. Anexo V: Equipamiento a utilizar ............................................................................................... 83 Anexo VI: Plano Hotel Estrella II Etapa…………………………………………………….. … 93.

(8) Introducción INTRODUCCIÓN En el proceso de evolución de la tecnología muchos han sido los avances que han permitido mejorar la calidad de vida del hombre. En los sistemas de comunicaciones la televisión por cable (CATV) ha venido experimentando cambios en el desarrollo del medio de transmisión a través del avance en el empleo de la fibra óptica.. En la actualidad, las redes de CATV que se construyen en Cuba, en su totalidad, tanto bidireccional como unidireccional, son basadas fundamentalmente en el cable coaxial. La necesidad de ofrecer mayor y mejores servicios, vuelve limitadas a las redes basadas solo en cable coaxial. Principalmente en el ámbito del turismo, el cual representa una de las fuentes más importante tanto de atracción y diversión, así como una de las más altas demandas para las empresas que prestan el servicio de televisión por cable. Se exige, por tanto una señal de televisión con una mayor capacidad y alcance. El interés marcado por los inversionistas y explotadores de las instalaciones del Hotel Estrella II Etapa de la Cayería Norte de la provincia de Villa Clara, de tener un soporte físico que permita, según los requerimientos del cliente llevar señal de TV desde un punto central hasta todas las habitaciones del hotel y lograr una bidireccionalidad de datos desde estas últimas hasta la cabecera, teniendo la perspectiva de que en un futuro exista la posibilidad de contar con una plataforma, que con un incremento de equipamiento en la cabecera y habitaciones permita una interactividad que soporte servicios como datos, Vo IP, según el uso que se le quiera dar. Es por tanto que surge la idea de realizar un proyecto de red HFC que brinde dichas facilidades, la misma que sustituirá parte de la red de coaxial por fibra óptica y su respectivo equipamiento óptico, además según la estructura del hotel realizar la distribución del cableado que mejor se acople a una transmisión con niveles de señales óptimas que cumplan con la norma para una mejor calidad en el sistema. En el diseño se tiene en cuenta además los posibles daños que pudieran presentarse en la red, por lo que se propone trabajar pensando en la implementación de. Propuesta de red HFC para el Hotel Estrella II Etapa. 1.

(9) Introducción redundancia en la misma, lo que permitiría en un futuro a los ingenieros y especialistas de este diseño en cuanto al mantenimiento del sistema tener una solución para enfrentar problemas que pudieran presentarse como avería en los cables siendo esto lo mas común, entre otros. Es importante señalar que como propósito de este diseño es el de tener en cuenta el futuro desarrollo de los servicios que pudiera prestar el hotel. Por esta razón se añade a este trabajo el estudio de sistemas compatibles a este tipo de redes, como es el caso del triple play, un salto tecnológico que permite compartir eficazmente y sin perturbación los datos de Internet, la voz y el vídeo, lográndose de esta forma un servicio mas completo que se prestará al usuario. Con este diseño se pretende proyectar una expansión de este tipo de red en las otras instalaciones que se encuentran en el lugar una vez que se apruebe este sistema. Objetivo:. Realizar un proyecto de red CATV para brindar servicio al Hotel La Estrella II Etapa de la Cayería Norte de Villa Clara.. Objetivos específicos: ¾ Realizar propuesta de diseño de red bidireccional híbrida fibra-coaxial ¾ Tener como opción la posibilidad de implementación de un sistema interactivo que soporte datos, Vo IP, etc. ¾ Elaboración de un documento que permita tener una oferta real de un sistema HFC que permita su implementación así como su explotación y mantenimiento.. Estructura del trabajo:. Para lograr todo lo antes expuesto, este trabajo se ha estructurado en una introducción, un. desarrollo compuesto de tres capítulos, conclusiones, recomendaciones,. referencias bibliográficas y anexos. A continuación se describe brevemente el contenido de los diferentes capítulos.. Capítulo 1: Medios de transmisión en redes CATV.. Propuesta de red HFC para el Hotel Estrella II Etapa. 2.

(10) Introducción Este capítulo está dedicado al estudio de los medios de transmisión de las redes CATV, en este caso el cable coaxial y la fibra óptica ya que ambos formaran parte de la propuesta de diseño para el hotel Estrella II Etapa, como los tipos de fibra óptica existentes, características de transmisión de las mismas. Además el comportamiento eléctrico y la atenuación en cables coaxiales. Capítulo 2: Redes HFC. Características. Este capítulo aborda la estructura y características de una red HFC, así como los parámetros de calidad en estas redes y las medidas de calidad de la señal en las transmisiones ópticas. Un aspecto tratado también fue el de los efectos no lineales producidos por la fibra óptica, además de mencionar una alternativa para un acercamiento a la compensación de estos efectos negativos. Finalmente se trata sobre la bidireccionalidad en las redes CATV. Capítulo 3: Propuesta de diseño. En este capítulo se realiza una descripción del Hotel al cual se propone el diseño, la forma en que se encuentra distribuido y se presenta la selección del equipamiento de cabecera, los nodos ópticos con un análisis de sus respectivas zonas. Se hace el cálculo de los niveles de señales de las habitaciones mas críticas del hotel pudiendo comprobar que se cumple con la norma. Se trata además de forma breve sistemas compatibles con estos tipos de redes y como sería su implementación. Finalizando con oferta final de precio y listado de materiales. Conclusiones: Se realizará un análisis crítico de los resultados obtenidos a partir de los objetivos que se trazaron inicialmente. Recomendaciones: Se harán recomendaciones que tengan como objetivo enriquecer el material y que permitan la mejora de este proyecto en el futuro. Referencias bibliográficas: Se hará un listado de las referencias bibliográficas consultadas siguiendo la metodología existente para este fin.. Propuesta de red HFC para el Hotel Estrella II Etapa. 3.

(11) Capítulo 1 Medios de Transmisión en redes CATV. Capítulo 1 : Medios de Transmisión en Redes CATV. En una red CATV es importante conocer cuales son las características de los principales soportes que son utilizados actualmente, especificaciones técnicas, aplicaciones, sugeridas por los fabricantes, etc. En esta sección es nuestro objetivo presentar un estudio de estos medios, que constituya una base para la realización de una correcta selección. 1.1. Fibra Óptica:. Antes de explicar directamente que es la fibra óptica, es conveniente resaltar ciertos aspectos básicos de óptica. La luz se mueve a la velocidad de la luz en el vacío, sin embargo, cuando se propaga por cualquier otro medio, la velocidad es menor. Así, cuando la luz pasa de un medio a otro, su velocidad cambia, sufriendo además efectos de reflexión y de refracción. Dependiendo de la velocidad con que se propague la luz en un medio o material, se le asigna un índice de refracción "n", un número deducido de dividir la velocidad de la luz en el vacío entre la velocidad de la luz en dicho medio. Los efectos de reflexión y refracción que se dan en la frontera entre dos medios dependen de sus Índices de refracción. Dados dos medios con índices n y n', si el haz de luz incide con un ángulo mayor que un cierto ángulo límite, el haz siempre se reflejará en la superficie de separación entre ambos medios. De esta forma se puede guiar la luz de forma controlada. El principio en que se basa la transmisión de luz por la fibra es la reflexión interna total; en donde la luz que viaja por el centro o núcleo de la fibra, incide sobre la superficie externa con un ángulo mayor que el ángulo crítico, de forma que toda la luz se refleja sin pérdidas hacia el interior de la fibra. Así, la luz puede transmitirse a larga distancia reflejándose miles de veces. Para evitar pérdidas por dispersión de luz debida a impurezas de la superficie de la fibra, el núcleo de la fibra óptica está recubierto por una capa de vidrio con un índice de refracción mucho menor; las reflexiones se producen en la superficie que separa la fibra de vidrio y el recubrimiento.[1]. Propuesta de red HFC para el Hotel Estrella II Etapa. 4.

(12) Capítulo 1 Medios de Transmisión en redes CATV Los circuitos de fibra óptica son filamentos de vidrio (compuestos de cristales naturales) o plástico (cristales artificiales), del espesor de un pelo (entre 10 y 300 micrones) y con diámetro de 50 a 125 micras. Llevan mensajes en forma de haces de luz que realmente pasan a través de ellos de un extremo a otro, donde quiera que el filamento vaya (incluyendo curvas y esquinas) sin interrupción. Los dos constituyentes esenciales de las fibras ópticas son el núcleo y el revestimiento. El núcleo es la parte más interna de la fibra y es la que guía la luz, además de definir los parámetros de la fibra, mientras que el revestimiento se encarga de reflejar la luz hacia el centro de la fibra, atrapándola dentro del núcleo. El conjunto núcleo-revestimiento queda protegido por una capa, llamada protección primaria o recubrimiento primario. Dicha protección es una capa fina (250 - 500 micras) de acrilatos epóxidos o polímeros de silicio que se aplica sobre el conjunto inmediatamente después del estirado para darle protección mecánica, evitar la adhesión de contaminantes, penetración de la humedad y creación de micro fracturas.[16]. Fig. 1.1 Estructura de la Fibra Óptica. 1.1.1 Origen y Evolución: La Historia de la comunicación por la fibra óptica es relativamente corta. En 1950 fue introducido el cristal de dos capas, ofreciendo la posibilidad de mantener la señal dentro del núcleo o capa central, dado que el segundo actuaba como barrera.. Propuesta de red HFC para el Hotel Estrella II Etapa. 5.

(13) Capítulo 1 Medios de Transmisión en redes CATV En 1959, como derivación de los estudios en física enfocados a la óptica, se descubrió una nueva utilización de la luz, a la que se denominó rayo láser, que fue aplicado a las telecomunicaciones con el fin de que los mensajes se transmitieran a velocidades inusitadas y con amplia cobertura. Sin embargo esta utilización del láser era muy limitada debido a que no existían los conductos y canales adecuados para hacer viajar las ondas electromagnéticas provocadas por la lluvia de fotones originados en la fuente denominada láser. Fue entonces cuando los científicos y técnicos especializados en óptica dirigieron sus esfuerzos a la producción de un ducto o canal, conocido hoy como la fibra óptica. En 1966 surgió la propuesta de utilizar una guía óptica para la comunicación. El concepto de las comunicaciones por ondas luminosas ha sido conocido por muchos años. Sin embargo, no fue hasta mediado de los años setenta que se publicaron los resultados del trabajo teórico. Estos indicaban que era posible confinar un haz luminoso en una fibra transparente flexible y proveer así un análogo óptico de la señalización por alambres electrónicamente. El problema técnico ha resolver para el avance de la fibra óptica residía en el nivel de absorción de luz que dificultaba el proceso. Se han desarrollado nuevos vidrios muy puros con transparencias mucho mayores que la del vidrio ordinario. Estos vidrios empezaron a producirse a principios de los setenta. Este gran avance dio ímpetu a la industria de fibras ópticas. Se usaron láseres o diodos emisores de luz como fuente luminosa en los cables de fibras ópticas. Ambos han de ser miniaturizados para componentes de sistemas fibro-ópticos, lo que ha exigido considerable labor de investigación y desarrollo. Los láseres generan luz "coherente" intensa que permanece en un camino sumamente estrecho. Los diodos emiten luz "incoherente" que ni es fuerte ni concentrada. Lo que se debe usar depende de los requisitos técnicos para diseñar el circuito de fibras ópticas dado. En 1975 se descubría que las F.O. de dióxido de silicio (SiO2) presentan mínima dispersión en torno a 1300nm, lo cual suponía disponer de grandes anchuras de banda. Propuesta de red HFC para el Hotel Estrella II Etapa. 6.

(14) Capítulo 1 Medios de Transmisión en redes CATV para la transmisión, en cuanto la dispersión del material de la fibra constituye un factor intrínseco limitativo. Las nuevas posibilidades que ofrecían las F.O. también estimularon la investigación hacia fuentes y detectores ópticos fiables, de bajo consumo y tamaño reducido. A partir de 1990 es el punto de partida de las generaciones de Redes Ópticas, donde se difunden los enlaces ópticos punto a punto de alta capacidad y el multiplexado por división de longitud de onda (WDM) que permitió doblar la capacidad de las redes dorsales de Internet. En 1995 se desarrolla el transporte administrativo, con los multiplexores de alta densidad de longitud de onda (Dense-WDM), hasta 80 longitudes de onda sobre un mismo canal, los transmisores y repetidores (transponders) ópticos, routers, etc. A partir del 2000 han tomado un amplio desarrollo las Redes Ópticas Pasivas (PON), donde se busca la conmutación óptica de paquetes.. 1.1.2 Tipos de Fibra Óptica: La Fibra Óptica es clasificada de acuerdo al diámetro del núcleo en micrones y la misma es expresada en su relación con el diámetro exterior hasta la terminación de la envoltura: 50/125um, 62.5/125um, 9/125um, etc. Se puede apreciar los tipos de conductores de fibras mas conocidos acorde al diámetro del núcleo y de la envoltura. Como se muestra en la figura el diámetro determina la clasificación de los conductores de Fibra.. 1.1.2.1 Fibra Multi-Modo (MMF) La cual se caracteriza por el gran diámetro del núcleo, con valores típicos de 50/125um y 62.5/125um. Estas se suelen utilizar en aplicaciones de transmisión de datos, en distancias típicas de hasta 2km. Por una fibra multimodo pueden viajar haces de luz con varias componentes espectrales (modos).. Propuesta de red HFC para el Hotel Estrella II Etapa. 7.

(15) Capítulo 1 Medios de Transmisión en redes CATV Los transmisores y receptores (transceivers) utilizados para este tipo de fibras están basados en Diodos Emisores de Luz (LED) como fuente de luz a una longitud de onda de 820nm. En realidad hay dos tipos de Fibras Multimodo:. 1.1.2.2 De índice por paso (Step Index Multimode) En la cual el núcleo esta compuesto por un solo tipo de cristal, viajando la luz en la fibra en línea recta. Por lo que cada modo o ángulo de luz viaja con diferentes trayectorias de enlace, luego un pulso de luz es dispersado mientras viaja a través de la fibra y eso limitará el ancho de banda de este tipo de fibra.. Fig.1.2 Fibra Multimodo de índice por paso. 1.1.2.3 De índice Gradual (Grade Index Multimode) En la cual el núcleo está compuesto por diferentes capas de cristal, seleccionadas con índices de refracción tal que produzcan un perfil de variación del índice aproximado a una parábola, tal como se muestra en la figura. Esta característica logra una compensación de las diferentes trayectorias de las longitudes de onda de cada modo y por lo tanto incrementa la capacidad de ancho de banda de la fibra por una cantidad superior a las 100 veces con respecto a la de índice pasado. -. -. Propuesta de red HFC para el Hotel Estrella II Etapa. 8.

(16) Capítulo 1 Medios de Transmisión en redes CATV Fig.1.3 Fibra Multimodo de índice gradual. 1.1.2.4 Fibra Simple-Modo (SMF) Se caracteriza por su pequeño diámetro en el núcleo, con valor típico 9/125um. Estas se utilizan típicamente en aplicaciones de telecomunicaciones a grandes distancias, aunque también ya son típicas en redes LAN y MAN a distancias superiores a los 2 km. La fibra mono-modo o simple-modo tiene un núcleo de diámetro entre 8 y 10 micras, comparable con la longitud de onda que transporta, lo que ocasiona que la luz que viaja por la fibra tenga una sola componente espectral, en estas fibras no está presente la dispersión modal, ocasionada por el alargamiento de la base de tiempo de los pulsos. En las fibras simple-modo puede transmitirse a mayores velocidades y distancias debido a la ausencia de esta dispersión. La longitud de onda usada en estas fibras es de 1310nm y 1550nm, por lo que utilizan láser como fuente de luz. Estas fibras tienen más baja atenuación y mejor comportamiento en la región. de los 1550nm, pero. muchos servicios operan a 1310nm donde los costos del láser son más bajos. La UIT-T tiene estandarizados varios tipos de fibras ópticas monomodo como: Rec. G-652 Fibra óptica Monomodo Estándar o SSMF: λ = 1310nm y λ = 1550nm. Fibra monomodo cuya longitud de onda de dispersión nula está situada entorno a 1310nm y que puede utilizarse en 1550nm. Rec. G-653 Fibra óptica Monomodo con dispersión desplazada o DSF: λ =1550 y λ=1310nm. Fibra monomodo cuya longitud de onda de dispersión nula está situada entorno a 1550nm y que puede utilizarse en 1310nm. Rec. G-654 Fibra óptica Monomodo con corte desplazado: Fibra monomodo cuya longitud de onda de dispersión nula está situada en torno a 1300nm, cuya atenuación mínima y longitud de onda de corte desplazada se sitúan alrededor de 1550nm, y cuyo uso está optimizado en la región de longitud de onda de 1530-1625nm. Rec. G-655 Fibra óptica con dispersión desplazada no cero o NZ-DSF: Fibra con dispersión desplazada a la ventana de 1550nm pero con un valor de dispersión a esa longitud de onda. [7] 1.2. El nodo óptico. Propuesta de red HFC para el Hotel Estrella II Etapa. 9.

(17) Capítulo 1 Medios de Transmisión en redes CATV Asociada a la tecnología de fibra óptica aparecen en los sistemas CATV algunos dispositivos que permiten el trabajo con este medio de transmisión. El más importante de todos ellos es el nodo óptico, encargado de recibir las señales ópticas procedentes de la cabecera, convertirlas a radiofrecuencia y reenviarlas sobre la red de distribución de coaxial. También realizará la operación inversa en el canal de retorno, recibiendo en radiofrecuencia las señales procedentes de los abonados y reenviándolas hacia la cabecera, convertidas ya en señales luminosas. El nodo óptico está formado por un receptor óptico, que recibe las señales ópticas del canal descendente procedentes de la cabecera y las convierte en señales eléctricas y por un transmisor óptico, que se encarga de transmitir las señales del canal de retorno o ascendente convirtiendo señales eléctricas en ópticas. 1.2.1 Transmisores Ópticos Presentes tanto en los nodos ópticos, con la función ya especificada, como en las cabeceras, para transmitir la señal óptica del canal descendente, estos dispositivos son elementos fundamentales de las modernas redes de cable HFC. Su función es la de convertir señales eléctricas en señales ópticas que serán transmitidas sobre una fibra. Los elementos básicos de un transmisor óptico son:. ALIMENTACION. FUENTE DE LUZ. Entrada Eléctrica Salida MODULADOR. ADAPTADOR. Óptica. Fig. 1.4 Diagrama de bloques de un transmisor óptico [1] El elemento principal es la fuente de luz. Para los sistemas de comunicaciones ópticas en general se usan tanto diodos emisores de luz como láseres; pero en CATV se usan exclusivamente láseres ya que emiten una mayor potencia y tienen un ancho da banda espectral más estrecho. Al hablar de fuentes de luz indicamos que no sólo la mayor potencia de transmisión nos decide a usar láseres en sistemas CATV. También juega un papel importante en esta elección el ancho de línea del láser o ancho de banda. Todo emisor de luz emite señal luminosa a la longitud de onda nominal fijada en el dispositivo y a las longitudes de onda próximas a esta, siendo imposible emitir una sola longitud de onda. Es decir, el ancho de línea se refiere al ancho del espectro de emisión del dispositivo. Cuanto menor sea el ancho de línea, mejor calidad tendrá el sistema por tener pocas. Propuesta de red HFC para el Hotel Estrella II Etapa. 10.

(18) Capítulo 1 Medios de Transmisión en redes CATV interferencias entre rayos de luz a diferentes longitudes de onda. El ancho de línea de los diodos emisores de luz o LED es muy grande, lo que les hace poco aptos para CATV. Dentro de los láseres tendremos varios tipos que se diferenciaran principalmente por el ancho de línea con que emiten la luz.. Pot.. Pot. Ancho de Línea Ancho Láser F-P. Ancho de Línea Estrecho Láser DFB. Fig.1.5 Ancho de Línea de un Láser Longitud de Onda 1.2.2 Receptores Ópticos. Longitud de Onda. Presentes, como hemos visto, en los nodos ópticos, también serán necesarios en la cabecera para recibir las señales del canal ascendente. Su función es la de convertir las señales ópticas que reciben en señales eléctricas, siendo la información de ambas señales equivalente. Fundamentalmente, un receptor óptico se compone de:. TRATAMIENTO ELECTRICO Entrada Eléctrica. ADAPTADOR. FOTODETECTOR. DEMODULADOR. Salida Óptica. Fig. 1.6 Diagrama de Bloques de un receptor óptico [1] En primer lugar, el adaptador se encarga de adaptar la señal luminosa de entrada al fotodetector para mejorar la detección en el mismo. El fotodetector es el que, en respuesta a los impulsos luminosos recibidos, genera señales eléctricas equivalentes. Se utilizan fundamentalmente dos tipos de fotodetectores, el fotodiodo PIN (Positive-Intrinsic-Negative) y el fotodiodo de avalancha (APD). El fotodiodo PIN trabaja bajo principios similares a los LEDs pero al revés, es decir, la luz es absorbida más que emitida, y los fotones se convierten en electrones en una. Propuesta de red HFC para el Hotel Estrella II Etapa. 11.

(19) Capítulo 1 Medios de Transmisión en redes CATV relación 1:1. Los fotodiodos PIN tienen muchas ventajas, incluido su coste y su fiabilidad, por lo que suelen usarse en aplicaciones de CATV. Los APDs son dispositivos similares a los fotodiodos PIN, pero su ganancia se obtiene a través de un proceso de amplificación. Un fotón actuando en el dispositivo libera muchos electrones. Por último, y en función de la modulación usada, tenemos un demodulador para recuperar la señal original. En ocasiones es conveniente utilizar un tratamiento electrónico de la salida del fotodetector, ya que es posible que esta salida no se adecue a las necesidades del demodulador. . Los receptores ópticos son elementos que se han beneficiado en gran medida de los avances en el campo de la fotónica en los últimos años. Por ello, son elementos relativamente baratos, ofreciendo una calidad muy alta. 1.2.3 Amplificadores Ópticos Existen en la actualidad dos tipos de amplificadores de fibra: los amplificadores de semiconductor y los amplificadores de fibra óptica. Se tienen dos ventajas básicas de los amplificadores de fibra óptica, respecto a los amplificadores convencionales, que han hecho que su uso sea más frecuente. En primer lugar, la potencia de suministro necesaria es mucho menor. En segundo lugar, la fibra óptica puede enrollarse fácilmente, ocupando poco volumen, lo que permite utilizar amplificadores muy largos, para conseguir la máxima ganancia compatible con la potencia de suministro utilizada.[4] Existen tres tipos básicos de amplificadores de fibra óptica: los de núcleo dopado con iones de tierras raras, los de difusión Brillouin estimulada y los de difusión Raman estimulada. El pequeñísimo ancho de banda de los amplificadores basados en efecto Brillouin y la considerable potencia de suministro necesaria en los amplificadores basados en efecto Raman, han hecho que se hayan dedicado esfuerzos mucho más considerables a la investigación y desarrollo de amplificadores de fibra dopada con tierras raras, y dentro de estos los de fibra de sílice dopada con erbio por su gran ganancia, ancho de banda y bajo ruido. 1.2.3.1 Amplificadores de Erbio (Erbium Doped Fiber Amplifier EDFA) Los EDFAs se basan en la utilización de iones de tierras raras como medio de ganancia. Estos iones se introducen en el interior del núcleo de las fibras durante el proceso de fabricación y posteriormente se bombean ópticamente para producir la ganancia. [4]. Propuesta de red HFC para el Hotel Estrella II Etapa. 12.

(20) Capítulo 1 Medios de Transmisión en redes CATV. Fig. 1.7 Esquema de un EDFA [5] Estos amplificadores son los que mejores prestaciones presentan: Por una parte, se consiguen hasta 50dB de ganancia (en régimen de baja señal de entrada), con potencias de bombeo moderadas (de varias decenas de mW). Por otra parte, la zona espectral en la que amplifican se encuentra típicamente en torno al intervalo que va desde 1530 a 1550nm, correspondiente a la tercera ventana, la cual tiene especial interés en CATV por la baja atenuación que presentan las fibras de sílice a estas longitudes de onda, logrando extender el alcance de estas redes a distancias superiores a los 150Km [5]. 1.3. Características de Transmisión de la Fibra. Para poder analizar las características de transmisión de la fibra óptica, es necesario profundizar en parámetros tales como: longitud de onda, atenuación, ancho de banda, Dispersión y Apertura numérica entre otros.. 1.3.1 Longitud de onda ( ) El comportamiento de los diferentes tipos de fibras varía con las longitudes de onda de las fuentes de luz utilizadas para la transmisión de la información. Típicamente la transmisión en la fibra óptica se realiza con fuentes de luz que tienen longitudes de onda de 850nm y 1300nm para fibras MM, utilizándose LED, mientras que para transmisiones con longitudes de onda de 1310nm a 1550nm las fuentes de luz son láser y las fibras del tipo SM. En la figura puede apreciarse los comportamientos de la variación de la atenuación con la longitud de onda y el por qué se escogen las “ventanas” anteriormente enunciadas.. Propuesta de red HFC para el Hotel Estrella II Etapa. 13.

(21) Capítulo 1 Medios de Transmisión en redes CATV. Fig.1. 8 Ventanas de longitud de onda. 1.3.2 Atenuación (ATT) La atenuación es producida por absorción de impurezas, los grandes radios de la fibra MM, distorsión en pequeña escala de los cristales de silicio, etc. La misma es expresada en dB/Km, de forma muy similar a los pares de cobre.. Fig. 1.9 Atenuación de una Típica Fibra Óptica hecha de Silicio. Propuesta de red HFC para el Hotel Estrella II Etapa. 14.

(22) Capítulo 1 Medios de Transmisión en redes CATV 1.3.3 Ancho de Banda Esta es una medida de la capacidad de transportar información y es típicamente expresado en MHz .Km. Vamos a ver que este parámetro, al igual que la atenuación es inversamente proporcional a la longitud o distancia. Este parámetro varía con el tipo de fibra y con la longitud de onda de la fuente de luz. Las fibras MM de diámetro 50/125 tiene mejor ancho de banda que las fibras MM 62.5/125. Sin embargo en el mundo solo tres países Alemania, Japón y Sudáfrica hicieron la inversión con 50/125, dado el costo superior de dicha fibra, y hoy no tienen dificultades con el empleo de la tecnología GigabitEthernet (1000Mbps). Por ejemplo una Fibra Óptica que tenga un ancho de banda de 500 MHz/Km, podrá perfectamente servir para GigabitEthernet hasta distancias de 500m (aproximadamente 1000MHz por 500m).. 1.3.4. Dispersión. El otro parámetro físico importante con respecto a la fibra es la dispersión. Éste es un fenómeno que se genera por la diferente velocidad de propagación de las distintas longitudes de onda dentro de una fibra. Es la tendencia natural a ramificarse o expandirse en diferentes longitudes de onda un pulso de luz a medida que viaja a través de la Fibra. Esto no solamente pasa dentro de una fibra óptica, sino en cualquier medio con la velocidad de la luz: sea cual fuere su longitud de onda, cambiando de medio la velocidad de propagación de onda es diferente. La dispersión provoca dos efectos, según el tipo de transmisión que se haga. Si es una transmisión digital, el problema es que si descomponemos el pulso en distintas frecuencias vamos a ver que hay partes del pulso que llegan antes que las otras; entonces se genera un ensanchamiento de los pulsos que nos limita la velocidad de transmisión. Tenemos así una doble limitación en el caso de los datos digitales, en donde se establece un balance entre la distancia de la que se puede transmitir y la velocidad de transmisión. En el caso de transmisiones analógicas sucede algo similar, también se establece un límite entre distancia y la información que se puede transmitir. Este tema de la dispersión es bastante complejo, porque en general no se lo toma en cuenta. El problema más grave es que esta dispersión se puede eliminar con la construcción de una fibra de una forma especial: así, con una disposición geométrica diferente podemos hacer que la fibra tenga dispersión nula para una determinada longitud de onda y las adyacencias. Las fibras que se utilizan normalmente están corregidas para tener dispersión nula para la longitud de onda que se utiliza normalmente. Cuando esa fibra se quiere utilizar en otra longitud de onda, nos encontramos con el. Propuesta de red HFC para el Hotel Estrella II Etapa. 15.

(23) Capítulo 1 Medios de Transmisión en redes CATV problema de la dispersión que en general no se toma en cuenta y hay que considerar que la distancia que podamos recorrer con este enlace va a estar limitada por la dispersión. En general está previsto que los enlaces normales que se puedan hacer en redes ya existentes no generan problemas; más allá de esto la dispersión provoca distorsiones tan graves de la señal que son inutilizables.. Fig. 1.10 Dispersión en la Fibra. -Dispersión Modal: Este es el primer factor limitante con la fibra óptica multimodo (MMF), debido a que cuando los modos o haces de luz se extienden a través de la fibra siguiendo diferentes ángulos, sus longitudes serán ligeramente diferentes y el resultado es que la luz toma menos tiempo para viajar en algunos modos y mas en otros, por lo que ocurre una dispersión por pulso de luz. [17] O sea que siguiendo diferentes trayectorias no arriban los pulsos en el mismo instante y en otros casos dos pulsos pueden solaparse, apareciendo como si fuera un solo pulso en el receptor. En cortas distancias esto no es problema, pero a distancias superiores a los 1000 metros, el pulso de luz se propaga de una forma tal que no es leído. -Dispersión Cromática: La misma es debido a que diferentes longitudes de onda viajen a diferentes velocidades a través de la fibra y provocan que los haces de luz arriben al receptor en diferentes longitudes de onda y cada una de ellas viaja a una velocidad diferente. Estas arriban al receptor en diferentes instantes de tiempo, provocando que el pulso transmitido se expanda. Este parámetro es más importante en las Fibras SMF y el mismo es proporcional a la distancia. [17]. Propuesta de red HFC para el Hotel Estrella II Etapa. 16.

(24) Capítulo 1 Medios de Transmisión en redes CATV A continuación se muestra como varia este parámetro en un cable SMF.. 1.3.5 Angulo de Aceptación El ángulo de aceptación de una fibra es expresado en términos de la Apertura Numérica (NA), la cual es definida como el seno de la mitad del ángulo de aceptación de la fibra. NA=sen alfa/2 Típicos valores de NA están entre 0.1 a 0.4, lo que corresponde a ángulos de aceptación entre 11 y 46 grados. Es importante señalar que las Fibras Ópticas solo transmiten la luz que entra en un ángulo que es igual o menor que el ángulo de aceptación para cada fibra en particular.. 1.4. Ventanas de Transmisión. La transmisión de información a través de fibras ópticas se realiza mediante la modulación (variación) de un haz de luz invisible al ojo humano, que en el espectro ("color" de la luz) se sitúa por debajo del infrarojo. Si bien es invisible al ojo humano, hay que evitar mirar directamente y de frente una fibra a la cual se le esté inyectando luz, puesto que puede dañar gravemente la visión. Las fibras ópticas presentan una menor atenuación (pérdida) en ciertas porciones del espectro lumínico, las cuales se denominan ventanas y corresponden a las siguientes longitudes de onda ( ), expresadas en nanómetros: Primera ventana. 800 a 900nm . Segunda ventana 1250 a 1350nm  Tercera ventana. utilizada. = 850nm. utilizada =. 1310nm. 1500 a 1600nm   utilizada = 1550nm. En la propagación de la luz sobre la fibra óptica aparecen principalmente dos efectos que degradan la calidad de la señal. El primero de ellos es la atenuación, debida a pérdidas básicas asociadas a la propia naturaleza o a imperfecciones de la fibra. El segundo es la dispersión, debida por una parte a la difusión de la luz al desplazarse dentro de la fibra (dispersión cromática) y por otra parte al efecto de tener diferentes. Propuesta de red HFC para el Hotel Estrella II Etapa. 17.

(25) Capítulo 1 Medios de Transmisión en redes CATV longitudes de onda desplazándose a diferentes velocidades (dispersión modal). Estudios de ambos parámetros llevaron a concluir que ambos efectos se minimizan en las ventanas de transmisión. ¾ La primera ventana se sitúa entorno a los 780 - 850nm de longitud de onda. En ella la atenuación es de unos 3,5 dB/Km y la dispersión es relativamente alta, lo que la convierte en una mala elección para enlaces largos. En CATV no se usa. ¾ La segunda ventana se sitúa en los 1310nm de longitud de onda, presentando una atenuación baja de unos 0,6 dB/Km y una dispersión prácticamente nula. Sus características la convierten en una elección muy atractiva para redes de cable HFC. ¾ La tercera ventana presenta la menor atenuación de todas, del orden de 0,3 dB/Km, pero alta dispersión, y se sitúa a una longitud de onda de 1550nm. Al existir fibras monomodo con dispersión desplazada se minimiza este efecto para la tercera ventana, también se usa esta ventana para sistemas CATV, pero siempre utilizando la fibra especial de dispersión desplazada.. Fig. 1.11 Ventanas de transmisión. Por tanto, en sistemas CATV, es normal encontrarse con sistemas que usan segunda ventana y tercera ventana, principalmente la primera de ellas. La razón de dicha elección es que en ellas la dispersión es mínima y como el ancho de banda disponible en una fibra óptica es inversamente proporcional a la dispersión, estas ventanas serán las que mayor ancho de banda proporcionen.. Propuesta de red HFC para el Hotel Estrella II Etapa. 18.

(26) Capítulo 1 Medios de Transmisión en redes CATV Como punto a tener en cuenta es el cuidado que se debe prestar para no exponer los ojos a la luz infrarroja no visible que corresponde a todas las longitudes de onda de transmisión de las ventanas. 1.5. Cable Coaxial. Básicamente, un cable coaxial consta de un conductor central rodeado por una capa de material no conductor llamado dieléctrico. El conjunto se encuentra cubierto por otro conductor, denominado conductor exterior. Tanto el conductor central como el exterior comparten un eje común, o lo que es lo mismo, son concéntricos. El conductor central, en esta configuración, será el elemento portador de la señal de radiofrecuencia y, en muchos casos, también de la energía eléctrica necesaria para la alimentación de diversos dispositivos de la red de distribución, como los amplificadores, o incluso de sistemas de abonados. Este conductor suele estar constituido por un núcleo central buen conductor recubierto por una película de material mejor conductor aun. Las combinaciones de conductores más usuales son núcleos de aluminio o acero recubiertos de cobre.. Fig. 1.12 Estructura del Cable Coaxial La primera de las configuraciones mencionadas, de aluminio y cobre, suele usarse en la red de distribución. La otra, de acero y cobre, se usa principalmente en la acometida de abonado por tener menor sección y mejores propiedades mecánicas para este fin. El conductor externo o cubierta cumple tanto la función de tierra o referencia para la señal y para una posible alimentación, como la de aislar las señales interiores de posibles captaciones externas y evitar que las señales internas salgan al exterior. Suele estar constituido por un conductor como cobre o aluminio trenzados o laminados, existiendo configuraciones mas complicadas que mejoran el aislamiento, pero que no se usan habitualmente. En cuanto al dieléctrico que separa estos conductores, las posibilidades de su composición son muy amplias. Así, existen cables que usan aire como dieléctrico (sin duda el más económico), manteniendo la separación entre conductores mediante. Propuesta de red HFC para el Hotel Estrella II Etapa. 19.

(27) Capítulo 1 Medios de Transmisión en redes CATV discos plásticos. Otra posibilidad es usar un dieléctrico sólido en todo el espacio entre conductores, normalmente polietileno inyectado con nitrógeno. Por ultimo, es usual encontrar cables coaxiales en los que parte del espacio entre conductores esta ocupado por un dieléctrico sólido y otra parte por el aire, siendo esta solución bastante común. Independientemente del tipo de estructura básica del coaxial, todos ellos suelen llevar sobre el conjunto descrito anteriormente una serie de materiales de protección que evitan el dañado del cable ante fenómenos externos. De esta forma, las protecciones más comunes son las anti-apilamiento, anti-corrosión, anti-roedores o protección ante perforaciones y roturas. Tanto la propia naturaleza del cable, como esta serie de sistemas de protección, hacen que cada coaxial presente una serie de parámetros mecánicos que limitaran sus condiciones de uso. Estos parámetros que suelen ser especificados por el fabricante, incluyen: radio mínimo de curvatura, radio mínimo de bobinado, peso total del cable por metro y resistencia a la tracción. En función de estos parámetros cada tipo de cable será apto o no para un determinado cableado. Otra característica fundamental de los cables coaxiales es la relación entre los diámetros del conductor interno y el externo, de la que dependerá en gran medida la atenuación del cable. Es decir, en función de las proporciones del coaxial, este será mas apto para su uso en determinadas zonas de la red CATV. En la siguiente tabla se puede ver el uso recomendado de cada tipo de cable en función de su diámetro exterior y de la atenuación introducida por el mismo a una frecuencia intermedia de 400 MHz. Será función del operador elegir el tipo de cable a usar en cada zona de la red CATV.. 1.5.1 Comportamiento eléctrico del coaxial 1.5.1.1. Resistencia del bucle. Aunque para la mayoría de los cálculos eléctricos de un coaxial, se supone que los conductores que lo forman son ideales, esto no es así en la realidad. Tanto el conductor externo como el interno presentan una determinada resistencia al paso de corriente, que se suele especificar en unidades de resistencia por unidad de longitud, para facilitar los cálculos de cada tramo de cable o vano. Lo más normal es que los fabricantes especifiquen para cada cable lo que se denomina resistencia de bucle o lazo, y que representa la resistencia conjunta que ofrecen el conductor exterior e interior, considerados como un bucle eléctrico. La posibilidad de disponer de este dato facilita en gran medida los cálculos de enlace de coaxial. Este parámetro se usa básicamente para calcular la alimentación necesaria de cada una de las líneas de distribución. Si se quiere calcular el voltaje necesario para alimentar una línea se usara la expresión:. Propuesta de red HFC para el Hotel Estrella II Etapa. 20.

(28) Capítulo 1 Medios de Transmisión en redes CATV. Longitud de * N0 de Amplificadores * 0.6 * Coaxial (Km) en Cascada (A/Amplificador). Rlazo (. = ). Voltaje (1.1) Necesario (V). En ella se considera un consumo medio por amplificador de 0.6A para su alimentación. El valor de la resistencia de bucle, además de ser función directa de los materiales con los que esta construido el cable, es inversamente proporcional a su diámetro exterior. Así, a mayores diámetros menor resistencia y a menores diámetros mayor resistencia, al igual que la atenuación.. 1.5.1.2. Efecto Pelicular. Eléctricamente, se puede caracterizar un cable coaxial mediante un circuito equivalente que incluya las resistencias e inductancias reales de los conductores internos y externo, así como la relación entre ambos, dada por una capacidad y una resistencia. Más o menos, un circuito equivalente para un tramo de coaxial tendría la siguiente forma:. Fig. 1.13 Circuito equivalente del cable coaxial Analizando este circuito se llega a la conclusión de que la impedancia del cable vendrá determinada por la expresión: Zcable =. (1.2). Donde f representa la frecuencia de trabajo. Al analizar esta expresión, se ve en primer lugar que cuando f=0, es decir, en corriente continua, la expresión se reduce a una relación de las resistencias de los conductores interno y externo. En este caso se obtiene la resistencia de lazo, ya comentada anteriormente. A bajas frecuencias se pude aproximar la impedancia del cable por la resistencia del bucle, hasta los 50Hz aproximadamente. A altas frecuencias, la corriente en el conductor central tiende a desplazarse hacia la superficie del mismo. Esto sucede porque para altas frecuencias la atenuación. Propuesta de red HFC para el Hotel Estrella II Etapa. 21.

(29) Capítulo 1 Medios de Transmisión en redes CATV introducida por el conductor aumenta al aumentar la resistencia. La corriente busca el paso de menor resistencia, y este es la superficie del conductor. Este efecto se denomina efecto pelicular y su consecuencia más apreciable es que a mayores frecuencias mayor atenuación introduce el coaxial. Por otra parte este efecto permite usar metales de baja calidad conductora recubiertos con películas de muy buenos conductores como conductor central, con lo que se reduce considerablemente el costo. 1.5.1.3 Impedancia Característica Otro parámetro muy importante en cable coaxial es la impedancia característica. Esta es la impedancia del cable al suponer ambos conductores perfectos. En coaxial su valor es de unos 75 ohm, como se puede comprobar despejando de la ecuación dada en el apartado anterior. La importancia de este parámetro se pondrá de manifiesto en los puntos siguientes. 1.5.1.4 Atenuación en Coaxiales Como ya se explico al abordar el efecto pelicular, la atenuación en un coaxial aumenta con la frecuencia. Esto es muy importante en sistemas CATV ya que se trabaja con un intervalo campo de frecuencias, algunas de ellas muy altas. Por tanto los amplificadores que se tengan a lo largo de las líneas de distribución tendrán que amplificar más las señales de frecuencias altas que las de frecuencias bajas, para compensar la mayor atenuación sufrida por las primeras en el coaxial. Si se conoce la atenuación introducida por el coaxial a una determinada frecuencia, se puede obtener la atenuación introducida por el mismo a otras frecuencias, de forma aproximada, aplicando la expresión: Atenuación a f2 = Atenuación a f1*. (1.3). Con f1 la frecuencia para la cual se conoce la atenuación y f2 la frecuencia para la cual se desea conocer la atenuación. Normalmente, los fabricantes especifican la atenuación introducida por el cable en un tramo de 100 metros del mismo para varias frecuencias, pudiendo usarse la ecuación anterior para caracterizar el comportamiento del coaxial en todo el espectro usado. También la temperatura de trabajo influye en gran medida sobre la atenuación introducida por el coaxial. Al aumentar la temperatura, la resistividad de los conductores aumenta solidariamente. Este aumento de resistividad se traduce en un aumento de las perdidas introducidas por el coaxial. La relación entre el incremento o decremento de temperatura y el aumento o disminución de la atenuación introducida es normalmente lineal y se estima que una variación de 5.6oC en la temperatura genera una variación en igual sentido del 1% en la atenuación. Para compensar este efecto, los amplificadores de recorrido de coaxial también estarán equipados con un. Propuesta de red HFC para el Hotel Estrella II Etapa. 22.

(30) Capítulo 1 Medios de Transmisión en redes CATV mecanismo de compensación dependiente de la temperatura, que variara la ganancia introducida en función de la misma.. Propuesta de red HFC para el Hotel Estrella II Etapa. 23.

(31) Capítulo 2: Redes HFC. Características.. Capítulo 2 : Redes HFC. Características. La necesidad de ofrecer mayores y mejores servicios, vuelve muy limitadas a las redes basadas solo en cable coaxial. Se reemplaza parte de la red Coaxial con Fibra óptica consiguiendo dos cosas, mayor capacidad (Servicios) y mayor alcance (Distancias). Las redes HFC, son redes de acceso cableadas terrestres, basadas en sistemas híbridos que combinan fibra óptica y cable coaxial. El primero es usado para el transporte de los contenidos y el coaxial para el cableado de acometida hasta los usuarios. Las redes CATV clásicas, poseen una topología de árbol, en donde a partir de un nodo de cabecera, se recopilan todos los canales (el origen de estos puede ser vía satélite, TAT. (Televisión. Analógica. Terrestre). y. TDT. (Televisión. Digital. Terrestre.),. transmisiones terrenales de microondas, redes de distribución de fibra óptica a transmitir a través de la red. Se ha conseguido gracias a la introducción de la fibra óptica en las redes CATV, la posibilidad de servicios interactivos, que precisan de una red donde la comunicación sea bidireccional y no solo la transmisión desde la cabecera hacia el usuario, permitiendo una mayor capacidad de transmisión. Así, las redes HFC han evolucionado a redes de banda ancha de larga distancia y alta capacidad. 2.1 Estructura General de un Sistema HFC. Se compone básicamente de cuatro partes: el head-end (cabecera), la red troncal, la red de distribución y la red de acometida de abonados.. Propuesta de red HFC para el Hotel Estrella II Etapa. 24.

(32) Capítulo 2: Redes HFC. Características. Fig. 2.1 Topología de una red HFC La Cabecera es el órgano central desde donde se gobierna todo el sistema. Es la encargada de monitorear y supervisar la red. Suele disponer de una serie de antenas que reciben los canales de TV y radio de diferentes sistemas de distribución (satélite, microondas,...), así como de enlaces con otras cabeceras o estudios de televisión y con redes de otro tipo que aporten información susceptible de ser distribuida a los abonados a través del sistema de cable. En el head-end se realizan además todo tipo de funciones de tarificación y de control de los servicios prestados. La Red troncal es la encargada de repartir la señal compuesta generada por la cabecera a todas las zonas de distribución que abarca la red de cable. El primer paso en la evolución de las redes clásicas todo-coaxial de CATV hacia las redes de telecomunicaciones por cable HFC consistió en sustituir las largas cascadas de amplificadores y el cable coaxial de la red troncal por enlaces punto a punto de fibra óptica. Posteriormente, debido a la penetración de la fibra en la red de cable la red troncal presenta generalmente una estructura en forma de anillos redundantes de fibra óptica que une a un grupo de nodos primarios. Se emplea tecnología SDH (Jerarquía Digital Síncrona), que permite construir redes basadas en ATM. En estos nodo ópticos es donde las señales descendentes (de la cabecera a usuario) pasan de óptico a eléctrico para continuar su camino hacia el hogar del abonado a través de la red de distribución de coaxial. En los sistemas bidireccionales, los nodos ópticos también se encargan de recibir las señales del canal de retorno o ascendentes (del abonado a la cabecera) para convertirlas en señales ópticas y transmitirlas a la cabecera. La red de distribución se compone de nodos secundarios, en los cuales las señales ópticas se convierten en señales eléctricas y se distribuyen a los hogares de los abonados a través de una estructura tipo bus coaxial. Tiene por misión multiplexar la información y adaptar el sistema de transporte a las características específicas del bucle de abonado. La red de acometida salva el último tramo del recorrido de las señales descendentes, desde la última desviación hasta la base de conexión de abonado.. 2.2 Parámetros de calidad en las redes hibridas fibra-coaxial. Actualmente, y ante la generalización de las redes HFC, es normal encontrarse redes troncales de fibra óptica. A continuación se indican algunas de las razones que hacen recomendable el uso de esta tecnología en CATV. ¾ Ofrece una mayor flexibilidad en el diseño de la red, ya que facilita la implantación de servicios bidireccionales. ¾ La fibra óptica es el medio de transmisión de mayor ancho de banda que existe en la actualidad, aunque tan solo se explota alrededor de un 1% de este.. Propuesta de red HFC para el Hotel Estrella II Etapa. 25.

(33) Capítulo 2: Redes HFC. Características. Actualmente la fibra es capaz de transmitir datos a velocidades del orden de los terabits por segundo (1012 bits/seg.).[16] ¾ No se ve afectada por señales externas de radiofrecuencia ni emite señales al exterior, evitando interferencias con otros sistemas. ¾ Reduce de forma apreciable el número de amplificadores en cascada necesarios para un buen funcionamiento del sistema, comparado con el coaxial. Esto es una gran ventaja, tanto por eliminar dispositivos susceptibles de fallos, como por que los amplificadores introducen ruido, y cuantos menos tengamos en cada línea, mejor. ¾ Presenta una atenuación muy pequeña, por lo que podemos construir vanos de gran longitud (hasta 20 Km). Estas son algunas de las razones principales que han llevado a los responsables de sistemas CATV a adoptar esta tecnología, principalmente en la red troncal, aunque no se descarta una implantación más profunda en el futuro. [8]. 2.3 Efectos no lineales en la Fibra Óptica. El gran atractivo que poseen los sistemas de comunicaciones ópticas se debe a la capacidad que poseen las fibras ópticas para transportar grandes cantidades de información sobre trayectos extensos sin utilizar repetidores. Todos los intentos realizados para utilizar al máximo las capacidades de las fibras ópticas se encontrarán limitados por las interacciones no lineales que se producen entre las portadoras ópticas que transportan la información y el medio de transmisión. Estas no linealidades de la fibra producen interferencia, distorsión y atenuación adicional sobre las señales que se propagan, conduciendo finalmente a degradaciones en el sistema. [18] Estos efectos pueden influir en la transmisión si la señal luminosa está por encima de cierto nivel umbral de densidad de potencia óptica ya que surgen modos cuyas componentes espectrales no estaban en la señal de entrada. Los más importantes tipos de efectos no lineales están estimulados por la Dispersión Brillouin, la Dispersión Raman Estimulada, la Mezcla de las Cuatro Ondas y la Modulación de Autofase (SPM). De estos tipos, la Modulación de Autofase es la más crítica en los Sistemas de CATV.. 2.3.1 Modulación de Autofase (SPM) La variación del índice de refracción de la fibra con la intensidad de la señal, provoca un cambio significativo en la fase de la señal óptica recibida, degradando así aquellos sistemas ópticos que empleen esquemas de modulación de fase. Este efecto se conoce como Modulación de Autofase (SPM).. Propuesta de red HFC para el Hotel Estrella II Etapa. 26.

(34) Capítulo 2: Redes HFC. Características. La SPM convierte las fluctuaciones de la potencia óptica de la señal contenida en un canal en fluctuaciones de fase de la propia señal. [19] La variación de la fase debido a la no linealidad del índice de refracción esta dado por: Sf=0.035Sp. (2.1). Donde: Sf - fluctuación rms de la fase en radianes. Sp - fluctuación rms de la potencia en mW. La dispersión de la fibra influye notablemente en la magnitud de la SPM, mientras mayor sea la dispersión cromática de la fibra, mayor será la SPM. Por otra parte, el diseño de las fibras contribuye a evitar la SPM, las fibras diseñadas con un área efectiva grande tienen un umbral alto de SPM. Hasta el momento, se han propuesto una gran cantidad de técnicas para compensar la dispersión cromática. Éstas incluyen el uso de fibras ecualizadoras, fibras de dispersión desplazada, o el empleo de redes de difracción (gratings). No obstante, la distorsión causada por SPM no puede compensarse con estas técnicas. Un método basado en la conjugación de la señal óptica y conocido con el nombre de OPC (optical phase conjugation) constituye un acercamiento alternativo a la compensación de los efectos negativos de la dispersión. Al mismo tiempo, se ha demostrado que OPC también cancela el efecto de la dispersión cromática en presencia de SPM. El método se basa en situar en mitad del enlace de fibra óptica un elemento que conjuga la señal (inversión espectral). Bajo ciertas hipótesis, la distorsión que sufre la señal durante el primer trayecto de fibra es compensada mediante la propagación por la segunda fibra gracias a la inversión de fase realizada por el dispositivo OPC. Una de las principales ventajas de la técnica OPC es que no depende de las características de la señal a transmitir: analógica o digital, modulación empleada, etc.. 2.4 Métodos de calidad de la señal en las transmisiones ópticas. Para evaluar la calidad de los sistemas ópticos se suele utilizar la relación portadora a ruido (Carrier-to-Noise, C/N) a la salida del fotodetector, la cual representa el cociente entre la potencia eléctrica de portadora del canal y la potencia eléctrica de ruido o distorsión, que cae dentro del ancho de banda del receptor. Este término, cuando es usado genéricamente, se puede referir tanto a la relación portadora a ruido o ruido de intermodulación. Los términos CNR y CIN son empleados para identificar más claramente la componente específica de ruido.. Propuesta de red HFC para el Hotel Estrella II Etapa. 27.

(35) Capítulo 2: Redes HFC. Características.. 2.4.1 Relación portadora a ruido (CNR) Como medida de calidad, un parámetro fundamental en los sistemas analógicos que emplean transmisión óptica es la relación portadora a ruido o CNR. Esta se define como el cociente entre la potencia de la señal eléctrica correspondiente al canal seleccionado (proporcional al cuadrado de su fotocorriente) y la potencia de ruido dentro de la banda de paso del receptor. [20]. Entonces la CNR se define como:. CNR =. I det. 2. ∑σ. 2 j. j. (2.2). Donde: las σj representan las fotocorrientes debidas a las diversas fuentes de ruido presentes en el sistema para un receptor sintonizado al canal k-ésimo y la Idet representa la fotocorriente media debida a la subportadora seleccionada. La corriente detectada, está relacionada linealmente con la potencia óptica a través de la responsividad R del fotodetector. Por tanto, se puede decir que la potencia eléctrica de la señal en el caso de idéntico índice de modulación viene dada por la sencilla relación:. m2(RPs )2 I = 2 2 det. (2.3). Donde: m: Índice de modulación. R: Responsividad del fotodetector. Ps: Potencia media transmitida por la fuente óptica. En esencia, puede observarse que la CNR total se obtiene invirtiendo la suma de las CNRs particulares de la señal con las diferentes fuentes de ruido por separado. Así, se tendrían términos de ruido debidos a ruido de intensidad relativo del Láser (Relative Intensity Noise, RIN), térmico, shot o emisión espontánea amplificada (Amplified Spontaneous Emission, ASE).. Propuesta de red HFC para el Hotel Estrella II Etapa. 28.