Equipos de Procesado y Distribución Rtv (Tema 4)

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EQUIPOS DE PROCESADO Y DISTRIBUCIÓN DE SEÑALES EN RTV Elementos pasivos de una red de distribución En las instalaciones de distribución de la televisión por cable se utilizan numerosos dispositivos que, sin alimentación externa, se encargan de distribuir correctamente las señales a través de las líneas de transmisión. A continuación se describen los diferentes elementos pasivos, sus funciones y su ámbito de aplicación.

Elementos pasivos en una red de distribución

• • • • • •

Conectores. Resistencia de carga terminal. Adaptador de impedancia. Atenuador. Toma de usuario. Derivador.

• • • • • •

Distribuidor o repartidor. Punto de acceso al usuario (PAU). Filtro. Ecualizador. Mezclador. Separador

1. Conectores Se utilizan para unir las líneas de transmisión con los diferentes equipos de procesado y distribución. En el ámbito de las instalaciones de recepción y distribución de señales de radio y televisión se emplean fundamentalmente tres tipos de conexiones: •

Conector IEC

• •

•

Conector • F •

•

Conexión por brida •

Tipos de conexiones Es un conector coaxial, por lo que dispone de un contacto central, que se conecta al hilo interior de la línea de transmisión. Está rodeado por un cilindro metálico, que se ensambla a la malla conductora del cable. Es el conector que llevan los televisores, así como los cables que los unen con la base de toma. Se conecta por simple presión y su diámetro es de 9,5mm. Dispone de un contacto central con una espiga más fina que la del conector IEC. Suele ejercer esta función el hilo central del cable, que asoma por la parte delantera del conector. La conexión de la masa se hace generalmente mediante un chasis roscado, aunque algunas versiones tienen un contacto de presión. El macho se monta en el cable, y la hembra está en las entradas y salidas de los equipos. Este tipo de conector se usa en algunos dispositivos de distribución de señales de televisión. El cable se conecta directamente, por lo que debe cortarse de modo que asome el conductor central unos 8mm por delante de la malla del cable. Para fijar el cable activo usaremos un tornillo (a veces se introduce simplemente por un orificio para hacer contacto), mientras que una brida con otro tornillo servirá para fijar el cable y conectar su malla

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2. Resistencia de carga terminal Los dispositivos de la Figura, van montados en los extremos de las líneas de distribución. El valor de las resistencias de carga debe ser igual al de la impedancia de la propia línea (75Ω). La mayoría de las terminaciones de línea estarán integradas en los elementos de distribución. Sin embargo, en algunos casos existirán salidas de derivadores o de amplificadores no usadas. Estas deberán ser cargadas adecuadamente para evitar reflexiones de la señal y la consecuente degradación de la calidad de la imagen transmitida.

3. Adaptador de impedancia Este dispositivo se usa para conectar dos equipos con impedancias diferentes sin degradar la señal. Para evitar pérdidas, suele incorporar un pequeño transformador. El adaptador de impedancia más utilizado es el de antena, que transforma los 300 Ω de impedancia de una antena dipolo doblado a los 75 Ω de la línea de distribución. En este caso, el circuito también adapta la impedancia balanceada de la antena (al ser un dispositivo de construcción simétrica, su impedancia se reparte de manera uniforme por los dos contactos de la alimentación) a un cable coaxial que, al tener la malla una superficie conductora superior a la del hilo central, presenta una distribución asimétrica de la impedancia. Es por este motivo por el que al transformador adaptador de impedancias se le conoce con el nombre de balun, derivado de los términos balanced-unbalanced.

4. Atenuador En algunos casos el nivel de la señal en un determinado punto puede resultar excesivo, por lo que se debe utilizar un elemento que introduzca un factor de pérdidas en la línea. Esta es la función del atenuador. Este dispositivo está formado habitualmente por un divisor resistivo que mantiene constantes las impedancias de entrada y salida. De esta manera disminuye la señal de entrada en una cantidad conocida. Existen atenuadores fijos o regulables, que pueden distinguirse por el margen de atenuación que pueden adoptar.

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5. Toma de usuario También llamada base de acceso terminal (BAT), es el punto de conexión de la línea hacia el equipo de usuario. Su función consiste en cargar la línea con la impedancia característica (75 Ω) y entregar la señal hacia el exterior. Según su aplicación, cabe citar los siguientes tipos de tomas:

•

Toma • puenteada

•

Toma • separadora

•

Toma de • paso

• Toma final •

Tipos de tomas Se utiliza en instalaciones por derivación, cuando la toma es sólo un elemento terminal. Consta sólo de uno o dos conectores IEC sobre un soporte mural. Es habitual que no disponga de adaptación de impedancia, ya que se considera que la línea quedará correctamente cargada cuando se conecte el cable al receptor de televisión, al tener éste su propia impedancia. Se usa para la transmisión conjunta de señales de radio y de televisión. Para disponer de salidas independientes para cada servicio, se incorporan dentro de la caja de toma los filtros, que separarán las informaciones. Estos filtros transmiten la señal de televisión terrestre a través de un conector macho, y la información de radio mediante un conector hembra, ambos del tipo normalizado IEC. Existe otra versión para instalaciones con distribución con señales de satélite que dispone de una salida que utiliza un conector F hembra. Se usa en las instalaciones en serie. Cuando un usuario precisa diferentes tomas de antena, puede realizarse el montaje llevando la señal de una a otra. En este caso se utilizan cajas de paso que incorporan un sistema de derivación, que extrae por el conector exterior una parte de la señal de entrada, mientras que el resto se halla disponible en un terminal de salida de línea interno. Es la caja final o terminal de una línea en una instalación con cajas de paso. Su construcción es similar a la anterior, si bien incorpora una resistencia de 75 Ω que sirve como carga de la línea principal.

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6. Derivador Es el elemento de distribución de señales por excelencia. Este dispositivo presenta entrada y salida de línea, entre las que se produce una pequeña pérdida de paso o de inserción, provocada por el hecho de intercalar el dispositivo. Entre estos terminales se incorpora un sistema que extrae una parte de la señal que transcurre por la línea, pudiendo disponer de ella por entre una y ocho salidas de derivación. La cantidad de señal que se deriva depende de la posición en la línea de distribución, de modo que cada usuario tendrá una señal disponible similar. Esto se traduce en dispositivos con diferentes pérdidas por derivación, que permiten obtener una red de distribución equilibrada. Estas dos atenuaciones pueden resultar modificadas con la frecuencia, por lo que el fabricante proporciona una tabla con la información correspondiente. Otra de las funciones principales de los derivadores es proporcionar un aislamiento adecuado entre la toma de usuario y la línea principal o el resto de los usuarios. Este aislamiento se valora con el parámetro de rechazo entre salidas. Este será mejor cuanto más grande sea su valor, medido en decibelios (dB). De modo similar a las cajas de paso, existen derivadores de paso (llamados también intermedios) o finales, donde la salida de línea se elimina al incorporar la carga terminal de línea en el interior. Hay una amplia variedad de derivadores, clasificados según la tecnología que emplean.

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Tipos de derivadores •

Derivador • resistivo

Derivador inductivo

Derivador directivo

Es el modelo más antiguo. Se utiliza un shunt formado por resistores para extraer la muestra de la salida de derivación. Su atenuación suele ser creciente con la frecuencia, factor que unido a la escasa separación entre salidas lo hacen poco aconsejable para la distribución de señales de las bandas altas de radiofrecuencia

•

Integra un pequeño transformador de radiofrecuencia, en el que los secundarios extraen la señal derivada. Con este sistema se minimizan las pérdidas y se mejoran los factores de pérdidas en alta frecuencia.

•

Funciona con acopladores direccionales. Derivan únicamente señal directa, evitando las interferencias provocadas por posibles reflexiones de ondas en la red principal. Como los inductivos, pueden diseñarse de forma que su atenuación sea menor en las bandas altas de frecuencia, ecualizando así la línea de distribución, que tiene una respuesta contraria

7. Distribuidor o repartidor Es un dispositivo con una entrada y entre dos y ocho salidas, como se muestra en la Figura. Mientras que el derivador sirve para separar una pequeña parte de la señal, y el resto permanece en la salida de línea, en un distribuidor no aparece esta salida de línea. Funciona de forma que la señal de entrada se reparte por las diferentes salidas. Aunque todas las salidas tienen la misma consideración, debido a su construcción, es posible que no tengan las mismas pérdidas de inserción. Por ello, no siempre hay la misma cantidad de señal en todas ellas.

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Al mismo tiempo que reparte la señal, un distribuidor presentará en cada uno de sus terminales la impedancia característica de la línea. A pesar de que suele ser pasivo, se pueden encontrar distribuidores que incorporan un amplificador de banda ancha con el fin de compensar la atenuación que introducen. 8. Punto de acceso al usuario Es el punto de conexión que se instala en el registro de terminación de red, situado en el interior de las viviendas. Según la norma ICT, a cada punto de acceso deben llegar dos cables desde la red de dispersión, de modo que el usuario pueda conectarse a la que desee. Para facilitar esta función, el PAU dispone de dos entradas: una de ellas se aplica a la salida, mientras que la otra se conecta a la carga que incorpora el dispositivo. Como la salida del PAU debe ser distribuida para dar servicio a las bases de toma instaladas en la vivienda, los fabricantes ofrecen puntos de acceso con distribuidor incorporado. Se puede elegir el modelo que sea adecuado según el número de salidas necesarias.

9. Filtro Es un elemento que discrimina las señales según su frecuencia, dejando pasar unas y bloqueando otras. Por ejemplo, puede limpiar una parte del espectro que transporta un cable facilitando la inserción de una nueva señal. Su uso también se aplica en la eliminación de una señal ajena que produce interferencias en una instalación. Según la función que realizan, existen cuatro tipos de filtros: Tipos de filtros

•

Permite el paso de las señales de frecuencia inferior a una de referencia, denominada frecuencia de corte.

•

Complementario al anterior, facilita el paso de señales de frecuencias superiores a la de corte.

filtro paso bajo

filtro paso alto 6

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• •

Se sintoniza a una frecuencia concreta. Deja pasar las señales cuyas frecuencias están próximas a ella, dentro de los límites marcados por su ancho de banda.

•

Elimina las señales de la frecuencia a la que está ajustado, afectando también a un ancho de banda determinado. Se les denomina trampas.

Filtro paso banda

•

filtro elimina banda

10. Ecualizador Es un dispositivo formado por varios filtros que permiten ajustar su frecuencia de trabajo y su ganancia de forma independiente. Cuando en una línea aparecen canales con niveles distintos, se deben compensar estas diferencias antes de amplificarlas conjuntamente o de entregar la señal al usuario. De esta manera se evitan intermodulaciones y la saturación de amplificadores. Los filtros separan las diferentes bandas o canales, y unos atenuadores regulan la cantidad de señal que deja pasar cada filtro. •

Los ecualizadores tienen dos aplicaciones fundamentales: En la entrada de un amplificador de banda ancha, regula el nivel de los distintos canales, consiguiendo que la amplificación se aplique sobre un conjunto de señales de potencia uniforme. 7

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•

En las líneas de transmisión de las redes de televisión por cable, donde se utilizan tiradas de gran longitud. En este caso su función es compensar las diferentes atenuaciones del cable, disminuyendo el nivel de las señales de frecuencia inferior.

11. Mezclador Es un dispositivo que une señales de diferentes fuentes para enviarlas por una única línea. De este modo, la señal aplicada a las diferentes entradas estará disponible en una única salida. Con el fin de limitar el margen de frecuencias por cada entrada, en ocasiones se usan mezcladores que incorporan filtros. Este tipo de mezcladores se emplean para unir las señales procedentes de antenas de diferente banda.

12. Separador También llamado desmezclador, es un elemento complementario del mezclador, y a veces es posible intercambiarlos invirtiendo los terminales de entrada y salida. Aunque podría confundirse con el distribuidor, su construcción difiere notablemente al ir asociado a menudo a filtros que separan la señal por frecuencia. En los siguientes casos será necesario el uso de separadores: • Cuando se desea separar los diferentes canales captados por una antena para amplificarlos de forma separada. • Si se quieren juntar señales de distintas frecuencias (televisión terrestre y por satélite) para llevarlas por un mismo cable al interior de la vivienda; en tal caso se deben separar para aplicarlas a los procesadores correspondientes a cada tipo de señal.

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Elementos activos de una red de distribución 1. Fuente de alimentación Proporciona la energía necesaria para que cualquier equipo activo pueda llevar a cabo la función para la que se ha diseñado. FUENTE ALIMENTACION

Existen dos tipos de fuentes de alimentación: Tipos de fuentes de alimentación Es la que se localiza dentro del propio equipo, integrada con el Fuente de resto del procesador. Es el caso de las centrales de banda ancha, en las que alimentación interna se dispone de un cable que permite conectarla directamente a la red Este tipo se encuentra en los equipos en los que no existe la toma de corriente en el punto de utilización del procesador (como en los Fuente de alimentación externa preamplificadores de caja de antena), o bien en los que la estructura modular del sistema exije que se disponga como un elemento más del equipo de cabecera (como los sistemas monocanales) Los parámetros fundamentales de una fuente de alimentación son: •

Tensión de salida. La tensión continua que entrega la fuente de alimentación debe coincidir con la tensión de alimentación de todos los elementos a los que suministra energía. Se mide en voltios (V).

•

Corriente máxima. Define la capacidad de suministro de potencia del equipo. Al elegir el alimentador se debe garantizar que el consumo total de los módulos que tiene conectados no exceda de la corriente máxima que el alimentador es capaz de proporcionar. Debemos saber….. Los alimentadores suelen permanecer en funcionamiento durante toda su vida útil. Por ello, es aconsejable no hacerlos trabajar al límite de sus posibilidades. Una buena costumbre es no sobrepasar el 80 % de su corriente máxima, lo que permitirá al equipo un funcionamiento holgado y garantizará una duración mayor. 9

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En las fuentes de alimentación de los sistemas monocanales, se pueden mencionar tres sistemas de distribución de la señal de alimentación: • La tensión de alimentación se conecta a través de un cable externo al primer amplificador, y de este sale otro cable hacia el siguiente. Para ello se utilizan dos terminales que incorporan los módulos para tal efecto. El negativo de la alimentación puede conectarse mediante uno de los conductores del cable múltiple o a través de la conexión al soporte común del sistema •

El bastidor de anclaje dispone de un sistema de interconexión trasero que suministra la energía al insertar los diferentes módulos.

•

Se integra la fuente de alimentación en la red de automezcla de la salida de los amplificadores y se distribuye por esta línea la tensión continua de alimentación. En el último amplificador se utiliza un elemento de bloqueo de continua, que evitará que la tensión de alimentación se propague por la red de distribución. Este bloqueo no es necesario en la salida del alimentador, ya que se halla integrado internamente

2. Amplificadores Son los elementos activos más utilizados. Su función consiste en elevar el nivel de la señal de entrada para compensar las pérdidas de la red y proporcionar en las tomas de usuario la cantidad de señal adecuada para una correcta recepción. La Tabla describe las características principales de los amplificadores. Parámetro

Definición

Unidad de medida

Es la diferencia entre el nivel de la señal de entrada y el de salida. Decibelios Indica la capacidad máxima del amplificador de aumentar la (dB) potencia de la señal de entrada. Megahercios Ancho de Define el margen de frecuencias en el que trabaja el equipo. (MHz) banda Nivel máximo Es el valor máximo de la tensión que el equipo puede proporcionar Microvoltio en la salida. (dBµV) de salida Todos los dispositivos activos generan un cierto nivel de ruido Decibelios Figura de eléctrico. Para mantener un buen nivel de calidad, el ruido (dB) ruido generado por el amplificador debe ser lo más bajo posible. Generalmente, los amplificadores incorporan un atenuador en la Decibelios Margen de entrada que funciona como un control de su ganancia. Este (dB) regulación parámetro determina el rango de variación de la ganancia. Muestra la corriente que absorbe el amplificador de la fuente de Miliamperios Consumo alimentación. (mA) Ganancia

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El siguiente esquema muestra los cinco tipos de amplificadores según su aplicación, que analizaremos a continuación

A. Preamplificadores Un preamplificador es un amplificador diseñado para procesar señales muy débiles, por lo que posee un factor de ruido muy pequeño. Se utiliza cuando la señal recibida por la antena debe hacer un recorrido largo hasta el amplificador o cuando el nivel recibido por aquella no es muy elevado. Los preamplificadores se instalan en la caja de antena, sustituyendo al adaptador de impedancia, o en el mástil que la soporta, puesto que para elevar la relación señal-ruido es importante tomar la señal directamente de la fuente que la recibe. El previo se alimenta a través de la propia línea de distribución. Cumple esta función un alimentador colocado en el interior del edificio, donde se dispone de red eléctrica, o el sistema de amplificación principal que se conectará a continuación. Ambos permiten enviar por la línea la tensión de alimentación necesaria para el funcionamiento del preamplificador.

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B Amplificador de mástil Son equipos que se instalan en el mástil, especialmente en instalaciones individuales. Hasta él llegan las líneas procedentes de las diferentes antenas, para lo que este disposi-tivo posee varias entradas independientes. Cada entrada posee un filtro que selecciona la gama de frecuencias que se procesará en las secciones del aparato. Una vez separadas, cada banda de frecuencias dispone de un atenuador, con el que se regula el nivel de señal que se aplicará al amplificador. En algunos casos solo se amplifican las señales recibidas en determinadas entradas, mientras que las otras se llevan directamente al mezclador de salida. Como los preamplificadores, los amplificadores de mástil se alimentan a través de la línea de bajada, por la que entregan las señales amplificadas. Suelen permitir el paso de la tensión de alimentación desde su salida hasta su entrada; usa esta función se usa cuando es necesaria la tensión continua para alimentar un preamplificador situado en la caja de antena.

En los modelos diseñados para poder conectar antenas de televisión por satélite, los amplificadores se comportan de forma «inteligente», ya que detectan cuándo el receptor de satélite está encendido; así permiten el paso de la tensión de alimentación y los comandos de control que este genera hasta la antena. Cuando el receptor de satélite está apagado, el amplificador de mástil usa su propia fuente de alimentación, situada en el interior del edificio.

C. Amplificadores de banda ancha Son dispositivos capaces de amplificar toda la gama de frecuencias utilizadas en televisión terrestre, desde 47 a 860 MHz. Según el modelo concreto, pueden emplear un único amplificador o uno para cada banda de trabajo (similar al amplificador de mástil).

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Según la aplicación, su aspecto y estructura interna pueden variar bastante. La Figura muestra los más habituales.

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D. Amplificadores monocanales Son amplificadores independientes que se usan para distribuir señales de televisión con los máximos parámetros de calidad.

El uso de amplificadores independientes para cada canal facilita el control exhaustivo de la ganancia de cada uno, así como el mantenimiento de la red de distribución libre de señales ajenas. Esto es posible porque se incorpora en cada amplificador un filtro paso banda muy selectivo, sintonizado al canal que se amplificará. El inconveniente reside en el elevado número de módulos que componen el sistema, por lo que el equipo de cabecera tiene mayor dimensión, además de un coste superior comparado con un amplificador de banda ancha. La Figura muestra una cabecera de amplificación monocanal.

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En los amplificadores monocanales aparece un parámetro nuevo: la selectividad o rechazo entre canales. El rechazo entre canales define la capacidad de bloquear señales que se encuentran próximas a la banda de trabajo del amplificador. Se expresa en decibelios (dB) y representa la atenuación de las señales de canales próximos (n + 1, n + 2) o de frecuencias próximas (± 8 MHz, ± 16 MHz).

La proliferación de televisiones locales y la implantación de servicios de televisión digital ha llevado a la eliminación de las directivas de asignación de frecuencias para servicios de televisión, donde se respetaban «huecos» de espectro entre canales para garantizar una correcta separación entre las señales. En la actualidad es habitual la existencia de servicios que se transmiten en canales adyacentes, lo que exige una tecnología más depurada en el amplificador. 15

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Los fabricantes han reaccionado ante esta nueva realidad ofreciendo amplificadores monocanales para canal adyacente . Las diferencias respecto del amplificador monocanal común radican en la mayor selectividad de los filtros, capaces de bloquear el paso de los canales superior e inferior al que se amplificará. Naturalmente, esta mejora tecnológica se traduce en un mayor coste del producto.

Debemos saber…. Uso de sistemas de amplificación En las grandes instalaciones de distribución por cable se utiliza una cabecera principal con amplificadores monocanales. Este método permite dotar a cada canal de la amplificación necesaria para que todos tengan un nivel adecuado en la salida. Si el sistema tiene que transportar canales adyacentes, se escogerán amplificadores de este tipo. Desde aquí pasan a la red de distribución. En esta se utilizan amplificadores de banda ancha cada cierta distancia para reamplificar la señal, asociados a filtros de ecualización para compensar las mayores pérdidas de los cables en altas frecuencias. 16

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E. Centrales programables Estos dispositivos representan uno de los últimos desarrollos en la amplificación. Integran la versatilidad de una cabecera con amplificadores monocanales y la sencillez de una central de banda ancha. Las características más destacables de las centrales programables son las siguientes:

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Debemos saber….. Heterodinación. Proceso de mezcla o «batido de frecuencias» que, a partir de dos señales independientes, permite obtener una tercera que es suma o resta de las anteriores.

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3. Conversor de canal Es un elemento activo que cambia la frecuencia original de un canal, permitiendo realizar una correcta asignación de los canales que se distribuyen por la red. Los conversores permiten modificar las frecuencias de la señal correspondiente a un canal, a través de un proceso de heterodinación. Para garantizar una elevada estabilidad de la frecuencia de salida, se utiliza un oscilador controlado a través de un bucle enclavado en fase (phace locked loop, PLL). La frecuencia de este oscilador es tal que, sumada o restada a la señal original (según se desee convertir a un canal superior o inferior), se ubica la información original en un nuevo canal de televisión. Si se desea completar el esquema de bloques de este dispositivo, se incorporarán dos filtros paso banda. El primero se sitúa a la entrada, para evitar que al mezclador lleguen señales diferentes al canal de entrada, a cuya frecuencia está sintonizado. La función del segundo filtro es evitar que salgan a la red de distribución señales no deseadas (producidas como resultado de la mezcla entre las dos frecuencias que intervienen en la conversión).

Banda Como norma general, en las bandas de VHF deberemos dejar un espacio de un canal por cada uno que utilizamos. En la banda III se pueden utilizar, por ejemplo, los canales impares. En el caso de UHF este espacio será de dos canales, por lo que si utilizamos el canal 49, el siguiente se podrá emplazar en el 52, ocupando el 55 el próximo programa.

I

III

IV-V

Canal 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 N (21 al 64) 65 al 69

Canales incompatibles 5,27,38,49,60 7,21,32,44,56 9,25,38,50 10,42 11,45 12,47 21,50 22,53 24,55 26,58 28,60 N+5 Ninguno

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4. Modulador Es el equipo encargado de transformar las señales de audio y vídeo originales, combinándolas con una señal portadora para situarlas en un canal de radiofrecuencia. El origen de una red de distribución no siempre es una antena que recibe señales de radiofrecuencia; también es posible una fuente de vídeo y audio procedente de una cámara, un estudio de televisión o, simplemente, un receptor de satélite. En estos casos disponemos de una señal de sonido en baja frecuencia, mientras que por otro cable llega la señal de vídeo compuesto (en banda base y aún sin modulación). Para integrarlo en la red de distribución, el programa debe pasar por un proceso de modulación. El técnico selecciona el canal de salida del modulador desde el frontal del equipo, en función del plan de asignación de frecuencias establecido para la red.

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5. Transmodulador COFDM/PAL Estos dispositivos surgieron con la llegada de los canales digitales y ofrecen una solución alternativa a la utilización de un receptor de televisión digital en cada televisor. Una vez montado en la cabecera de la instalación, el transmodulador sintoniza un canal multiplex de televisión digital terrestre, modulado en COFDM, y extrae de él el servicio de televisión digital deseado. Posteriormente, aplica las señales de audio y vídeo recibidas al modulador PAL que el aparato lleva incorporado; así se dispondrá en su salida del servicio de televisión digital deseado ya convertido en un canal analógico La aplicación principal se encuentra en instalaciones colectivas grandes en las que existe un gran número de receptores de televisión analógica y no se desean sustituir por televisores con TDT ni instalar receptores externos. En este caso, se puede montar una batería de transmoduladores que procesen esos servicios de televisión que nos interesan. Con los procesadores de señal y sus amplificadores correspondientes, los nuevos canales están listos para ser distribuidos por la red como canales analógicos y que cualquier televisor PAL puede recibir. Importante Como el conversor de canal, el modulador y el transmodulador incorporan señales nuevas en nuestra red de distribución, para evitar que los canales añadidos interfieran entre ellos o con los existentes en la instalación, debemos tomar las mismas precauciones a la hora de asignar el canal de salida.

6. Controlador de cabeceras En los procesadores convencionales, los ajustes de configuración se realizan utilizando uno de estos métodos: • Ajuste directo. La ganancia de los amplificadores se controla girando con un destornillador el regulador que incorpora cada módulo. También se ajustan de esta forma los elementos pasivos, como la frecuencia de los filtros o los atenuadores. • Ajuste por teclado local. Las centrales de amplificación programables suelen disponer de un pequeño teclado y un display, que permiten configurar los canales a amplificar o la ganancia de cada uno de ellos. • Ajuste por programador. Los equipos modulares complejos, como moduladores, conversores, transmoduladores, etc., se 21

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configuran conectando un programador (de aspecto similar a un mando a distancia), en cuya pantalla van apareciendo los parámetros de ajuste; estos se transfieren al equipo a través de un cable (como en la Figura) o por infrarrojos. En los sistemas más profesionales se puede optar por realizar la gestión remota de la instalación, sin necesidad de que el técnico actúe directamente sobre cada uno de los equipos. Para ello se utiliza el módulo de control de cabeceras.

Módulo de control de cabeceras La cabecera se controla a distancia con un módulo específico. Este elemento se conecta al bus de control del sistema y se convierte en el gestor de la información que fluye por el mismo. Así, a través de este bus de comunicaciones se puede, por ejemplo, ajustar la ganancia de cada amplificador, la frecuencia de los filtros de una central programable o los canales de entrada y de salida de un transmodulador. Una vez conectado el módulo de control, se configura con un programa específico instalado en el ordenador. Mediante este software se puede supervisar también el funcionamiento de los equipos e incluso medir el nivel de salida de la cabecera. Resulta por ello una gran ayuda en las labores de mantenimiento. El ordenador puede conectarse al puerto local del módulo de control, pero es en su capacidad de conexión remota donde reside la principal ventaja de estos sistemas. El modo de acceso depende de cada modelo (algunos necesitan un segundo módulo de comunicaciones anexo al de control).

Existe la posibilidad de poder gestionar la cabecera desde una red local, a través de Internet e incluso mediante la transmisión de datos de telefonía móvil (GSM/GPRS), pues algunos módulos incorporan funciones de servidor web y módem de telefonía fija y móvil. 22

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3. TELEVISIÓN VÍA SATÉLITE La señal de televisión se transmite por onda directa, es decir, que debe existir contacto visual entre el emisor y el receptor. Cuando en el camino existe un obstáculo, es necesario instalar un reemisor o repetidor, que recoge la señal procedente del emisor, la transforma a otra frecuencia, y la reenvía hacia el receptor. Así, para cubrir grandes distancias es necesaria la utilización de un gran número de reemisores, lo que encarece notablemente la instalación y aumenta la probabilidad de fallos en el sistema. La alternativa a este modo de transmisión se halla en la utilización de un satélite geoestacionario o geosincrono, que actuará como un repetidor situado a unos 36.000 km. de distancia del ecuador terrestre. Una órbita geoestacionaria es aquélla en la que el satélite gira a la misma velocidad angular que la Tierra, siendo así constante la posición relativa satélite-Tierra. Para conseguir este efecto sin tener que gastar grandes cantidades de combustible, se debe situar el satélite a una distancia tal que la fuerza de atracción de la Tierra (que tiende a hacerlo caer hacia ella) sea de la misma cantidad que la debida a la fuerza centrífuga, que tiene sentido opuesto. En esta situación, el satélite verá anuladas las fuerzas de acercamiento y alejamiento de la superficie terrestre, permaneciendo únicamente aquella que le hace continuar su giro sincronizado con el de la Tierra. La única energía que deberá aportar el satélite servirá para ubicarlo en su posición óptima, así como para corregir las derivas que se produzcan a largo plazo. Dentro de esta zona, de unos pocos kilómetros de anchura y denominada cinturón de Clarke, se colocan los diferentes satélites, en las posiciones orbitales definidas por la Conferencia Administrativa Mundial de las Radiocomunicaciones en 1.977, de acuerdo con la posición de los diferentes países respecto del meridiano de Creenwich. Los satélites españoles Hispasat se encuentran situados en una posición orbital de 30º Oeste. 23

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El satélite, actúa como repetidor de la señal recibida del centro emisor, y está formado básicamente por un módulo de servicio y un módulo de comunicaciones. El módulo de servicio proporciona la alimentación que mantiene al satélite en funcionamiento yen su posición orbital. El módulo de comunicaciones está formado básicamente por los transpondedores. Los transpondedores son los elementos de comunicaciones que se encargan de convertir la señal de un canal recibido de la banda de frecuencias de 14GHz (enlace ascendente) a la banda de 12GHz (enlace descendente) para enviarlos, previa amplificación, de vuelta a Tierra. Cada satélite está formado por varios transpondedores, donde cada uno procesa un canal; por ello, los canales de TV vía satélite también reciben el nombre de transpondedores. Las comunicaciones satélite se desarrollan principalmente en la banda de ondas centimétricas (SHF). Esta banda está dividida en subbandas, donde cada una de ellas está dedicada a un servicio de comunicaciones diferente. La principal sub-banda dedicada a los servicios de radiodifusión es la banda Ku, A su vez, la banda Ku para la distribución de la señal de TV se puede dividir de la siguiente forma: Banda DBS: 11,7 GHz a 12,5 GHz. Banda FSS: — Semibanda alta: 12,5 GHz a 12,75 GHz. — Semibanda baja: 10,7 GHz a 11,7 GHz. El nombre de estas bandas responde a razones históricas: • DBS (Direct Broadcast Satellite): Servicio de difusión por satélite a la vivienda, donde la cobertura está limitada a un país, con la posibilidad de transmitir un máximo de 5 canales por país. Se utiliza la polarización circular. • FSS (Fixed Satellite Service): Dedicado a servicios profesionales punto a punto y puntornultipunto sin limitación de cobertura ni número de canales. Se utiliza la polarización lineal. Como esta situación no respondía a las necesidades reales de los usuarios, las bandas utilizadas para el servicio fijo pasaron a ser utilizadas para el servicio de difusión de TV y el servicio DBS pasó a tener cobertura europea sin limitaciones de canales y con polarización lineal. Así, en general hablaremos de la banda alta y la banda baja. La banda alta se utilizó inicialmente para introducir los canales digitales y, aunque todavía existen muchos canales analógicos, se tiende a sustituirlos por digitales.

Polarización Para aumentar el número de canales que se pueden transmitir por cada una de estas bandas se recurre a la polarización. Las ondas electromagnéticas se caracterizan por tener una componente de campo eléctrico que se transmite siempre de forma perpendicular a una componente de campo magnético. En función de la posición relativa de las componentes de campo eléctrico, se pueden diferenciar distintas polarizaciones: 24

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•

Polarización lineal: que puede ser vertical u horizontal.

•

Polarización circular: que puede ser a izquierdas o a derechas.

La figura muestra el plano de frecuencias de un satélite, donde se observa cómo, al utilizar dos polarizaciones diferentes, aumenta la capacidad de transmisión, ya que se distribuye el doble de canales.

Los canales emitidos por un satélite pueden estar intercalados en frecuencia según la polarización (caso del ASTRA), o sin intercalar (caso del HISPASAT).

Posición orbital Como el satélite de comunicaciones es estacionario respecto a cualquier punto de la Tierra, se puede definir su posición orbital, de manera que, conocida ésta, es fácil la orientación de la antena receptora para recibir la señal que emite. La posición orbital de un satélite queda definida por las coordenadas geográficas del punto donde está posicionado, es decir, por su longitud y por su latitud. Como los satélites geoestaeionarios están situados sobre el ecuador (latitud 0º), su posición orbital queda definida simplemente por su longitud geográfica.

En esta tabla se muestra la posición orbital de algunos satélites comerciales.

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El criterio de signos utilizado para designar la posición orbital es • Oeste: signo negativo (—). • Este: signo positivo (+). Ventana orbital Los satélites geoestacionarios permanecen dentro de un determinado espacio denominado ventana orbital, del cual no pueden salirse ya que podrían producir interferencias en otros satélites e incluso colisiones con los satélites cercanos. El módulo de servicio del satélite se encarga de corregir la posición del satélite y mantenerlo siempre en su ventana orbital. Cada operador sitúa en la ventana orbital el conjunto de satélites que lo forman. Tipos de transpondedores Los transpondedores satélite pueden ser analógicos o digitales. Un transpondedor analógico sólo contiene información de un programa de televisión, aunque puede contener diferentes señales de audio asociadas. Los canales analógicos utilizan una modulación en FM. El ancho de banda típico de cada canal es de 27 MHz. Un transpondedor digital tiene asociado un número un número de programas variable, tipicamente de 6 a l0 programas con diferentes señales de audio asociadas a cada programa. La modulación utilizada para la transmisión de los canales digitales vía satélite es la modulación QPSK, utilizando el sistema DVB-S. El ancho de banda típico es de 32 MHz, aunque puede variar según el transpondedor. Potencia emitida por el satélite La información sobre la potencia emitida por un satélite se proporciona en términos de PIRE (Potencia Isotrópica Ra.diada Efectiva) y se mide en dBw. El PIRE es la relación entre la potencia radiada (PT) y la ganancia de la antena del satélite (GT):

Huella de cobertura Las antenas utilizadas por el satélite no son isotrópicas, de manera que la ganancia y, por lo tanto, el PIRE dependen de la zona de cobertura. En la práctica, el operador del satélite proporciona para cada zona de recepción la información sobre el PIRE mediante los mapas de cobertura. La figura muestra el mapa de cobertura de un satélite comercial.

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Esto influye en el diámetro de la antena de recepción, ya que la potencia recibida en cada zona es diferente. Debe tenerse en cuenta que, dentro del área de cobertura, a mayor distancia del centro disminuye la densidad de flujo, es decir, la señal será más débil. Esto supone que la ganancia de los sistemas de recepción será mayor cuanto más alejado se encuentre el satélite del centro del área de cobertura. Ecuación de transmisión La señal de satélite sufre una gran atenuación debido a la gran distancia que debe recorrer hasta la antena receptora. La potencia recibida en la antena receptora se puede evaluar mediante la ecuación de transmisión:

La expresión anterior expresada en términos de dBw resulta:

Donde el término FC designa un Factor de atenuación adicional que depende de las condiciones de la transmisión. Este Factor se utiliza para asegurar la correcta calidad de la señal y tiene en cuenta factores tales como el desapuntamiento de la antena o las condiciones climatológicas, como por ejemplo la lluvia. Generalmente se asocia a este factor una atenuación de 2 dB Atenuación del medio de transmisión El término

hace referencia a la atenuación que sufre la señal al atravesar el

medio de transmisión. Para una comunicación satélite típica de la banda Ku, este valor está comprendido aproximadamente entre 205 dB y 206 dB, para el enlace descendente. Podemos considerar este valor constante y de valor aproximado 205,5 dB sin cometer un error excesivo. La ecuación de transmisión puede expresarse a partir de la atenuación del medio de transmisión mediante la expresión siguiente: La potencia calculada mediante la ecuación de transmisión (PR) se corresponde con la señal de salida del reflector parabólico (Ci): PR = Ci La cantidad de potencia de una transmisión vía satélite se puede expresar de dos formas diferentes: Unidades de Parámetro Características medida Potencia isotrópica Término usado en referencia a la potencia que emite el dBW radiada equivalente satélite. Sus unidades son positivas para el margen de potencia de trabajo de los satélites (PIRE) Define la cantidad de señal que llega a la superficie dBW Densidad de flujo terrestre, por lo que sus unidades serán mucho más negativos pequeñas que las anteriores 27

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4. EQUIPAMIENTO DE LA TELEVISIÓN VÍA SATÉLITE Entre los equipos que se han analizado, encontramos muchos que procesan señales de satélite, bien porque su rango de frecuencias lo permite o porque disponen de circuitos específicos para este tipo de señales. Algunos de los materiales para red de distribución (distribuidores, derivadores, bases de toma, etc.) solo trabajan en las bandas de comunicaciones terrestres, mientras que otros modelos amplían su ancho de banda para procesar también señales de radio y televisión por satélite. Sin embargo, existen dispositivos específicos para este tipo de comunicaciones, con prestaciones y características propias. El equipamiento específico para la dispositivos: • Conversor de banda. • Sintonizador-receptor individual. • Rotor de antenas parabólicas. • Receptores colectivos de televisión por satélite analógicos.

TV vía satélite está formado por los siguientes • • • •

Transmoduladores. Procesadores de frecuencia intermedia. Conmutadores DISEqC. Multiconmutadores.

1. Conversor de banda En las unidades exteriores de recepción de televisión por satélite se emplea el conversor de bajo ruido [low noise converter (LNC), low noise blockconverter (LNB)]. Este dispositivo convierte la frecuencia de toda una banda, en lugar de un único canal. Se utiliza para rebajar la banda original que recibe la antena a unos valores que se puedan propagar a través de cable coaxial [frecuencia intermedia de satélite (FI)]. En la Figura podemos observar un conversor LNB universal.

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Para rebajar la frecuencia de las señales se utiliza un conversor fijo, cuyo valor es la diferencia entre las dos bandas. Puesto que el ancho de la banda original no coincide con el de la convertida, se utilizan varias subandas dentro de los márgenes indicados. Para seleccionar las frecuencias que se procesarán, los LNB pueden utilizar varias portadoras de conversión diferente en el oscilador local, cuyo valor se sitúa entre 9,75 y 10,6 GHz.

Según el tipo de instalación en el que se vaya a montar, utilizaremos uno de estos tipos de conversores: 29

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Tipo

Simple

Frecuencia del oscilador

10 GHz

Número de salidas

Aplicación

1 fija (H o V)

Instalaciones colectivas (antiguo)

Aspecto

Conversor simple.

Universal

L=9,75GHz. H=10,6GHz.

1 conmutable (HL, HH, VL, VH)

Instalaciones individuales

Conversor universal.

Universal L = 9,75 GHz. doble (twin) H = 10,6 GHz.

2 conmutables A=(HL, HH, VL, VH) B = (HL, HH, VL, VH)

Instalaciones individuales con dos usuarios Conversor universal doble.

Quattro

L = 9,75 GHz. H = 10,6 GHz .

4 fijas A = HL B = HH C = VL D = VH

Instalaciones colectivas

Conversor quattro.

Monoblock

L = 9,75 GHz H = 10,6 GHz

Instalaciones 1 conmutable Sat1=(HL, HH, VL, VH) individuales, dos satélites Sat2=(HL, HH, VL, VH)

Conversor monoblock

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2. Sintonizador receptor individual En las instalaciones receptoras de televisión vía satélite, la señal recibida por la antena presenta un formato diferente al de la televisión terrestre, debido al sistema de modulación, las frecuencias de trabajo, etc. Por ello, es necesario transformar la señal antes de llevarla hasta el receptor. En las instalaciones individuales se utiliza un receptor de sobremesa, que el usuario controla mediante un mando a distancia •

Las principales características de un sintonizador-receptor son: La función principal del equipo consiste en recibir las señales procedentes del satélite, que seleccionará un canal de entrada y lo procesará, obteniendo así la información del servicio deseado. Desde este equipo se generará la tensión de alimentación del conversor LNB, así como el tono de 22 kHz para seleccionar la frecuencia de su oscilador local.

•

El receptor también controlará la posición de la antena (si esta dispone de un rotor), generando los códigos de control necesarios.

•

La configuración de estos equipos es muy amigable, mediante un sistema de navegación por menús en pantalla. Durante la instalación, el sistema automatiza gran parte de las funciones, puesto que el equipo será utilizado por un usuario que no posee conocimientos técnicos.

•

La mayoría de los receptores individuales actuales se conectan al receptor de televisión mediante conexiones de audio y vídeo, bien sean analógicas (con conectores RCA o euroconector) o digitales, mediante conector HDMI. Sin embargo, algunos modelos incorporan un modulador, que genera un canal de televisión analógico en UHF con el servicio que esté seleccionado en cada momento.

3. Rotor de antenas parabólicas Este dispositivo, en instalaciones individuales, permite al usuario acceder a un gran número de satélites. El rotor facilita que la antena recorra el arco polar, apuntándose automáticamente al satélite que se desee en cada momento. Se instala entre el mástil y la propia antena, y se controla desde el receptor situado en el interior de la vivienda. Su funcionamiento es el siguiente: •

Cuando el usuario selecciona el servicio que desea ver, el receptor comprueba la posición de la antena en ese momento. Si es necesario, envía una orden al motor para que se ubique en la posición correspondiente al satélite deseado.

•

Las órdenes de giro (como la información del estado del rotor de la antena) se envían a través del propio cable de antena, utilizando generalmente los protocolos DiSEqC (digital satellite equipment control) o USALS.

•

Para ello, el rotor dispone de un conector de entrada y otro de salida, lo que permitirá insertarlo en la línea de transmisión que une el conversor LNB y el sintonizador-receptor.

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4. Receptores colectivos de TV por satélite analógicos Aunque la tendencia actual es que las transmisiones por satélite migren a formatos digitales, todavía existen operadores que utilizan canales analógicos. Los receptores colectivos se utilizan en instalaciones colectivas para procesar dichos canales. Estos receptores se integran en la estructura modular de la cabecera de la instalación y su aspecto es parecido al de un amplificador monocanal. En la Figura 4.44 se observan la estructura interna y sus conexiones.

Cada receptor sintonizará uno de los canales analógicos del satélite y lo demodulará. Una vez extraídas las informaciones de vídeo y audio, estas se aplican sobre un modulador PAL, que asigna para cada servicio un canal de salida en la banda de televisión terrestre. La salida del equipo se tendrá que mezclar con la del resto de los servicios de televisión, para llegar hasta los usuarios a través de la red de distribución del edificio. Para ajustar el equipo se conecta un programador externo, a través del cual el técnico definirá los parámetros de recepción, así como el canal de salida de cada uno de los módulos.

5. Transmoduladores Igual que en los receptores colectivos analógicos, existen dispositivos capaces de recibir señales de televisión digital por satélite y cambiar el tipo de modulación con el que llegan, convirtiéndolas a formatos de televisión terrestre. Estos receptores colectivos para televisión digital se denominan transmoduladores. Las principales transmoduladores son:

características

de

los

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•

La función del transmodulador es sintonizar un canal TV-SAT digital de la banda 950-2 150 MHz (modulado en QPSK) y seleccionar una de las emisoras de TV del múltiple recibido, demodulándolo.

•

Algunos modelos reciben únicamente los canales libres (denominados FTA, siglas de free to air), mientras que otros incorporan un puerto interfaz común, en el que se puede conectar un lector de tarjetas (CAM) para decodificar los servicios de pago

•

Una vez extraído el servicio deseado, a este se le aplicará un tipo de modulación diferente, para adaptarlo al medio de transmisión por el que se llevará hasta el usuario final.

Tipos de transmoduladores Según el proceso que se aplica al servicio seleccionado en la etapa de recepción, se pueden diferenciar tres tipos de transmoduladores: Características

Aplicaciones y usos •

• Transmodulador QPSK-PAL

•

Transmodulador QPSK-COFDM •

• Transmodulador QPSK-QAM

Convierte el programa elegido en un canal de televisión analógico, por lo que se puede distribuir para • su recepción por televisores analógicos convencionales

Este dispositivo (a diferencia de QPSK-PAL) no procesa un único • servicio, sino que afecta a todos los que se reciben desde el canal multiplex del satélite.

La digitalización de las señales de satélite se inició bastante antes del apagón analógico terrestre. Por ello se diseñó este equipo, cuya función era recibir programas digitales de satélite, con el fin de llevarlos en modo analógico a los usuarios de una instalación colectiva. Con este equipo se pueden añadir a los servicios terrestres (TDT) los de una plataforma digital por satélite.

Una vez extraída la trama de • transporte digital, este aparato la decodifica y modula en COFDM, siguiendo el estándar DVB-T de televisión digital terrestre.

Los servicios que originariamente son de pago se desencriptan en la cabecera y llegan a los usuarios como libres.

•

Se usa ampliamente en las cabeceras de distribución de los operadores de televisión por cable.

Transforma un servicio de televisión o todo un multiplex (según el modelo), modulándolo en QAM, el método empleado en • los sistemas de televisión por cable.

Hasta él llegan las señales de los diferentes servicios por satélite, y cambia su formato para adaptarlo a la red de cable que llegará hasta el usuario final.

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Estructura de un transmodulador QPSK-PAL 6. Procesadores de frecuencia intermedia Los procesadores de FI permiten seleccionar uno de los canales de la banda de frecuencia intermedia y reubicarlo en otra frecuencia dentro de la misma banda. Se usan en instalaciones que llevan por un mismo cable canales procedentes de varios satélites o de diferentes polarizaciones de un mismo satélite. En esta situación es habitual que coincida la frecuencia de dos (o más) canales procedentes de distintas fuentes. Si se juntan en el mismo cable aparecerán grandes interferencias que imposibilitarán la recepción. El sistema trabaja en el canal de radiofrecuencia, por lo que si la entrada se ajusta a un canal multiplex digital se cambiará la frecuencia de sintonización de todos los servicios que transporta. En realidad, es un conversor de frecuencias, diseñado para trabajar con señales de recepción de televisión por satélite. 7. Multiconmutadores Estos dispositivos, también llamados multiswitchers, se usan en instalaciones colectivas en las que se desea disponer de varios satélites (con las polarizaciones y bandas de trabajo de cada uno). En estos casos es necesario poner en la red de distribución todos los servicios simultáneamente para permitir que cada usuario tenga acceso en todo momento a cualquiera de ellos. Como el número de canales a distribuir crece enormemente, es necesario utilizar una red formada por un gran número de cables, puesto que los canales de los diferentes satélites comparten la misma banda de frecuencias. 34

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El aumento del número de líneas dificulta enormemente la distribución, ya que es imprescindible que cada toma de usuario tenga acceso a los canales recibidos por todos los cables. Los multiconmutadores enrutan a cada una de sus salidas la entrada que el usuario seleccione en cada momento. Existen dos tipos de multiconmutadores: autónomos y modulares.

A. Multiconmutadores autónomos Están diseñados para pequeñas instalaciones colectivas, con un máximo entre 4 y 16 usuarios, según el modelo. Son equipos compactos, que incluyen en una sola caja todos los elementos necesarios para hacer llegar al usuario la señal de satélite que en cada momento desee, además de los canales de televisión terrestre que anteriormente se habrán amplificado por separado. El equipo genera las tensiones de alimentación de los LNB, así como el tono de 22 kHz para conmutar la banda.

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B. Multiconmutadores modulares En las grandes instalaciones colectivas, los multiconmutadores se instalan en cada planta, dando lugar a una red de distribución compleja. Aunque el funcionamiento básico es el mismo que en los modelos compactos, se distinguen por la forma constructiva. Este tipo de equipos presenta estructura modular, que puede ampliarse conectando varios de ellos en cascada y así cubrir las necesidades de líneas a distribuir y de usuarios por planta.

8. Conmutadores DiSEqC Si en una instalación disponemos de más de una línea de acometida, podemos utilizar estos conmutadores para seleccionar cuál de ellas se conectará en cada momento al receptor del usuario. Son equipos con varias entradas (típicamente 2 o 4), que se conectan a los diferentes cables que llegan hasta él. Desde la unidad interior (el receptor de satélite del usuario), se podrá configurar para cada canal recibido la posición que desea configurar en el interior del conmutador, mediante el envío de códigos DiSEqC que este dispositivo es capaz de interpretar. En su única salida encontraremos la señal de la antena que hayamos seleccionado. Estos conmutadores se pueden utilizar cuando, en una instalación individual, se montan varios conversores en una misma antena, o incluso varias antenas apuntando a satélites diferentes. Así, cuando se seleccione un programa en el receptor de satélite, el sistema se conectará automáticamente al conversor por el cual esté llegando ese servicio. De hecho, los LNB monoblock de salida única incorporan en el interior uno de estos conmutadores, para poder seleccionar entre los dos conversores que incorpora en la misma caja. 36