construcción de un sistema de procesamiento de señales
TRANSCRIPT
Construcción de un sistema de procesamiento de señales satelitales y TDT estándar DVB-
T2 para laboratorio de telecomunicaciones de la Unipanamericana
INFORME DE PRESENTACIÓN TRABAJOS DE GRADO
2
Construcción de un sistema de procesamiento de señales satelitales y TDT estándar
DVB-T2 para laboratorio de telecomunicaciones de la Unipanamericana
Steven Boada Ruge
Edicsson Enrique Dimaté Solórzano
Freddy Cruz Mahecha
Fundación Universitaria Panamericana
Facultad de Ingeniería
Ingeniería de Telecomunicaciones
Bogotá, Colombia
27 Mayo 2015
3
Construcción de un sistema de procesamiento de señales satelitales y TDT estándar
DVB-T2 para laboratorio de telecomunicaciones de la Unipanamericana
Steven Boada Ruge
Edicsson Enrique Dimaté Solórzano
Freddy Cruz Mahecha
Proyecto de trabajo de grado presentado como requisito para optar al título de:
Ingeniero de telecomunicaciones
Director:
Ingeniero industrial Jesús David Romero
Línea de Investigación: Redes, Telemática y telecomunicaciones
Grupo de Investigación en Ingeniería de Sistemas GIIS
Fundación Universitaria Panamericana
Facultad de Ingeniería
Ingeniería de telecomunicaciones
Bogotá, Colombia
Mayo de 2015
4
Dedicatoria
A nuestras familias por el apoyo incondicional.
5
Agradecimientos
Agradecemos al señor Elvis Terraza, Gerente técnico de la empresa Cable Norte
Telecomunicaciones por el apoyo con el suministro de los equipos a un costo asequible
para el desarrollo del proyecto, de igual manera agradecemos el apoyo de los docentes del
Grupo de Investigación de Ingeniería de Sistemas GIIS, de la Fundación Universitaria
Panamericana, quienes siempre estuvieron prestos a brindarnos asesorías y orientaciones
pertinentes para el desarrollo del proyecto.
6
Declaración
Los autores certifican que el presente trabajo es de su autoría, para su elaboración se han
respetado las normas de citación tipo APA, de fuentes textuales y de parafraseo de la
misma forma que las cita de citas y se declara que ninguna copia textual supera las 400
palabras. Por tanto, no se ha incurrido en ninguna forma de plagio, ni por similitud ni por
identidad. Los autores son responsables del contenido y de los juicios y opiniones emitidas.
Se autoriza a los interesados a consultar y reproducir parcialmente el contenido del trabajo
de investigación titulado Construcción de un sistema de procesamiento de señales
satelitales y TDT estándar DVB-T2 para laboratorio de telecomunicaciones de la
Unipanamericana, siempre que se haga la respectiva cita bibliográfica que dé crédito al
trabajo, sus autores y otros.
Investigadores
Profesor: Jesús David Romero Estudiante: Steven Boada Ruge
Estudiante: Edicsson Enrique Dimaté Solórzano Estudiante: Freddy Cruz Mahecha
7
Resumen
Un sistema de procesamiento de señales satelitales y TDT estándar DVB-T2, brinda la
posibilidad de capturar diferentes tipos de señales de radiofrecuencia. Frecuentemente
utilizado para llevar señales de TV a zonas remotas y para ser enlazado a otras tecnologías
como redes HFC. Esta tecnología fue inicialmente utilizada por los operadores de televisión
por suscripción, ya que gracias a la captura de estas señales, nació esta clase de servicio de
TV que se extendió a servicios de internet por banda ancha y telefonía local. Con el sistema
acoplado al laboratorio de telecomunicaciones se contara con un apoyo físico a asignaturas
de los diferentes niveles y el estudiante tendrá acceso a los equipos que encontrará en el
campo laboral. El presente trabajo busca construir un sistema de recepción y procesamiento
de señales de radiofrecuencia, que permita reconocer y entender las tecnologías disponibles
en el mercado, además de fortalecer el proceso de formación de los estudiantes del
programa de Ingeniería de Telecomunicaciones de la Unipanamericana.
Palabras Claves
(1)Sistema, (2) Radiofrecuencia (3) Procesamiento de señales (4) Campo laboral
8
Abstract
A processing system satellite signals and DTT standard DVB-T2 gives us the ability to
capture different types of radio frequency signals. Often used to carry TV signals to remote
areas and to be linked to other technologies such as HFC networks. This technology was
initially used by operators of subscription television, and thanks to the capture of these
signals, born this kind of TV service that extended services broadband internet and local
phone. Coupled with the lab telecommunications system is counted on a physical support
subjects of different levels and the student will have access to equipment found in the
workplace. It is expected that, with this proposal, the engineering lab in
telecommunications Unipanamericana, expect a processing system and equipment such as
antennas, transmitter, receivers, modulators and combiners, which allows students to make
observations and create competition with this type of technology.
Keywords
(1)System, (2) Radio frequency (3) Signal processing (4) workplace
9
Tabla de contenido
1 Introducción ........................................................................................................ 19
2 Planteamiento de la pregunta problema ............................................................. 20
3 Justificación ........................................................................................................ 20
4 Objetivos ............................................................................................................ 22
4.1 Objetivo general .......................................................................................................... 22
4.2 Objetivos específicos .................................................................................................. 22
5 Marco de referencia ........................................................................................... 22
6 Marco Legal ........................................................................................................ 26
7 Método ............................................................................................................... 27
7.1 Registro bibliográfico ................................................................................................. 29
7.2 Características de la propuesta .................................................................................... 29
7.2.1 Desarrollo ............................................................................................................. 30
7.2.2 Recepción ............................................................................................................. 37
7.2.3 Medio de transmisión ........................................................................................... 40
7.2.4 Decodificación ..................................................................................................... 42
7.2.5 Modulación........................................................................................................... 43
7.2.6 Combinación ........................................................................................................ 45
7.2.7 Conversión RF a óptica ........................................................................................ 46
10
7.2.8 Conversión óptica a señal RF ............................................................................... 47
7.2.9 Presentación ......................................................................................................... 49
7.2.10 Medidor de Señales de radio frecuencia ............................................................ 50
8 Consideraciones éticas ...................................................................................... 52
9 Posibles riesgos y dificultades ............................................................................ 53
10 Cronograma de actividades .............................................................................. 55
11 Análisis ............................................................................................................. 57
11.1 Análisis estadísticos .................................................................................................. 57
11.2 Requerimientos ......................................................................................................... 68
11.2.1 Requerimientos técnicos: (para el grupo). .......................................................... 68
11.2.2 Requerimientos Tecnológicos (para el grupo) ................................................... 69
11.2.3 Requerimientos logísticos: (para la Unipanamericana) ..................................... 69
11.3 Tipo de prácticas que se pueden realizar con el sistema construido ......................... 70
12 Diseño .............................................................................................................. 72
12.1 Diseño antena yagi .................................................................................................... 72
12.2 Diseño antena offset .................................................................................................. 76
12.3 Diseño sistema de telecomunicaciones ..................................................................... 80
12.4 Esquema vertical ....................................................................................................... 82
11
12.5 Axonometrico ........................................................................................................... 83
13 Resultados y productos .................................................................................... 84
14 Impactos ........................................................................................................... 87
15 Capacidad del equipo ....................................................................................... 89
16 Presupuesto ..................................................................................................... 90
17 Conclusiones .................................................................................................... 93
18 Recomendaciones ............................................................................................ 95
19 Referencias ...................................................................................................... 98
20 Anexos. .......................................................................................................... 100
12
Tabla de ilustraciones
Ilustración 1 Patrón de radiación en arreglo de antenas, Vela (2003) .................................. 24
Ilustración 2 Topología Claro S.A. y UNE S.A. .................................................................. 31
Ilustración 3 Sistema de procesamiento de señal operadores (digital) ................................. 32
Ilustración 4 Sistema de procesamiento de señal operadores (digital 2) .............................. 33
Ilustración 5 Sistema de procesamiento de señal análogo .................................................... 34
Ilustración 6 Sistemas de operadores de TV satelital ........................................................... 35
Ilustración 7 Antena offset ................................................................................................... 35
Ilustración 8 sistemas de operadores TV satelital 2 ............................................................. 36
Ilustración 9 Patrón de radiación software Mmana-gal ........................................................ 37
Ilustración 10 parabola calculator......................................................................................... 39
Ilustración 11 Cable RG6 ..................................................................................................... 41
Ilustración 12 Receptor TDT DVB-2 ................................................................................... 42
Ilustración 13 Modulador Pico Macom 55 ........................................................................... 44
Ilustración 14Combinador Pico Macom 55 .......................................................................... 45
13
Ilustración 15 Transmisor óptico Scientific Atlanta ............................................................. 46
Ilustración 16 Receptor óptico .............................................................................................. 48
Ilustración 17 Visualización de multiplex en TV ................................................................. 49
Ilustración 18 Medidor de señales de radio frecuencia MSQ 900 QAM (JDSU) ................ 51
Ilustración 19 Cronograma de actividades ........................................................................... 56
Ilustración 20 estadística semestre actual ............................................................................. 57
Ilustración 21 estadística programa al que pertenece ........................................................... 58
Ilustración 22 estadística disponibilidad de los recursos físicos .......................................... 60
Ilustración 23 estadística equipos adecuados ....................................................................... 60
Ilustración 24 estadística estado físico de los equipos ......................................................... 60
Ilustración 25 estadística funcionalidad de los equipos........................................................ 61
Ilustración 26 estadística capacidad del laboratorio ............................................................. 61
Ilustración 27 estadística utilización de los equipos ............................................................. 61
Ilustración 28 estadística cantidad de horas practicas .......................................................... 62
Ilustración 29 estadística valoración general ........................................................................ 62
14
Ilustración 30 estadística proceso de modulación ................................................................ 64
Ilustración 31 estadística proceso de combinación............................................................... 64
Ilustración 32 estadística proceso de conversión RF a óptica .............................................. 65
Ilustración 33 estadística proceso de conversión óptica a RF ............................................. 65
Ilustración 34 estadística propiedades físicas de la fibra óptica ........................................... 65
Ilustración 35 estadística ajuste punto focal ......................................................................... 66
Ilustración 36 estadística capturar señales satelitales ........................................................... 66
Ilustración 37 estadística capturar señales TDT ................................................................... 66
Ilustración 38 estadística calibrar equipos activos ............................................................... 67
Ilustración 39 estadística reconoces señales ......................................................................... 67
Ilustración 40 estadística reconocer equipos físicamente ..................................................... 67
Ilustración 41 dimensiones antena yagi ................................................................................ 73
Ilustración 42 calculo antena yagi ........................................................................................ 74
Ilustración 43 patrón de radiación 3D .................................................................................. 75
Ilustración 44 Dimensiones antena offset simulador GRASP .............................................. 76
15
Ilustración 45 Imagen 3D paraboloide (GRASP) ................................................................. 76
Ilustración 46 Vista 2D patrón de radiación y caracterización de antena (GRASP) ............ 77
Ilustración 47 Dimensiones antena offset simulador Parabolic Calculators ........................ 77
Ilustración 48 Sistema parte 1 .............................................................................................. 81
Ilustración 49 Sistema parte 2 .............................................................................................. 81
Ilustración 50 esquema vertical ............................................................................................ 82
Ilustración 51 Axonometrico ................................................................................................ 83
Ilustración 52 antena yagi ..................................................................................................... 85
Ilustración 53 Antena offset ................................................................................................. 85
Ilustración 54 Sistema Funcionando .................................................................................... 86
Ilustración 55 sistema HFC .................................................................................................. 95
Ilustración 56 diseño sistema HFC ....................................................................................... 96
16
Índice de tablas
Tabla 1 Leyes aplicables, fuente: los autores ....................................................................... 27
Tabla 2 Técnicas e instrumentos de recolección de información, fuente: los autores.......... 28
Tabla 3 Ficha bibliográfica de consultas, fuente: los autores ............................................... 29
Tabla 4 Perdidas de cable coaxial RG6 ................................................................................ 41
Tabla 5 Características cable RG6........................................................................................ 42
Tabla 6 Características receptor DVB-2 ............................................................................... 43
Tabla 7 Características Modulador Pico Macom 55 ............................................................ 44
Tabla 8 Características Pico Macom 55 ............................................................................... 45
Tabla 9 Características Transmisor óptico Scientific Atlanta ............................................. 47
Tabla 10 Características Receptor óptico ........................................................................... 48
Tabla 11 Características de tv para visualización de multiplex........................................... 50
Tabla 12 Características Medidor de señales de radio frecuencia MSQ 900 QAM (JDSU) 51
Tabla 13 Probabilidad de ocurrencia .................................................................................... 53
Tabla 14 Impacto del evento ................................................................................................ 53
17
Tabla 15 Matriz probabilidad vs impacto ............................................................................. 54
Tabla 16 Clasificación puntaje matriz probabilidad vs impacto .......................................... 54
Tabla 17 Definición de riesgos ............................................................................................. 55
Tabla 18 características principales componentes ................................................................ 84
Tabla 19 Tipología de productos según Colciencias ............................................................ 86
Tabla 20 impactos esperados ................................................................................................ 88
Tabla 21 Integrantes y roles.................................................................................................. 89
Tabla 22 presupuesto 1 ......................................................................................................... 90
Tabla 23 presupuesto 2 ......................................................................................................... 90
Tabla 24 presupuesto 3 ......................................................................................................... 90
Tabla 25 presupuesto 4 ......................................................................................................... 91
Tabla 26 presupuesto 5 ......................................................................................................... 91
Tabla 27 presupuesto 6 ......................................................................................................... 92
18
Índice de ecuaciones
Ecuación 1 ............................................................................................................................ 38
Ecuación 2 ............................................................................................................................ 38
Ecuación 3 ............................................................................................................................ 38
Ecuación 4 ............................................................................................................................ 40
Ecuación 5 ............................................................................................................................ 40
Ecuación 6 ............................................................................................................................ 40
Ecuación 7 ............................................................................................................................ 40
Ecuación 8 calculo dipolo..................................................................................................... 73
Ecuación 9 calculo reflector ................................................................................................. 73
Ecuación 10 calculo director ................................................................................................ 73
19
1 Introducción
En el presente documento, se propone construir un sistema de procesamiento de señales
satelitales y de TDT en el estándar DVB-T2, que contará con equipos de procesamiento de
señal como decodificadores, moduladores, combinador, transmisor óptico y receptor óptico.
Por medio de una antena yagi-uda se recepciona señales TDT y utilizando una antena off-
set se recepciona señales satelitales (TV), las señales capturadas serán decodificadas y
luego moduladas independientemente para ser transmitidas por canales específicos, estas
señales serán combinadas en un solo medio y transformados a haces de luz para cambiar de
señal RF a fibra óptica, una vez convertidos en haz de luz se realiza nuevamente conversión
a RF para ser visualizados en un televisor de pruebas o en un medidor de señales de radio
frecuencia.
Con este sistema se busca brindar un espacio en el que con el desarrollo de las prácticas
académicas, los estudiantes de ingeniería de telecomunicaciones puedan tener un contacto
directo con las tecnologías que se encontraran en su ejercicio profesional, como
complemento de los ejercicios de simulación que se puedan desarrollar en el aula de clase,
para esto se realizara la identificación de las tecnologías utilizadas en empresas como Claro
S.A, UNE S.A entre otros, con lo cual se espera fortalecer las capacidades de los
Ingenieros de Telecomunicaciones de la Unipanamericana.
20
2 Planteamiento de la pregunta problema
En el mercado laboral actual, se encuentran varios operadores de telecomunicaciones que
manejan tecnologías que en su etapa inicial capturan estas señales, las procesan y en su
etapa final la transportan hasta el usuario. Los estudiantes actualmente no encuentran en
instituciones universitarias equipos similares a los utilizados en los sistemas de
procesamiento de los operadores, estos estudiantes con el propósito de conocer el
procesamiento de señales de Televisión Digital Terrestre (TDT) y satelital, necesitan
equipamiento para captar las señales presentes en el espectro electromagnético y
procesarlas a través de diferentes etapas como recepción, decodificación, modulación,
combinación, transmisión y así obtener las bases necesarias para el manejo de estos
sistemas en cualquier empresa del sector con tecnología igual o similar, ampliando así su
campo de acción en el medio laboral. Partiendo de ésta situación, el presente trabajo busca
abordar la problemática de ¿Cuáles son las características de un sistema de procesamiento
de señales satelitales y TDT estándar DVB-T2, que sirva como apoyo académico a los
estudiantes de Ingeniería de Telecomunicaciones de la Unipanamericana u otras
instituciones educativas?
3 Justificación
Hoy en día el mercado laboral exige al ingeniero de telecomunicaciones tener las
competencias necesarias para enfrentar toda clase de tecnologías, una de ellas los sistemas
de procesamiento análogo/digital y digital/análogo, como el utilizado actualmente en las
empresas prestadoras de servicios por suscripción. Se propone crear un sistema de
21
procesamiento de señales satelitales y TDT que permita apoyar el desarrollo de los
laboratorios y prácticas de las diferentes materias del programa de ingeniería de
telecomunicaciones, tecnología en gestión de redes de telecomunicaciones y tecnología en
gestión y configuración de redes de telecomunicaciones, brindando la posibilidad de
realizar las pruebas directamente con la tecnología, colocando a disposición de la
Unipanamericana un sistema de procesamiento en el cual se puedan realizar prácticas de
manera presencial, permitirá aportar al conocimiento de los futuros ingenieros al poder
interactuar con equipos y componentes de este tipo de sistemas. Con el desarrollo del
presente proyecto el estudiante puede comprobar las teorías generadas en los simuladores,
llevarlas a casos reales y realizar pruebas con los equipos del sistema construido. Ejemplo:
1. Calculo de distancia focal antena offset y direccionamiento de esta a un satélite
(Amazonas). 2. Medición de decibelios (dB) y decibelios micro voltios (dBμv),
constelaciones y modulación QAM, señal a ruido (c/n). 3. Calibración de un modulador.
4. Configuración de medidor de señal de radio frecuencia para escaneo de frecuencias
análogas y digitales. 5. Combinación de señales.
Con el fin de identificar las variables que afectan el aprendizaje de los sistemas de
procesamiento de señales, en este caso satelitales y TDT estándar DVB-T2 se aplicará una
encuesta basada en la escala de Lickert, para medir la satisfacción de los estudiantes de una
población escogida con el desarrollo de prácticas actualmente y uso del laboratorio de
telecomunicaciones de la universidad, igualmente se busca medir el nivel de conocimiento
de los estudiantes sobre la tecnología, equipos y proceso que se puede encontrar en el
sistema de procesamiento de señales a construir.
22
4 Objetivos
4.1 Objetivo general
Construir un sistema de procesamiento de señales satelitales y TDT estándar DVB-T2, que
sirva como apoyo académico al laboratorio de telecomunicaciones de la Unipanamericana.
4.2 Objetivos específicos
1. Describir el proceso de transformación de la señal de radio frecuencia, desde el espacio
libre hasta el usuario final.
2. Identificar los componentes de un sistema de procesamiento que permita la recepción de
señales satelitales (Canales extranjeros) y de VHF (Canales análogos) y UHF (TDT).
3. Identificar las tecnologías para el procesamiento de señales utilizadas en las principales
empresas de telecomunicaciones de Bogotá.
5 Marco de referencia
Desde el año 2011, la Universidad Santo Tomas ha actualizado sus laboratorios y equipos
como: Analizador de espectro portátil, laboratorio de televisión digital terrestre y equipos
de transporte óptico, de esta manera complementan los equipos existentes en los
laboratorios de antenas y comunicaciones ópticas (entre otros), lo cual brinda una mejora
notable en el desarrollo académico de los estudiantes y contribuye en la formación integral
del ingeniero de telecomunicaciones. Estos laboratorios son complementados con software
23
de simulación en sistemas de telecomunicaciones. (Universidad Santo Tomas (Bogota),
2012).
También a nivel educativo, Jiménez Vivanco (2010) en su trabajo titulado “Estudio y
diseño de factibilidad para la implementación de un laboratorio de procesamiento de
señales y simulación para la Universidad Politécnica Salesiana Sede Cuenca (Ecuador)”,
define el procesamiento de señales como “un área de la Ingeniería Electrónica que se
concentra en la representación, transformación y manipulación de señales y de la
información que ellas contienen” y un sistema de procesamiento como cualquier elemento
que reciba un tipo de señal y entregue esta transformada en otro, plantea la posibilidad de la
implementación de un sistema de procesamiento de señales de frecuencias entregadas por
un generador como apoyo académico al programa de esta universidad. Las señales a
procesar son generadas de manera artificial, por la emisión de un canal de televisión y si
bien, este trabajo está más enfocado a la electrónica, entrega un punto de partida y
comparación para la aplicación del sistema de procesamiento construido en el presente
proyecto, en el trabajo en referencia, el autor propone una lista de materias en las cuales se
puede aplicar el sistema de procesamiento diseñado como son: Circuitos eléctricos I y II,
Electrónica analógica I y II, Electrónica digital, Automatización industrial I y II, Señales y
sistemas, Sistemas microprocesados I y II, Procesamiento digital de señales,
Comunicaciones I y II, Comunicaciones digitales, Redes inalámbricas, Inteligencia
artificial I y II.
Además de esto, revisados los antecedentes existentes en relación al diseño de antenas, se
encuentra la teoría expuesta por Vela (2003) en su artículo “Comparación analítica de
24
arreglos de antenas Yagi por los métodos de momentos y multiplicación de patrones”,
describe como construir un arreglo de antenas yagi aplicando dichos métodos, para así
mejorar los parámetros del arreglo de antenas tales como ganancia, directividad,
impedancia y patrón de radiación entre otros, así conseguir capturar un rango más amplio
de señales. Allí también demostraron los autores que teniendo un arreglo con tres antenas
Yagi y si estas cuentan con más elementos en su construcción los resultados mejoraran, así
se puede observar en la ilustración 1, los cambios en los patrones de radiación en las
antenas que componen el arreglo.
Ilustración 1 Patrón de radiación en arreglo de antenas, Vela (2003)
Vela (2013), además expone una serie de programas que aplican el método de los
momentos, en su análisis interno, lo que será de utilidad para realizar los diseños y demás
análisis para las antenas a construir, estos son: Mmana-gal versión V.3.0.0.25, programa
utilizado para diseñar y realizar análisis de antenas, libre, creado por Alexandr Schewelev,
25
Igor Goncharenko y Makoto Mori, tiene una versión pro de paga que se llama Gal-Ana;
para las necesidades del presente proyecto con la versión básica es suficiente, requiere
sistema operativo normal, funciona bajo Windows 8 y versiones anteriores, no requiere
potentes procesadores. Utiliza el método de los momentos para su análisis interno y está
adaptado para antenas con conductores rectilíneos, como la tipo Yagi que se utiliza en el
presente proyecto para la toma de señales TDT. Basados en Zuniga (2014), este programa
brinda todas las herramientas para realizar el diseño de la antena requerida, brinda la
posibilidad de introducir los parámetros mínimos para la captura de señales TDT y se
obtiene el esquema final con dimensiones de los diferentes elementos que componen la
antena, se obtiene, al final, la mejor herramienta para el diseño de la antena. Parabola
Calculator 2.0, programa gratuito que inicialmente fue construido para el diseño de
colectores solares o proyecto wifi con antenas parabólicas. Tiene la posibilidad de calcular
la distancia focal y dimensiones de la antena parabólica de cualquier tamaño. Al igual que
el Mmana-Gal, puede ser instalado en versiones de Windows 8 hacia atrás y el procesador
no debe ser necesariamente robusto. Con él, se calculan las dimensiones de la antena offset,
según la banda de satélite que se quiere capturar. Tal vez la distancia más importante que se
obtiene de este programa, es la distancia focal, la cual debe ser aplicada al pie de la letra
para obtener los mejores resultados.
Para el diseño de la antena offset, también se utiliza el programa GRASP 10.2.0. Es el
programa utilizado por la industria satelital que por medio de algoritmos y aplicando
método del momento, para su desarrollo se conto con la colaboración de la Agencia
Espacial Europea (ESA), disponible para ser instalado en sistemas operativos como Linux y
26
Windows en todas sus versiones, cuenta con una versión libre llamada Student Edition. En
esta última versión se introdujeron mejoras como la interfaz gráfica de usuario, haciéndolo
más amigable. Con él se comprueban características de la antena offset simulada y diseñada
mediante el programa Parábola Calculator, se obtienen análisis como el patrón de radiación
y vistas de diferentes perspectivas del paraboloide simulado.
Estas antenas construidas permiten la captura o toma de señales para cada uno de los
sistemas. Inicialmente para el sistema de señal TDT, se debe tener en cuenta que el
gobierno colombiano escogió el estándar europeo DVB-T2, actualmente es utilizado en 146
países y al ser público no tiene ninguna restricción para su captura, si esta señal llegare a
ser comercializada, se está sujeto a sanciones, como se aclara en el marco legal más
adelante.
Para las señales de satélite, se obtiene señal de canales FTA o Free To Air, los cuales no
tienen ninguna restricción pero si está sujeto a que no se pueda comercializar su señal, igual
que la señal TDT. La captura de estos canales de TV y de radio es completamente libre y
solo es necesario tener los equipos adecuados.
6 Marco Legal
Teniendo en cuenta las regulaciones del gobierno frente a los parámetros que deben ser
garantizados a un usuario final y a la captura y retransmisión de señales satelitales y TDT
es necesario tener en cuenta que el sistema garantiza los niveles estipulados por la ANTV y
que recepcionar señales de este tipo es legal siempre y cuando estas señales no sean
retransmitidas a un área geográfica especifica, teniendo en cuenta que si bien estas señales
27
se procesan y el sistema tiene la capacidad de retransmitirlas a aéreas geográficas, el
laboratorio es construido únicamente con fines académicos por lo cual la señal no va a ser
repartida a ningún usuario especifico.(ANTV, 2015).
Tabla 1 Leyes aplicables, fuente: los autores
7 Método
Tipo de investigación: Proyectiva.
Se desarrolla un tipo de investigación proyectiva, dado que busca dar solución a una
necesidad de tipo práctico construyendo un sistema de procesamiento de señales que apoye
el proceso de formación de los Ingenieros en Telecomunicaciones en la Unipanamericana.
Se evidencia que el laboratorio de telecomunicaciones de la Unipanamericana carece de
sistemas como este que sean similares a la infraestructura de procesamiento que
actualmente se utilizan en las grandes empresas de telecomunicaciones en Bogotá, por lo
cual se plantea la construcción de un sistema de procesamiento de señales satelitales y TDT
legislación Autoridad formal Observaciones
Acuerdo 10 del 2006Autoridad Nacional de
Televisión (ANTV)
Define los parámetros técnicos que los
cable operadores deben garantizar a un
usuario final
Concepto de la ANTV frente a la
recepción y distribución de
señales satelitales y uso de
equipos y/o sistemas
tecnológicos con capacidad para
descifrar señales satelitales sin
autorización
Autoridad Nacional de
Televisión (ANTV)
Define los usos de las señales satelitales
incidentes y señales TDT y regulaciones
de equipos FTA
28
que sirva como apoyo académico al laboratorio de telecomunicaciones de la
Unipanamericana.
Para generar soluciones al problema descrito se plantea la posibilidad de construir un
sistema que se asemeje a cada una de las etapas por las que pasan las señales en las grandes
empresas de telecomunicaciones, pero por limitantes de presupuesto el sistema a construir
abarca la recepción de señales y su transmisión de tipo análoga dejando para futuras etapas
del proyecto la transmisión de tipo digital y sus respectivas mediciones digitales,
implementando equipos activos externos como amplificadores y taps, y la implementación
de redes de fibra óptica GPON.
Tabla 2 Técnicas e instrumentos de recolección de información, fuente: los autores
Técnica Instrumento Fuente de información
Encuesta Cuestionario Estudiantes
Revisión documental Ficha de registro Bases de datos, páginas web
Población: Estudiantes activos de los programas de Ingeniería de Telecomunicaciones,
Tecnología en gestión y configuración de redes de telecomunicaciones y Tecnología en
gestión de redes de telecomunicaciones de la Fundación Universitaria Panamericana que
hayan cursado materias prácticas en el laboratorio de telecomunicaciones.
Total Población: 260 estudiantes.
29
7.1 Registro bibliográfico
(Ver anexo 4, ficha Excel 6.0)
Tabla 3 Ficha bibliográfica de consultas, fuente: los autores
7.2 Características de la propuesta
La propuesta presentada para la construcción de un sistema de procesamiento de señal A/D
Y D/A que permita la recepción de señal TDT y satelital, se divide en el siguiente esquema
de trabajo:
30
7.2.1 Desarrollo
Se inicia el trabajo realizando una investigación de las tecnologías utilizadas por los
operadores de TV que existen en el mercado actualmente, para determinar inicialmente
cuales son los componentes que deben ser parte de un sistema de procesamiento de señales
satelitales y TDT para que los estudiantes puedan aprovecharlo, apoyar sus prácticas de
laboratorio y adquirir conocimiento.
Luego de establecidos los elementos y equipos que deben ser parte del sistema, se definen
una serie de etapas dentro del mismo, las cuales se describen a continuación y llevaran al
resultado final que es la construcción del sistema. Con apoyo en software libres para diseño
de antenas se inicio el proceso identificando las especificaciones de las antenas necesarias
para una óptima captura del tipo de señales mencionadas, una vez capturada y procesada la
señal se lleva a un televisor en donde se puede observar el cambio que sufre la señal al
manipular los equipos como moduladores, receptores y combinadores.
Se realizo una investigación en internet para conocer la estructura de los sistemas de
procesamiento de señales de los más importantes operadores con alta demanda laboral
directa e indirecta, a continuación se realiza una breve descripción de los resultados
encontrados:
Claro S.A y UNE
31
Ilustración 2 Topología Claro S.A. y UNE S.A.
Este par de operadores poseen una estructura digital, aun llevan señal análoga al usuario
final pero ya está realizando la transición a digital, en el presente proyecto por costo de los
equipos necesarios para realizar el procesamiento digital no es posible procesar una señal
digital QAM, pero si es posible verla señal ya procesada con el medidor de señales de radio
frecuencia, pruebas de MER, BER y constelaciones digitales, esto es posible contando con
un punto de servicio del operador Claro o UNE en el laboratorio. Para llevar este servicio a
laboratorio de telecomunicaciones se puede derivar desde donde se encuentra el modem
que presta servicio a la universidad. De este sistema de procesamiento de señal se aborda el
procesamiento de señal digital/análoga y análoga/digital en el presente trabajo como se
puede observar en la ilustración 3.
32
Ilustración 3 Sistema de procesamiento de señal operadores (digital)
Recuperado de: http://cdjx.en.alibaba.com/product/721779086-
200103132/CATV_digital_Headend_Encoder_Scrambler_Modulator_IRD_satellite_reciev
er.html#!
33
Ilustración 4 Sistema de procesamiento de señal operadores (digital 2)
Dentro de estos sistemas de procesamiento se encuentra la estructura análoga, proceso que
se construyo en el presente trabajo. Como se puede ver en las recomendaciones en una
segunda etapa combinándolo con una red HFC, solo basta añadir al sistema un amplificador
porque ya se cuenta con todos los equipos de la imagen y una etapa de fibra óptica.
34
Ilustración 5 Sistema de procesamiento de señal análogo
Recuperado de: http://redes150432.blogspot.com/2012/03/que-es-una-red-hfc.html
DIRECTV y Telefónica
Los operadores de TV satelital por suscripción manejan una “pequeña cabecera” en cada
usuario, al tener una antena por cada usuario, un medio de transmisión, decodificador y
televisor. De estos sistemas de procesamiento se aplica en el presente trabajo la etapa de
downlink, con la antena offset construida se realiza la captura de canales libres del satélite
Amazonas 1.
35
Ilustración 6 Sistemas de operadores de TV satelital
Ilustración 7 Antena offset
Recuperadas de: http://www.miantena.com/pirateria.html
36
Ilustración 8 sistemas de operadores TV satelital 2
Recuperada de: http://www.la-razon.com/index.php?_url=/economia/Oferta-Tv-satelital-
Entel-costara-canal_0_2026597334.html
Como componentes de la red de cada uno de estos operadores se encuentran los siguientes
elementos:
Claro S.A: antenas satelitales, antena terrestre, fibra óptica, cable coaxial de diferentes
calibres, equipos decodificadores, transmisor y receptor óptico.
UNE: antenas satelitales, antena terrestre, fibra óptica, cable coaxial de diferentes calibres,
equipos decodificadores, transmisor y receptor óptico.
DIRECTV: antenas offset, sistema satelital, cable coaxial RG6 y decodificador.
Telefónica: (Datos) cable de par de cobre, fibra óptica, antena offset, sistema satelital,
cable coaxial RG6 y decodificador.
ETB: Fibra óptica y par de cobre para servicios telefónicos, datos y TV.
37
7.2.2 Recepción
El sistema de procesamiento se propone construir por medio del diseño de las antenas en el
software M-ManaGal, Parábola Calculator y Grasp, a fin de poder realizar variaciones en
las dimensiones y características físicas en aras de alcanzar una ganancia óptima y un
patrón de radiación acorde al tipo de antenas presentado. Una vez construido se debe
identificar la polarización de las antenas, de manera que se recepcione la señal transmitida
desde los emisores que previamente deben ser identificados para lograr captar intensidades
de señales más altas y óptimas.
Ilustración 9 Patrón de radiación software Mmana-gal
Fuente: los autores
La antena yagi, es una antena direccional inventada en 1926 por el Dr. Shintaro Uda de la
Universidad Imperial de Tohoku, la invención y desarrollo se basó en la estructura de un
dipolo combinado con elementos pasivos llamados directores que tienen la función de
dirigir el campo electromagnético, los elementos activos radian el campo y los reflectores
38
lo reflejan, generando así una antena de alto rendimiento. Su diseño inicial fue para la
trasmisión inalámbrica de energía.
Para el cálculo de los elementos de una antena yagi están determinadas las siguientes
ecuaciones:
Ecuación 1
Dipolo
Ecuación 2
Reflector
Ecuación 3
Director
“Para cada espaciamiento hay que buscar la medida óptima del elemento pasivo en donde
se tiene que aumentar o disminuir en un 3% a 5% la medida del reflector o director según
su separación del dipolo. La ganancia máxima se obtiene cuando el elemento pasivo actúa
como director y esta a 0.15 longitudes de onda del dipolo.” La distancia entre cada
elemento es de ƛ/2. (Universidad Nacional de Colombia sede Manizales, 2013).
39
Ilustración 10 parabola calculator
Fuente: los autores
La antena offset, es un paraboloide que lleva el reflector desplazado, tiene un mejor
rendimiento que la antena de foco centrado por que el foco no le hace sombra a la señal que
se puede recepcionar, permitiendo así que existan más ondas electromagnéticas reflejadas
en el foco central llamado LNB (Low Noise Block) o bloque de bajo ruido. La función del
LNB es convertir una señal de frecuencia alta a una frecuencia baja y que sea posible
transportarla por un cable coaxial. El ancho de banda del LNB utilizado para banda KU es
de 2.05 GHz a 10.7 GHz, 12.75 GHz. Los canales recepcionados del satélite AMAZONAS
1 pueden ser FTA (libres) o de pago, en el siguiente link,
http://www.lyngsat.com/Amazonas-1-2.html, se encuentra el listado de estos canales,
frecuencia y otros parámetros técnicos de configuración del receptor satelital.
Para los cálculos de la distancia focal están determinadas las siguientes ecuaciones:
40
Ecuación 4
Distancia focal=
Ecuación 5
A=
Ecuación 6
Distancia 1=
Ecuación 7
Distancia 2=
D1= D1=Distancia 1 D2 = Distancia 2 DF = Distancia focal
7.2.3 Medio de transmisión
Se implementa un adaptador de impedancia que permite pasar de un medio desbalanceado
(antena) a un medio balanceado, para este caso es el cable RG-6 que cuenta con una
Ancho
Largo
D2
D1
LN
B
DF
41
impedancia característica de 75ohmios y va ser el medio que generara el enlace entre la
antena y el decodificador.
Ilustración 11 Cable RG6
Fuente: los autores
Tabla 4 Perdidas de cable coaxial RG6
Perdida por frecuencia cable coaxial RG6
Ohm
Factor
velocidad
Atenuación en decibelios por cada 100 mts
10 MHz 50 MHz 100 MHz 200 MHz 400 MHz 1 GHz
3
GHz
75 0,66 2,75 6,23 8,85 13,5 19,4 32,15 75,5
Fuente: los autores
Por medio de matemática básica es posible calcular la pérdida de la línea de trasmisión que
se encuentra entre las antenas y los receptores satelitales y TDT.
42
Tabla 5 Características cable RG6
Fuente: los autores
7.2.4 Decodificación
Una vez se reciben las señales en el decodificador, se realizan pruebas de calidad en un
televisor y medidor de señal de radio frecuencia garantizando que la señal sea óptima para
ser presentada a un equipo modulador.
Ilustración 12 Receptor TDT DVB-2
Fuente: los autores
43
Tabla 6 Características receptor DVB-2
Fuente: los autores
Un receptor de TDT DVB-T2 decodifica los datos obtenidos por la antena yagi los ordena
para que se puedan ver en un televisor, algunos televisores ya cuentan con un sintonizador
interno DVB-T2. Para la recepción satelital es necesario poseer un decodificador satelital
por que actualmente no existen televisores que tengan un sintonizador digital de 2.3 GHz a
12.5 GHz, la función básica de un decodificar es la descompresión de datos.
7.2.5 Modulación
En la etapa de modulación se cuenta con un equipo modulador por cada señal de entrada
que va a ser emitida por una frecuencia determinada, garantizando un nivel óptimo a la
salida del modulador.
44
Ilustración 13 Modulador Pico Macom 55
Fuente: los autores
Tabla 7 Características Modulador Pico Macom 55
Fuente: los autores
La función de un modulador es convertir la señal de video que proviene de los receptores
TDT, satelital, PC, cámara de de video, o cualquier fuente de video, a un canal UHF que
puede ser visto en un televisión convencional o de última generación, la señal de salida del
45
modulador es de 6 MHz en ancho de banda. El video y audio son enviados por una sola
línea de trasmisión que es el cable coaxial.
7.2.6 Combinación
Todas las señales llegaran al combinador por un puerto independiente, estas son mezcladas
para ser transmitidas por un solo medio, en esta etapa se logra diferenciar las señales
análogas de la televisión convencional de las señales digitales de la tecnología TDT.
Ilustración 14Combinador Pico Macom 55
Fuente: los autores
Tabla 8 Características Pico Macom 55
Fuente: los autores
46
La función del combinador Pico Macom 55 es la de recibir las señales provenientes de los
moduladores previamente calibradas, se conectan los cables coaxiales por cualquiera de los
12 puertos de entrada y el combinador, que es un equipo pasivo, mezcla las señales para ser
transmitidas por una única línea de transmisión.
7.2.7 Conversión RF a óptica
Las señales combinadas llegaran al transmisor óptico el cual convertirá la señal análoga a
digital (A/D) y será transmitida en un haz de luz guiado por un cable de fibra óptica hasta
llegar a un receptor óptico.
Ilustración 15 Transmisor óptico Scientific Atlanta
Fuente: los autores
47
Tabla 9 Características Transmisor óptico Scientific Atlanta
Fuente: los autores
La salida del transmisor es un puerto SC/APC con 5 dBm de potencia de salida,
transmitidos a 1310 nm de longitud de onda.
7.2.8 Conversión óptica a señal RF
En esta etapa se ajusta el nivel de señal a la entrada del receptor óptico el cual convierte el
haz de luz a señal RF para ser visualizada por un usuario final en un televisor.
48
Ilustración 16 Receptor óptico
Fuente: los autores
Tabla 10 Características Receptor óptico
Fuente: los autores
La función del receptor óptico es la de recibir las señales digitales del transmisor óptico que
vienen por fibra óptica con terminación SC/APC y convertirlas a señales de RF, en este
49
proceso las señales digitales se convierten a análogas nuevamente y se transmiten por cable
coaxial.
7.2.9 Presentación
En esta etapa se generan las evidencias visuales de la calidad de imagen y audio que provee
la señal de TDT y satelital, la visualización de los multiplex recepcionados y procesados en
el sistema de telecomunicaciones.
Ilustración 17 Visualización de multiplex en TV
Fuente: los autores
50
Tabla 11 Características de tv para visualización de multiplex
Fuente: Los autores
La función del televisor es la de permitir visualizar la señal una vez se realicen todos los
procesos descritos.
7.2.10 Medidor de Señales de radio frecuencia
Equipo que permite realizar las mediciones de todos los multiplex captados y procesados,
garantizando así los niveles de potencia óptimos en cada una de las fases del sistema de
telecomunicaciones hasta el usuario final. (Ver anexo 10).
51
Ilustración 18 Medidor de señales de radio frecuencia MSQ 900 QAM (JDSU)
Tabla 12 Características Medidor de señales de radio frecuencia MSQ 900 QAM (JDSU)
Fuente: los autores
La función del medidor de campo MSQ – 900 QAM es la de realizar un escaneo en el
espectro electromagnético para determinar la existencia de señales en un medio (cable
coaxial) y medir los parámetros de estas señales como son frecuencia, potencia, señal a
ruido, etc. Basados en estas mediciones se realiza la calibración de equipos activos y las
mediciones de la antena yagi.
52
8 Consideraciones éticas
La investigación y el desarrollo del proyecto se realizan bajo los parámetros del respeto por
las personas, los beneficios vs. los riesgos y la justicia, se tuvieron en cuenta los siguientes
principios:
Los participantes de la investigación fueron convocados de forma equitativa, su
participación es totalmente voluntaria.
Todos los participantes fueron convocados a participar de la presente investigación de
manera oportuna y eficaz informando sobre el proceso, objetivos y uso de los resultados de
la investigación, de esta forma ellos mismos eligen y participan de forma voluntaria tanto
en el proceso de desarrollo como en la aplicación de los instrumentos para la recolección de
información y demás fases del proyecto.
La ejecución del proyecto propuesto no implico riesgo para ninguno de los participantes, en
tal sentido se garantizo que no se sufrió daños y los resultados obtenidos serán socializados
de manera irrestricta a los participantes antes de darlos a conocer a la comunidad académica
en general. Todos los participantes recibieron un trato justo y equitativo basado en el
respeto por la dignidad humana y en los derechos de igualdad contemplados en la
constitución política de Colombia.
Los participantes tienen la capacidad y derecho de tomar sus propias decisiones.
Los riesgos y beneficios del proyecto serán distribuidos de manera igual a cada uno de los
participantes.
53
El manejo de la información se va a realizar de manera clara ante los demás participantes
del proyecto, cada uno conoce el alcance que tiene dentro del proyecto y se compromete a
guardar el desarrollo del proyecto como secreto profesional e información confidencial.
9 Posibles riesgos y dificultades
Durante la planificación del proyecto se identificaron riesgos y dificultades que se pueden
presentar, estos se clasificaron según los siguientes criterios(Lledó, 2013):
Tabla 13 Probabilidad de ocurrencia
Fuente: (Lledó, 2013)
Tabla 14 Impacto del evento
Fuente: (Lledó, 2013)
Muy Bajo 1
Bajo 2
Medio 3
Alto 4
Muy Alto 5
Probabilidad
Muy Bajo 1
Bajo 2
Medio 3
Alto 5
Muy Alto 10
Impacto
54
Con base en estos criterios se asigna un puntaje a cada riesgo Fuente: (Lledó, 2013)
Tabla 15 Matriz probabilidad vs impacto
Fuente: (Lledó, 2013)
Los puntajes se clasifican de la siguiente manera:
Tabla 16 Clasificación puntaje matriz probabilidad vs impacto
Fuente: (Lledó, 2013)
Y se definen estrategias dependiendo del puntaje asignado a cada riesgo en cada una de las
etapas del proyecto:
1 2 3 5 10
1 1 2 3 5 10
2 2 4 6 10 20
3 3 6 9 15 30
4 4 8 12 20 40
5 5 10 15 25 50
Pro
bab
ilid
ad
Impacto
Puntaje Prioridad Estrategia Significado de cada estrategia
1 o 2 Muy Baja Aceptación Pasiva No hacer nada
3 o 4 Baja Aceptación Activa Dejar por escrito que se hará cuando ocurra el riesgo
5 a 10 Medio Mitigar Acciones para disminuir la probabilidad y/o impacto
11 a 24 Alta Transferir Trasladar el riesgo a un tercero. Ej. seguro
25 a 50 Muy Alta Evitar No avanzar con el proyecto hasta disminuir el puntaje
55
Tabla 17 Definición de riesgos
Fuente: (Lledó, 2013)
10 Cronograma de actividades
Se planea un cronograma acorde a las actividades a realizar, incluyendo cada una de ellas y
teniendo en cuenta el tiempo necesario para no incumplir con las fechas estipuladas en este.
Para consultar el cronograma por favor remitirse al anexo 1, (Ver anexo 1).
Posible evento Probabilidad Impacto Puntaje Estrategia
Los equipos de procesamiento de la señal
exceden el presupuesto del proyecto 2 3 6 Alquilar los equipos de mayor costo
Los equipos no garantizan los niveles adecuados
para su correcto funcionamiento 2 3 6 Revisiones de garantía
Las antenas construidas no tienen las misma
caracterización calculadas en el diseño 3 3 9 Realizar un diseño mas robusto
La encuesta enviada vía e-mail no es contestada 2 2 4 Realizar la encuesta físicamente
No se cuenta con los espacios requeridos para
realizar pruebas al sistema (espacio para las
antenas, ductos que comuniquen las antenas con
el laboratorio donde se ubique el rack, espacio en
laboratorio para ubicar el rack) 3 3 9
Realizar la fase de montaje en otro
lugar para su presentación
Los niveles no son los calculados en el diseño 1 5 5
Revisión de diseño, construcción y
direccionamiento de las antenas
1. Fase de diseño del sistema
2. Fase de elaboración del sistema
3. Fase de elaboración de la encuesta
4. Fase de montaje del sistema
5. Fase de pruebas
56
Ilustración 19 Cronograma de actividades
Fuente: los autores
57
11 Análisis
11.1 Análisis estadísticos
Con el objetivo de evaluar el grado de satisfacción de los estudiantes de Ingeniería en
Telecomunicaciones de la Fundación Universitaria Panamericana - Unipanamericana con el
laboratorio de telecomunicaciones e identificar la necesidad de integrar un sistema de
procesamiento de señales satelitales y TDT al laboratorio de telecomunicaciones, se aplica
una encuesta a estudiantes de los programas Ingeniería en Telecomunicaciones ciclo
profesional, Tecnología en gestión y configuración de redes de telecomunicaciones y
Tecnología en gestión de redes de telecomunicaciones de la Unipanamericana que ya hayan
cursado materias prácticas en el laboratorio, los estudiantes encuestados se encontraban en
los siguientes semestres y programas:
Semestre actual:
Ilustración 20 estadística semestre actual
Programa al que pertenece:
Semestre actual
Número de estudiantes
en el semestre
58
Ilustración 21 estadística programa al que pertenece
Para responder al objetivo de evaluar el grado de satisfacción de los estudiantes de
Ingeniería en Telecomunicaciones de la Fundación Universitaria Panamericana -
Unipanamericana con el laboratorio de telecomunicaciones, usando la escala de Likert para
evaluar el grado de satisfacción de la siguiente manera:
Totalmente insatisfecho – Totalmente in
Insatisfecho – Insatisfecho
Neutral – Neutral
Satisfecho – Satisfecho
Totalmente satisfecho – Totalmente sa
Ingeniería en telecomunicaciones
ciclo profesional
Tecnología en gestión y
configuración de redes de
telecomunicaciones
Tecnología en gestión de redes
de telecomunicaciones
59
Se pidió a los estudiantes que calificaran grado con el que el laboratorio de
telecomunicaciones de la Unipanamericana satisfacía sus expectativas con relación a:
60
Disponibilidad de los recursos físicos para realizar prácticas de laboratorios.
Ilustración 22 estadística disponibilidad de los recursos físicos
Los equipos son los adecuados para realizar las prácticas.
Ilustración 23 estadística equipos adecuados
Estado físico de los equipos del laboratorio.
Ilustración 24 estadística estado físico de los equipos
61
Funcionalidad de los equipos del laboratorio.
Ilustración 25 estadística funcionalidad de los equipos
Capacidad del laboratorio para la totalidad de estudiantes.
Ilustración 26 estadística capacidad del laboratorio
Utilización de los equipos de laboratorio.
Ilustración 27 estadística utilización de los equipos
62
Cantidad de horas practicas en el laboratorio.
Ilustración 28 estadística cantidad de horas practicas
Valoración general del laboratorio.
Ilustración 29 estadística valoración general
Con base en las repuestas de los estudiantes que contestaron la encuesta se puede concluir
que desde un punto de vista general el laboratorio de telecomunicaciones de la
Unipanamericana no está satisfaciendo las expectativas de los estudiantes con el mismo, lo
cual quiere decir que el laboratorio necesita implementación de nuevas tecnologías para
realizar más practicas de forma que los estudiantes puedan manipular físicamente equipos
de procesamiento de señales.
63
Para responder al objetivo de identificar la necesidad de integrar un sistema de
procesamiento de señales satelitales y TDT al laboratorio de telecomunicaciones, usando la
escala de Likert para evaluar el grado de satisfacción de la siguiente manera:
Totalmente en desacuerdo – Totalmente en
En desacuerdo – En desacuerd
Neutral – Neutral
De acuerdo – De acuerdo
Totalmente de acuerdo– Totalmente de
Se pidió a los estudiantes que calificaran grado en el que el laboratorio de
telecomunicaciones de la Unipanamericana ha permitido evidenciar los siguientes aspectos:
El proceso de modulación de una señal
64
Ilustración 30 estadística proceso de modulación
El proceso de combinación de varias señales para ser transmitidas en un solo medio
Ilustración 31 estadística proceso de combinación
El proceso de conversión de RF a óptica
65
Ilustración 32 estadística proceso de conversión RF a óptica
El proceso de conversión de óptica a RF
Ilustración 33 estadística proceso de conversión óptica a RF
La fibra óptica y sus propiedades físicas
Ilustración 34 estadística propiedades físicas de la fibra óptica
Como ajustar correctamente el punto focal de una antena satelital
66
Ilustración 35 estadística ajuste punto focal
Capturar señales satelitales
Ilustración 36 estadística capturar señales satelitales
Capturar señales TDT
Ilustración 37 estadística capturar señales TDT
Calibrar equipos activos para ajustar sus parámetros con equipos de medición
especializados.
67
Ilustración 38 estadística calibrar equipos activos
Reconocer las señales en medidores de campo y evidenciar los parámetros de la misma.
Ilustración 39 estadística reconoces señales
Reconocer físicamente los equipos involucrados en los proceso de modulación,
combinación, conversión de RF a óptica, conversión de óptica a RF y medidores de campo.
Ilustración 40 estadística reconocer equipos físicamente
Con base en las respuestas de los estudiantes que contestaron la encuesta se puede concluir
que desde un punto de vista general el laboratorio de telecomunicaciones de la
Unipanamericana no permite evidenciar los procesos que se involucran en el sistema a
construir, por lo cual el sistema puede generar el apoyo que el laboratorio necesita
implementando los equipos necesarios para que se realicen prácticas, manipulando los
68
equipos físicamente ya que esto complementa las clases teóricas y las simulaciones
disponibles en la universidad.
En el apartado 11.3, más adelante, se indica el listado de prácticas posibles con el sistema
de procesamiento construido y una de las recomendaciones del proyecto, sugiere aplicar las
prácticas y luego realizar una encuesta con el mismo cuestionario a los estudiantes que las
hayan realizado para medir la satisfacción en cuanto al laboratorio de telecomunicaciones
ya contando con el apoyo del sistema de procesamiento construido.
11.2 Requerimientos
Para la construcción del sistema de procesamiento de señales satelitales y TDT, de acuerdo
con las características identificadas de las tecnologías disponibles en las empresas de
telecomunicaciones de Bogotá y las expectativas de los estudiantes del programa Ingeniería
de Telecomunicaciones de la Unipanamericana se identifican 3 tipos de requerimientos
necesarios para la construcción del sistema propuesto:
11.2.1 Requerimientos técnicos: (para el grupo).
Construcción de las antenas para la captura de señales satelitales y TDT estándar DVB-T2.
Personal con conocimientos en redes HFC y fibra óptica.
69
11.2.2 Requerimientos Tecnológicos (para el grupo)
Cinco (5) Decodificadores.
Cinco (5) Moduladores (4 fijos y 1 ágil).
Un (1) Combinador.
Un (1) Transmisor Óptico.
Un (1) Receptor Óptico.
Un (1) medidor de campo para calibración de equipos y visualización de la señal en cada
una de las etapas del sistema.
Suministro de los conectores coaxiales, conversores, patchcord ópticos y demás elementos
necesarios para la construcción del sistema.
División de una única conexión a red eléctrica para alimentar todos los equipos activos del
sistema.
11.2.3 Requerimientos logísticos: (para la Unipanamericana)
Un espacio de 2.1 m de alto por 1m de ancho por 0.7 m de largo para ubación del rack en el
laboratorio de telecomunicaciones.
Una (1) toma para conexión a red eléctrica.
Espacio en la terraza para ubicación de las antenas.
70
Un (1) ducto que comunique la terraza donde estarán ubicadas las antenas y el laboratorio
de telecomunicaciones.
Un (1) televisor para visualizar la señal y sus cambios.
11.3 Tipo de prácticas que se pueden realizar con el sistema construido
Luego de construido y analizado el sistema de procesamiento de señales, reconociendo la
funcionalidad y aplicaciones que se pueden dar con los equipos que hacen parte del mismo,
se pueden establecer las posibles prácticas con las que los estudiantes podrían trabajar en el
laboratorio de telecomunicaciones de la Unipanamericana apoyados con los equipos e
infraestructura existente. A continuación se indica el listado de posibles prácticas:
Diseño y construcción de antenas offset y yagi.
Direccionamiento de antenas (inclinación y azimut) y toma de niveles en dbmv y
dbµv (decibeles mili y micro voltios).
Recepción de multiplex o canales presentados en televisor con sintonizador digital o
con un decodificador de TDT (DVB-2T) estándar adoptado para Colombia.
Captura de canales FTA con antena offset y consulta en sitio web Lyngsat.
Configuración de receptor satelital (frecuencia, polarización, LNB).
Calidad e intensidad de señal de radio frecuencia.
Presentación de canales satelitales y TDT estándar DVB-T2 recepcionados en
televisor.
Conexión de un modulador de señales.
Modulación de señales por frecuencia específica o determinada.
71
Calibración de modulador con parámetros de salida de radio frecuencia (RF), señal
a ruido (C/N), diferencia de video y audio (V/A).
Calidad de señal con parámetros técnicos de la ANTV acuerdo 10 del 2006.
Calibración de modulador ágil trabajando frecuencias entre los canales 37 y canal
59.
Recibir las frecuencias moduladas y combinarlas en una sola línea de trasmisión
(procesos de combinación).
Transmisión y recepción de señal óptica.
Conversión de señal de radio frecuencia en haz de luz y viceversa.
Manejo de amplificadores que trabajan en frecuencias entre 5 MHz y 860Mhz.
Empalme de cables de fibra óptica.
Enlaces punto a punto de fibra óptica.
Conversión de señales análogo digital y digital análogo.
Tipos de líneas de transmisión.
Características de cables de audio y video (RCA).
Características de cable coaxial RG 6, conectorización.
Características de cable de fibra óptica, conectorización.
Toma de niveles en unidad de medida dbm. dbmv, dbµv con Medidor de radio
Frecuencia (MSQ 900)
Analizar espectro de señal de los canales recepcionados (potencia de señal, señal a
ruido C/N, audio).
Modulación digital QAM 16/64/256.
72
Analizar canales digitales MER (tasa de error de modulación), BER (tasa de error
de bit), constelaciones.
Con estas prácticas de laboratorio se puede dar la mayor utilidad al sistema construido y se
brinda la posibilidad al estudiante de manipular equipos y demás componentes
involucrados en el procesamiento de señales de radio frecuencia. Estas prácticas se pueden
aplicar teniendo en cuenta los manuales de las antenas yagi, offset, del sistema de
procesamiento de señal y del medidor que se pueden encontrar en los anexos 7, 8, 9 y 10
respectivamente.
12 Diseño
12.1 Diseño antena yagi
Para el sistema construido es necesaria una antena de alto rendimiento y facilidad de
construcción que permita la recepción de señales UHF con una ganancia considerable
teniendo en cuenta los niveles a garantizar, por este motivo se realiza el diseño de la antena
YAGI ya que sus características son optimas para el sistema construido ya que al ser una
antena direccional tiene una ganancia optima y su diseño y contruccion son relativamente
sencillos.
73
Ilustración 41 dimensiones antena yagi
Fuente: los autores
Ecuación 8 calculo dipolo
Dipolo
=
Ecuación 9 calculo reflector
Reflector
=
= 0.2564 cm
Ecuación 10 calculo director
Director
=
= 0.2391 cm
“Para cada espaciamiento hay que buscar la medida óptima del elemento pasivo en donde
se tiene que aumentar o disminuir en un 3% a 5% la medida del reflector o director según
su separación del dipolo. La ganancia máxima se obtiene cuando el elemento pasivo actúa
74
como director y esta a 0.15 longitudes de onda del dipolo.” La distancia entre cada
elemento es de ƛ/2. (Universidad Nacional de Colombia sede Manizales, 2013).
Ilustración 42 calculo antena yagi
75
Ilustración 43 patrón de radiación 3D
Fuente: los autores
En la ilustración 19 se determinan los elementos que hacen parte de la antena yagi,
directividad y patrón radiación de la misma.
76
12.2 Diseño antena offset
Ilustración 44 Dimensiones antena offset simulador GRASP
Fuente: los autores
Ilustración 45 Imagen 3D paraboloide (GRASP)
Fuente: los autores
77
Ilustración 46 Vista 2D patrón de radiación y caracterización de antena (GRASP)
Fuente: los autores
Ilustración 47 Dimensiones antena offset simulador Parabolic Calculators
Fuente: los autores
78
Se puede observar como las ondas electromagnéticas se reflejan en el paraboloide y son
concentradas en un solo punto focal, que es el LBN (Low Noise Block), este paraboloide
tiene las siguientes características: frecuencia 2400 MHz, gran diámetro 690 mm, pequeño
diámetro 595 mm, profundidad 75 mm, distancia del punto más profundo del borde inferior
a lo largo del eje de 40 mm, la distancia focal es 85,41 mm. El reflector offset es una
sección de una parábola completa con un diámetro de 820,69 mm cuyo vértice se encuentra
en el borde inferior. La parábola completa tiene un f / D = 0,10, lo que determina la
distancia focal. El punto focal del plato es 115,59 mm desde el borde inferior del reflector y
635,89 mm desde el borde superior del reflector. Para el funcionamiento con el haz
principal en el horizonte, alimentado desde la parte inferior, el plato debe ser inclinado
hacia delante de modo que el eje es 47,89 grados sobre la horizontal. Ángulo de
iluminación para la alimentación es igual a 187,85 grados en el eje grande y 173,21 grados
en el eje pequeño. Se necesita una bocina de alimentación con un ancho de haz de 3 dB de
141,75 grados, equivalente a la alimentación para un plato convencional con f / D = 0,16.
Distancia focal=
= Distancia focal=
= 25.44 cm
A=
=
=
27.95cm
Distancia 1=
=
=60.20cm
Distancia 2=
=
=25.44cm
Anc
ho
Lar
go
79
D1= Distancia 1 D2 = Distancia 2 DF =
Todos los programas utilizados para el diseño de las antenas del sistema, cuentan con unos
requerimientos mínimos de equipo de cómputo para que su instalación se pueda realizar sin
ningún inconveniente y esto permita su adecuado uso, estos requerimientos se enlistan a
continuación en la tabla 12:
Tabla 12. Requerimientos mínimos para instalación de software, (ver anexo 5)
NOMBRE REQUERIMIENTOS BASICOS
Simulador
Disco
duro Procesador
Memoria
RAM Sistema operativo
Mmana-gal 50 GB
VIA-C7-M
1,2GHz 512 MB
Windows XP en adelante hasta
Windows 8
Parabola Calculator
2.0 50 GB
VIA-C7-M
1,2GHz 512 MB
Windows XP en adelante hasta
Windows 8
D
2
D
1
LN
B
D
F
80
GRASP 10.2.0 50 GB
VIA-C7-M
1,2GHz 512 MB
Windows XP en adelante hasta
Windows 8 y Linux
MSQ-PC (medidor
de campo) 50 GB
VIA-C7-M
1,2GHz 512 MB
Windows XP en adelante hasta
Windows 7 Home Basic
Si se instala en Windows 8 y 7 se
requiere
Disco
duro Procesador
Memoria
RAM
50 GB
VIA-C7-M
1,2GHz
1 GB
(32bits)
2GB
(64bits)
Fuente: los autores
12.3 Diseño sistema de telecomunicaciones
Se realiza un diseño acorde a la reglamentación legal para este tipo de sistemas según la
ANTV.
(Ver anexo 2 Simulación packet tracer 6.0)
81
Ilustración 48 Sistema parte 1
Fuente: los autores
Ilustración 49 Sistema parte 2
Fuente: los autores
82
12.4 Esquema vertical
Con el esquema vertical del sistema se busca dar una guía sobre la ubicación de los equipos
en el rack destinado para ellos y del sistema en la sede física de la universidad.
(Ver anexo 3 Esquema vertical AutoCAD)
Ilustración 50 esquema vertical
Fuente: los autores
83
12.5 Axonometrico
El Axonometrico se realiza para dar al posible lector una ubicación más exacta de la
ubicación del laboratorio, equipos, antenas y ruta de la conexión de estas con los equipos
receptores, también da la ubicación geográfica de la sede y el laboratorio de
telecomunicaciones donde se podría instalar el sistema.(ver anexo 6).
Ilustración 51 Axonometrico
Fuente: los autores
84
13 Resultados y productos
Tabla 18 características principales componentes
Fuente: los autores
Equipo Descripción
Antena yagi Aluminio de 105 cm largo x 28.6 cm ancho
Antena offset Aluminio de 69 cm largo x 59.5 cm ancho
Rack Metal de 110 cm largo x 60 ancho
Modulador 5 moduladores Pico Macom 55
Combinador Pico Macom 55
Modulador Ágil Cam -25 HYPER
Receptor TDT 2 Tédy DVB-2
Receptor Satelital 2 Capture newtors
Transmisor Óptico Sientifig Atalanta 1310 nm
Receptor óptico PCT 1310 nm de 5 dBm
Medidor de campo MQ 900 JDSU
Cable fibra óptica cable 48 hilos tipo exterior Armado
Cable RG coaxial cable con doble apantallamiento Beldem
Conectores RG 6 Conectores a presión Coscom
Sistema
Sistema funcionando desde lacaptura de
señal hasta un usuario final con 6 multiplex
85
Ilustración 52 antena yagi
Fuente: los autores
Ilustración 53 Antena offset
Fuente: los autores
86
Ilustración 54 Sistema Funcionando
Fuente: los autores
Tabla 19 Tipología de productos según Colciencias
TIPOLOGIA DE PRODUCTOS ESPERADOS
PRODUCTO CATEGORIA TIPO
EVIDENCIA A
LA FECHA
Sistema de procesamiento
de señales de radio
frecuencia para
laboratorio de
telecomunicaciones
Productos de
apropiación social y
circulación del
conocimiento
Intercambio y
transferencia del
conocimiento
La necesidad del
estudiante se
evidenciara con el
instrumento a
aplicar
Informe de trabajo de
grado
Productos de
apropiación social y
circulación del
Comunicación del
conocimiento
Informe de
proyecto en
construcción
87
conocimiento
Sistema de procesamiento
de señales de radio
frecuencia para
laboratorio de
telecomunicaciones
Productos resultado de
actividades de
desarrollo tecnológico e
innovación
Productos
tecnológicos
certificados o
validados
Sistema en
funcionamiento
Manuales de
funcionamiento del
sistema (ver anexos 7, 8 y
9)
Productos de
apropiación social y
circulación del
conocimiento
Comunicación del
conocimiento
Manuales en
físico y digital
Fuente: los autores
14 Impactos
La presente investigación desarrolla una herramienta para acercar al estudiante al campo
laboral de las telecomunicaciones, llevándole a conocer los equipos y procesos utilizados
por los operadores de telecomunicaciones. Dicha herramienta se puede desarrollar en
instituciones de educación como proyecto de investigación y ser adoptada como apoyo para
las diferentes materias de telecomunicaciones.
Se espera, a nivel académico, generar entusiasmo en nuevos investigadores para continuar
con el desarrollo de estas tecnologías.
88
Para cada uno de los impactos esperados se deben identificar indicadores cualitativos o
cuantitativos verificables así:
Tabla 20 impactos esperados
Impacto esperado Plazo (años)* Indicador
(verificable)
Supuestos**
Egresados con
mayores
competencias para el
mercado laboral.
2 Estadísticas generadas
en ubicación de
egresados en
compañías del sector.
Integración del
sistema a las materias
del programa.
Docentes con
mejores
herramientas de
educación.
1 Aplicación de
prácticas con el uso
del sistema construido
Integración del
sistema a las prácticas
de las materias del
programa.
Generación de
conocimiento para
futuros desarrollos.
4 Referencia del
proyecto por parte de
nuevos investigadores
El proyecto sea tenido
en cuenta como
referencia o
fundamento en futuras
investigaciones.
Fuente: los autores
* Después de finalizado el proyecto, corto (1-4), mediano (5-9), largo (10-más)
** Los supuestos indican los acontecimientos, las condiciones o las decisiones, necesarios
para que se logre el impacto esperado
89
15 Capacidad del equipo
Tabla 21 Integrantes y roles
Rol Nombres Apellidos Funciones Dedicación
Documentación Steven Boada Ruge Implementación técnica y
documentación
100%
Diseño Edicsson Dimaté
Solórzano
Implementación técnica y
documentación
100%
Implementación
técnica
Freddy Cruz Mahecha Implementación técnica y
documentación
100%
Fuente: los autores
90
16 Presupuesto
Tabla 22 presupuesto 1
Tabla 23 presupuesto 2
Tabla 24 presupuesto 3
91
Tabla 25 presupuesto 4
Tabla 26 presupuesto 5
92
Tabla 27 presupuesto 6
Fuente: los autores
Cabe de anotar que los costos de los elementos anteriormente mencionados y las
actividades necesarias para ejecución del proyecto serán asumidos por el grupo de
investigadores (Recursos propios).
93
17 Conclusiones
Con el sistema implementado como apoyo al laboratorio de telecomunicaciones, se puede
generar nuevo conocimiento práctico para los estudiantes de Unipanamericana, haciéndolos
más competitivos en el mercado laboral, esto podría ser comprobado aplicando una
encuesta a los estudiantes luego de realizar prácticas usando el sistema.
Se comprobó que al convertir la señal digital a análoga, procesada con el sistema
construido, mantiene las características necesarias según el acuerdo 10 de 2006 de la
ANTV.
Se identifican las topologías de red de los principales cable operadores en Bogotá
evidenciando que el sistema construido es similar este tipo de redes.
Si bien el sistema es similar en sus características, a los utilizados por los principales cable
operadores en Bogotá, con la integración de este al laboratorio de telecomunicaciones y a
los programas de simulación existentes, es posible lograr un conocimiento más profundo
tanto en topologías de red como en captura y procesamiento de señal.
Para lograr una educación de mayor calidad y tener egresados más competitivos, es
necesario contar con laboratorios que tengan equipos que estén a la vanguardia tecnológica
con el fin de que los estudiantes estén adaptados a los constantes cambios del mercado.
94
95
18 Recomendaciones
Se presentan las siguientes recomendaciones para aprovechar de una manera más útil los
equipos y componentes del sistema y crear una segunda etapa a partir del sistema
construido:
Adaptar los multiplex o canales captados a una red de TV sobre IP.
Como segunda fase del sistema de procesamiento de señales, implementar una red tipo
árbol de amplificadores externos con distribución a diferentes clientes, formando una red
HFC (Hibrido-fibra-coaxial), ver ilustración 55 y 56.
Ilustración 55 sistema HFC
Recuperado de: http://televisionporcableenunaredhfc.blogspot.com/2012/08/redes-hfc-
hybrid-fiber-coaxial.html
96
Ilustración 56 diseño sistema HFC
Recuperado de: http://televisionporcableenunaredhfc.blogspot.com/2012/08/redes-hfc-
hybrid-fiber-coaxial.html
Diseñar guías teórico-prácticas de una red HFC ejemplo: conectorización cable coaxial,
calibración de equipos en forward y retorno.
Por costos del proyecto a la señal captada digital se le realizó un reproceso al convertirla
en una señal análoga para retransmitirla, para mantener la señal original es necesario tener
los equipos adecuados como ejemplo: Modulador digital y codificador, una segunda etapa
puede ser implementar estos equipos al sistema.
Construir una antena paraboloide para banda C, para capturar multiplex brasileños y
cubanos, para ser procesados en el sistema ya implementado.
Implementar una red de fibra óptica GPON teniendo en cuenta las tendencias actuales hacia
este medio de transmisión.
97
Con el listado de posibles prácticas sugerido en al apartado 11.3, diseñar, construir e
implementar guías prácticas de laboratorio para las materias mencionadas dentro del
documento, esto permitirá que los estudiantes las lleven a cabo durante su semestre
curricular. Partiendo de esto se sugiere realizar una encuesta de satisfacción con el mismo
formato y preguntas del realizado como investigación para el presente proyecto, lo que
permitiría medir el grado de satisfacción y conclusiones de los estudiantes luego de utilizar
equipos, antenas y elementos del sistema.
98
19 Referencias
Agudelo, D. J. M. (2007). Simulación, implementación y puesta a punto de una antena
Yagi de 4 elementos a 1, 2 GHz: El Método de los Momentos (MoM).Universidad
Industrial de Santander facultad de ingenierías físico-mecánicas escuela de ingenierías
eléctrica, electrónica y de telecomunicaciones–Bucaramanga.
ANTV (2015), TDT para todos, http://www.antv.gov.co/content/television-digital-terrestre
Candela Sánchez, J. V. (2007). Control Técnico De La Señal De Televisión Del Estado
Instituto Nacional de Radio y Televisión Del Perú IRTP.
Jiménez Vivanco, W. E., & Ochoa Coronel, D. F. (2010). Estudio y diseño de factibilidad
para la implementación de un laboratorio de procesamiento de señales y simulación para la
Universidad Politécnica Salesiana Sede Cuenca
http://dspace.ups.edu.ec/bitstream/123456789/2206/14/UPS-CT001964.pdf
Lledó, P. (2013). Director de proyectos. En P. Lledó, Director de proyectos (págs. 186 -
336). Canadá: Victoria.
Matos Párraga, D. A. (2012). Diseño de una red de acceso para el negocio de televisión por
paga para el área rural usando la televisión digital terrestre.
MIÑANA, M., & VICENT, B. (2011). Diseño y caracterización de una antena plana
conformada para recepción de TDT (Doctoral dissertation).
https://riunet.upv.es/handle/10251/13410
99
Neri-Vela, R., Valiente-Montaño, L. A., & Hernández-Solís, V. (2003). Comparación
analítica de arreglos de antenas Yagi por los métodos de momentos y multiplicación de
patrones. http://mecatronica.unam.mx/~revistafi/ejemplares/V06N2.pdf
Universidad Nacional de Colombia sede Manizales. (28 de 5 de 2013).
www.virtual.unal.edu.co. Recuperado el 5 de abril de 2015, de www.virtual.unal.edu.co:
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4040050/Descargas/capseis/yagiuda
Lledó, P. (2013). Director de proyectos. En P. Lledó, Director de proyectos (págs. 186 -
336). Canadá: Victoria.
Universidad Nacional de Colombia sede Manizales. (28 de 5 de 2013).
www.virtual.unal.edu.co. Recuperado el 5 de abri de 2015, de www.virtual.unal.edu.co:
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4040050/Descargas/capseis/yagiuda
Universidad Santo Tomas (Bogota). (1 de 02 de 2012). telecomunicaciones.usta.edu.co.
Recuperado el 20 de 3 de 2015, de telecomunicaciones.usta.edu.co:
http://telecomunicaciones.usta.edu.co/index.php/presentacion/laboratorios
Zuniga S. (2014). Manual Mmana-Gal.
http://www.sergiozuniga.cl/02/manual_mmana_gal/Manual%20XQ2CG%20-
%20MMANA_Gal%20v1.0.pdf
100
20 Anexos.
Anexo 1: Cronograma procesamiento de señal, archivo.mpp
Anexo 2: Simulación sistema, archivo .pkt
Anexo 3: Esquema vertical, archivo .dwg
Anexo 4: Fichas de consulta bibliográfica, archivo.xls
Anexo 5: Requerimientos simuladores, archivo.xls
Anexo 6: Axonometrico instalación
Anexo 7: Manual antena YAGI
Anexo 8: Manual antena OFFSET
Anexo 9: Manual sistema
Anexo 10: Manual del medidor de radio frecuencias