Fundamentos de TV

Estructura y Parámetros de un Sistema de Televisión

Señal• Magnitud que varía en el tiempo en algún medio: – La interpretamos como información – La utilizamos para transmitir información

Ejemplos: – Lo que capta un micrófono – Lo que circula por un cable de audio – Lo que se recibe por una antena – Los valores registrados por un sismógrafo – Lo que circula por un cable de VGA de un PC – Las imágenes que llegan al objetivo de una cámara

Tipos de señales

• Señal Analógica – La información varía de forma continua con los valores de la señal: cada nivel de señal se corresponde con un valor de la información

Ejemplo: Los niveles de tensión de un cable de audio se transforman en variaciones de presión en el aire a través de un altavoz

• Señal Digital – La información varía de forma discreta con los valores de la señal: un número discreto de valores de la señal representan símbolos que se interpretan

Ejemplo: Los niveles de tensión de los conductores de un cable VGA se interpretan como número binarios que representan el color de cada píxel de la pantalla.

Ventaja de las señales digitales

• Las señales en su transmisión sufren una serie de perturbaciones como son: ruido, distorsión, diafonía, intermodulación, interferencias• Las señales digitales son menos sensibles a estas perturbaciones: los valores de señal se interpretan como símbolos y mientras no haya un cambio muy grande en la magnitud enviada todos los símbolos se interpretarán correctamente.• En la señales analógicas como la información varía con el valor de la magnitud la perturbación se transmite directamente a la información y la corrección no es tan sencilla.

Ejemplo el ruido• El ruido eléctrico aparece de forma natural en los circuitos por la actividad de los electrones: se manifiesta como una señal aleatoria que se suma a la “buena”, por ejemplo si se amplifica mucho. Es muy difícil eliminar este ruido Señal contaminada por ruido

Sistema de TV Analógico en b/n

Sistema Secuencial de Televisión: Basado en exploración electrónica por líneas transforma imagen en corriente eléctrica variable: señal de imagen luego vuelve a transformar la señal en imagen

• Captación de la imagen – Enfoque sobre plano fotosensible • Circuito CCD ⇒ circuito integrado: fotoreceptor • Alternativa: Tubo de imagen Mosaico, blanco o target, leído con rayo de electrones• Generación de imagen eléctrica (b/n) – Tensión proporcional al brillo en cada punto – O bien valor discreto de brillo en cada punto de imagen (píxel) o bien señal continúa por líneas• Extracción de la información del plano – Barrido ordenado de la imagen => Señal simple de videofrecuencia

• Transmisión de la señal• Presentación sobre la pantalla – Brillo proporcional a corriente• Sincronización entre el emisor y el receptor: – Señales de sincronismo con características distintas a la señal de vídeo para distinguirse de ella indican: – Comienzo de línea: Impulso de sincronismo horizontal (H) – Comienzo de imagen: Impulso de sincronismo vertical (V)• Señal vídeo + H + V => Señal compuesta de video frecuencia

Ejemplo de señal de imagen analógica

Aspecto de una línea de vídeo sin sincronismos

Más rápida es la variación de la señal donde hay más detalle

Parámetros comunes de los Sistemas de TV• Relación de aspecto de la pantalla• Frecuencia de cuadro y entrelazado• Número de líneas• Resolución vertical y horizontal, ancho de banda, cartas de ajuste• Corrección de Gamma

Relación de aspecto pantalla Z = W/H

• W > H: las escenas presentan más movimiento en sentido horizontal.• Cuando se inventó la TV se optó por Z=4/3 => la usada en el cine de la época• D: diagonal de la pantalla (pulgadas)– Cálculo por teorema de Pitágoras: Aplicable a cualquier tipo de pantalla o imagen:

W2+H2=D2 W (width) anchoH (height) alto1 pulgada =2,54 cm.

Cociente entre la anchura y altura de la imagen

Frecuencia de cuadro• Cuadro (frame) => Imagen completa• Frecuencia de cuadro: nº de cuadros transmitidos por segundo– Periodo debe ser inferior a 50 ms por efecto de la Memoria Visual• Valor lógico => frecuencia del cine (24 img/seg)• Se tuvo en cuenta la frecuencia de la red eléctrica – Estable ⇒ válida para sincronizar distintos equipos – Interferencia dentro de la señal de vídeo no dañina• Europa: 50 Hz => 25 cuadros/segundo• América: 60 Hz => 30 cuadros/segundo

• Conversión de cine a TV:– Europa: 24 => 25. Sencillo– América: 24 => 30. Complica la circuitería• Actualmente no se tiene esa dependencia de la frecuencia de la red– En América se modificó a 29,94 al pasar a color y luego ha vuelto a 30 al pasar a digital

• Cuando hablamos de la Memoria Visual (o MAT) establecimos 50ms como un límite para que no se produjera parpadeo. En realidad la aparición de parpadeo depende de: – Frecuencia de cuadro (número de estímulos por seg) – Brillo de la imagen• Ley de Ferry-Porter: Establece una frecuencia crítica de imágenes para unbrillo dado por debajo de la cual se produce parpadeo

– fc = 37+12,6 log B– B: brillo en foot-lamberts

Ley de Ferry-Porter Si hay parpadeo, solución: ● bajar brillo ● subir frecuencia

Exploración entrelazada • Evitar el parpadeo a 25 imág/seg implica usar un nivel de brillo muy bajo (ver tele casi a oscuras)• Solución: aumentar la frecuencia de cuadro – Transmitir más imágenes • mayor ancho de banda, desechada por precio – Repetir imágenes: • Solución adoptada por el cine (cruz de malta) • En la TV convencional no existía memoria de almacenamiento capaz de ello, desechada– Solución Entrelazado, dibujar dos medias imágenes entrelazadas llamadas campos

Exploración entrelazada

1 Exploración de líneas impares: campo A 2 Exploración de líneas pares: campo B

CAMPO A CAMPO B CUADRO

Los campos se captan en instantes de tiempo diferentes, con movimiento puede haber mucho cambio de un campo al siguiente, Solución histórica que hizo posible la Televisión: ahorro del 50% en “cantidad de señal” a transmitir

El ojo percibe como frecuencia efectiva de refresco el doble: podemos poner en la fórmula f = 50 y el brillo máximo se multiplica por 10

• Ventajas de la exploración entrelazada:– Frecuencia de 50 campos por segundo ⇒ evita el parpadeo con niveles de brillo mayores• Para el ojo es como si fueran 50 imágenes por segundo

• Inconvenientes: efectos visuales – Vibración interlínea (interline twitter) – Desplazamiento de línea (line crawl) – Pérdida de resolución vertical (efecto Kell)• La TV Digital sigue utilizando entrelazado – Por compatibilidad, aunque existe modo progresivo – En alta definición para ahorrar en número de muestras en calidades menores: ej: HD Ready

Elección Histórica del Número de Líneas• Nº de líneas suficiente para que el ojo vea una imagen continúa => Agudeza Visual• Solución de compromiso: – Resolución vertical suficiente – No demasiado ancho de banda necesario (cantidad de información a enviar)• Determinación del número de líneas mínimo – Regla de los pintores: se fija la distancia de observación (d) de 4 veces la diagonal (D), esta es la distancia estándar para ver la tele. (solo en este caso) – Válido para relación de aspecto 4/3

Cálculo del Número de Líneas mínimo

Distancia para ver TV en función del alto de la pantalla• D = 5/3 H => d = 4D= 6,66 H

Ángulo barrido por el ojo viendo la pantalla β = 2·α

α/2 En el triángulo rectángulo AOE:

• α= 4,29º β ⇒ = 8,58º

Al ser los ángulos muy pequeños suponemos que cada línea barre el mismoángulo (1 minuto=1/60º, como máximo)

Elección del Número de Líneas

• Consideraciones que la condicionaron: – Número de líneas visibles > 515 por agudeza visual – Número impar de líneas (por entrelazado analógico) – Margen de seguridad de líneas ocultas fuera de pantalla (por arriba y por abajo): por el tiempo de retorno del haz de electrones en barrido vertical (para pantallas de tubo de rayos catódicos): no todas las líneas llevan imagen– Frecuencia de línea => debe ser un múltiplo de la frecuencia de cuadro Frecuencia de línea se representa por fh

Elección Final del Número de Líneas• Sistema NTSC: N = 525 = 7.5.5.3 (USA.)• Sistema Europeo: N = 625 = 5.5.5.5

– fh = 625. 25 = 15625 Hz (frecuencia de línea) – Th = 64 μs (periodo de línea) = 1/fh• En vídeo digital por compatibilidad – Se mantiene el mismo número de líneas – Cada línea tiene los valores de señal muestreados – Hay dos sistemas de vídeo digital básicos: • Americano de 525: 480 con imagen • Europeo de 625: 576 con imagenRelación entre frecuencias de cuadro y línea y número de líneas: fc·N = fh

Problemas sobre agudeza visual• Se trata de relacionar los siguientes parámetros: – A: Agudeza visual (normalmente 1 min de grado) – d: Distancia de observación de la pantalla – Dimensiones de la pantalla (alto H ó ancho W) – N: Número de líneas o elementos de imagen (píxeles)• Dados 3 de ellos calcular el valor límite del otro: – Máximo o mínimo para que se produzca la integración de los elementos de imagen• No se puede utilizar la regla de los pintores

relaciones: En el límite de integración visual se aproxima: β= N·AÁngulo total ≈ líneas · agudeza (válido para suficiente distancia)Se cumple que tg α= (H/2)/d con α = β/2

Para que se de integración visual, conocidos los otros términos determinar:● Distancia d mínima de observación● Número de líneas o píxeles N mínimo● Tamaño H (o W) máximo de la pantalla

Cuidado: si los píxeles no son cuadrados hay que considerar la dimensión mayor

Ancho de banda señal TV• Margen de frecuencias necesario para representar la señal analógica (de brillo por ahora)• En señales analógicas corresponde con la rapidez de variación temporal de la señal: – Solo variaciones lentas ⇒ menor ancho de banda – También variaciones rápidas ⇒ mayor ancho de banda, Se suele representar con B o Bw – Se traduce en Nitidez o detalle visual• En los sistemas digitales se parte de señales analógicas que se muestrean

– lo veremos más adelante.

Calidad Imagen/Ancho de BandaPruebas empíricas con observadores determinaron, la calidad observada en función del ancho de banda de la señal

Ancho de banda de la señal de brillo analógica• En la TV analógica se utiliza B = 5 Mhz• Estudios de producción: – Mayor ancho de banda• Receptores domésticos: – Menor ancho de banda• VHS: ≈ 3 MHz (SP), reducción calidad (LP)• En TV color veremos que el color no necesita tanto ancho de banda (tenemos menos agudeza visual del color)• En TV digital veremos que se mejora este ancho de banda del brillo hasta 6.75MHz: antes de digitalizarResolución de una señal de brillo analógica• Resolución: nº de líneas verticales que se pueden representar en una distancia igual a la altura de la pantalla

En los sistemas digitales viene dada por la muestras horizontales (píxeles) de laimagen: pero la señal analógica de la que parten debe tener suficientecalidad

Relación entre resolución y ancho de banda• La Resolución horizontal de una señal de brillo analógica depende del ancho de banda del dispositivo de captura y del canal de transmisión: – Con mayor ancho de banda se pueden representar variaciones más rápidas que se corresponde con detalles más finos – Con menor ancho de banda las variaciones más rápidas no se pueden representar y se pierde detalle de imagen• Para los sistemas analógicos se deduce aproximadamente que la resolución es de 80 líneas por megahercio de ancho de banda MHz• En los sistemas digitales viene dada por la muestras horizontales (píxeles) de la imagen: pero la señal analógica de la que parten debe tener suficiente calidad

Reducción de detalle con menor ancho de banda: 3Mhz

Vemos imagen y una línea ligera disminución de amplitud en las zonas de mayor detalle (Defecto No se nota casi nada)

Reducción de detalle con menor ancho de banda: 1.5Mhz

difuminación de zonas con detalles más finos (letras) Se nota un poco

Reducción de detalle con menor ancho de banda: 0.5Mhz

difuminación generalizada Se nota mucho

Resolución Vertical

• Viene dada por el número de líneas que llevan imagen tanto en los sistemas analógicos como en los digitales pero:• Se mide que en los sistemas con entrelazado la resolución vertical real es menor: – Degradación de la resolución vertical por el uso del entrelazado (efecto Kell). El nivel de detalle vertical se reduce por un factor de 0,65: es decir la resolución vertical efectiva es 0,65*número de líneas con imagen.• Por ejemplo en TV Argentina 576*0.65 = 374

Cartas de Ajuste

• Señales de vídeo normalizadas que se emiten para valorar la calidad y la resolución de todo el sistema de TV extremo a extremo. Imágenes con: • Señales multisalva: – Para medir frecuencias que llegan al receptor • Señales circulares: – Para medir frecuencias que llegan al receptor – Para determinar una posible deformación geométrica • Otras: rejillas, diferentes valores de brillo y color

Señales multisalva y circular Equivale a resolución en líneas:

En las cartas de ajuste se introduce la llamada Señal multisalva o circular paraestimar visualmente el ancho de banda de la señal de televisión que llega al receptor: Cada zona equivale a un MHz adicional de ancho de bandaDependiendo de que zonas se vean sabré qué nivel de detalle pasa

Ejemplo: estimación de ancho de banda

Ancho de banda entre 2 y 3 Mhz Veo la 2ª salva pero no veo la 3ª salva

Corrección de Gamma (γ)• Los tubos de imagen basados en rayos catódicos no seguían un comportamiento lineal en la relación

Cámara: Tensión de Salida Vs proporcional a brillo de entrada BiTubo de imagen: Brillo de Salida Bs no proporcional a tensión de entrada Vi, sino exponencial con una constante γ

• Solución: introducir un circuito que corrija esa no linealidad – Se hizo en el lado de la cámara para abaratar el receptor

• Consideraciones: – Las nuevas pantallas son lineales• Corrección en ellas para deshacer la alinealidad de la señal transmitida – Valor de Gamma γ (según CCIR) en diseño de los tubos debía ser: • Sistemas monocromos: 2,2 • Sistemas color: 2,8 – Circuitos correctores:• Basados en circuitos trabajando en la zona no lineal

Estructura de la Señal de TV analógica

• Veremos la señal compuesta de video frecuencia de nuestro sistema analógico sin considerar el color: vídeo compuesto PAL• Esta señal no se volverá a difundir por radio pero seguirá utilizándose como salida barata con un único cable (conector RCA amarillo)• Los sincronismos son valores de señal que no representan imagen sino que señalizan – Comienzo de línea: Sincronismo H – Comienzo de campo: Sincronismo V

Impulso de Sincronismo Horizontal

• El ISH es un pulso que indica el comienzo de una nueva línea, dura 4,7 μs y se encuentra en un intervalo de la línea de vídeo llamado de borrado donde no se envía información de imagen• Ese intervalo comparte el tiempo con la señal de imagen en cada línea (se multiplexan): – TH = 64 μs => 52 μs de señal y 12 μs de borrado• ISH debe ser totalmente diferente a señal de vídeo – Nivel fuera del rango de brillos

Impulso de Sincronismo Vertical (ISV)

• Indica que se ha llegado al final de un campo• ISV debe ser diferente a la señal de vídeo y al ISH• Condicionado por los circuitos de detección posibles en la época (años 1930)• Pulso largo con hendiduras que varía entre niveles de sincronismo y de negro

Impulso de Sincronismo Vertical

Un impulso largo para detección por integración: circuito integrador

Impulsos de Igualación

• Situados en zona vacía que separa el ISVdel resto de la señal– Necesarios para el correcto funcionamiento delos circuitos de sincronización de la época:• Impulsos de igualación anteriores IIA(preigualadores)• Impulsos de igualación posteriores IIP(postigualadores)• Cinco impulsos con duración: 2,35 μs• Periodo de media línea

Impulso Completo de Fin de Campo• Para la recuperación de los circuitos del barrido verticalse dejaron 17,5 líneas siguientes a los IIP:– Líneas en negro ⇒ actualmente se usan para transmitir otro tipode información (teletexto, señales de prueba,…)• Impulso completo de fin de campo ⇒ 25 líneas:– Pórtico anterior (IIA): 2,5 líneas– ISV: 2,5 líneas– Pórtico posterior (IIP + líneas en negro): 20 líneas• Impulso de borrado vertical (25 líneas): se llamaborrado porque en ese tiempo no se pinta en la pantalla.bloqueo del chorro de electrones en pantallas de tubo.25 líneas sin imagen

Ejemplo de comienzo de campo

Estructura del Campo Impar

Identificación de campo Impar

• Impulso de Sincronismo Vertical al principio de la primera línea• Primer I Sincronismo H tras 5 líneas, línea 6 – Del último I Igualador Posterior al primer I Sincronismo H media línea• Primera línea con vídeo: Nº 23 desde la mitad• Última línea con vídeo: Nº 310, completa

Estructura del Campo Par

Identificación de campo Par

• Impulso de Sincronismo Vertical a mitad de la línea 313• Primer I Sincronismo H tras 5,5 líneas, línea Nº 319– Del último I Igualador Posterior al primer I Sincronismo H una línea completa• Primera línea con vídeo: Nº 336 completa• Última línea con vídeo: Nº 623, hasta la mitad

Situación de las líneas

El número de cada línea indica el orden en que aparece en la señal, sobre la pantalla puede o no representarse y se sitúa donde indica el gráfico

Radiodifusión de una señal (de TV)

• Para poder emitir por una antena cualquier señal es necesario desplazarla/transportarla a una frecuencia más alta para que pueda propagarse como onda electromagnética• El proceso se conoce como modulación: – Una sinusoide llamada portadora de frecuencia alta (radiofrecuencia) se modifica con los valores de la señal a transmitir – La señal a transmitir se llama moduladora por que modifica o modula algún parámetro de la portadora

Modulación de Amplitud AM

El caso más sencillo de modulación usada en radio AM

La Modulación multiplica el mensaje por portadora

Modulación AM en el tiempo

Modulación AM en el dominio de la frecuencia

Señal de video en banda Base Doble banda lateral (DBL)

Banda lateral vestigial (BLV)

Modulación de la Señal de TV

• En TV Analógica (Norma PAL N) – Vídeo modulado en una variante de la modulación de amplitud AM llamada banda lateral vestigial (BLV) – Sonido mono con un tipo de modulación de frecuencia FM y estereo en MTS (Multichannel television sound), (sonido multicanal de televisión)• EN TV Digital Terrestre (Norma ISDB-T) – Modulación digital llamada OFDM sofisticada con 8k portadoras tipo 64 QAM: permite transmitir cerca de 20Mbps de datos con vídeo, audio, subtítulos, etc. para varios programas de TV y radio• En ambos se ocupa 6MHz de ancho de banda

Múltiplex por división en frecuencia

Modulamos varias señales con diferentes portadoras

Esquema

En el domino de la frecuencia tenemos:

Las señales se pueden transmitir por radio sin interferirse unas con otras

En el receptor se separa la que interesa al sintonizar

Canal de Televisión

• Canal de televisión: Margen de frecuencias donde se ubica una señal de TV• Normas Argentina: radiodifusión TV terrestre:– Analógica:• Norma PAL N: canales de TV en bandas VHF y UHF (6Mhz)– Digital:• Norma ISDB-T: canales en bandas UHF (6Mhz)

Canales Asignados para TV

F INFERIOR F SUPERIOR ANCHO DE BANDA CAPACIDAD DE CANALESI 54 88 34 5 (6 MHz)

III 174 216 42 7 (6 MHz)

IV y V 470 806 336 56 (6 MHz)

• Banda I – Canales 2,3,4,5 y 6 – Canal 1 => no se usa• Banda III – Canales 7, 8, 9, 10, 11,12 y 13• Bandas IV y V (UHF) – Canales 14-69• Frecuencia Intermedia 45 MHz

Receptor de TV en Blanco y Negro

Conceptos generales sobre Televisión en Color

Señales de Vídeo en ColorPrincipios comunes a todos los sistemas de televisión en color

Compatibilidad dual

• Receptor en color debe ver en color correctamente emisión en color• Directa: Receptor b/n antiguo debe ver en b/n correctamente emisión en color• Inversa: Receptor en color deber debe ver en b/n correctamente una emisión b/n antigua

Señales componentes¿Cómo las envío para que haya compatibilidad?Recordar que son tensiones proporcionales a componentes R’’G’’B’’(en realidad gamma corregidas)

Codificación de las componentes:Requisitos históricos

• Generación de señales apropiadas para su transmisión. – Codificación de las señales componentes – Operación con matriz 3x3 de transformación• Utilización de un único canal para la transmisión => evita diferencias de retardo• Mantener compatibilidad con sistemas TV Monocromo• Adecuarse a las normas ya establecidas de los canales TV

Señales para TV en color• Y: brillo de la señal, se envía tal cual – Señal de luminancia: Y=0.3·R+0.59·G+0.11·B• Dos señales diferenciales de color, señales que se anulan para un color gris basadas en señales B-Y y R-Y – Añadidas en vídeo compuesto (analógico PAL) al brillo a través de la llamada señal de crominancia: modulación en cuadratura de diferencias de color sobre frecuencia subportadora de color (una frecuencia alta: Pal N 3,582056 MHZ, Pal B 4,4433619 MHz)

Compatibilidad• Directa: un receptor b/n toma la señal completa como el brillo – Se ve correctamente el brillo, la crominancia se ve como un tramado superpuesto al brillo – El brillo puede discrepar ligeramente del original

• Por la corrección de gamma diferente en color y en b/n• En PAL se utiliza la fórmula de NTSC• Inversa: en un receptor color, al recibir un señal b/n no se encontrará la crominancia: Las diferencias de color salen nulas – se verán sólo colores grises (R=G=B).

Diferencias de color en vídeo digital• En Vídeo digital y en TV digital se utilizantambién Y y una diferencias de color Cr y Cb: – Y = 0.299 R + 0.587 G + 0.114 B – Cr= 0.713 (R – Y) – Cb= 0.564 (B – Y)• No por compatibilidad, sino para separar brillo (que transporta más información relevante) que el color (menos información) – Se codifica con más precisión el brillo que las diferencias de color

Agudeza visual del color: Experimento de König• Determinación de la agudeza visual del color – Es mucho menor que la del brillo (1 min de grado) – Depende del tono de color• Las diferencias de color del sistema de TV NTSC analógico ( USA) se basaban en los resultados de este experimento• Permite enviar las diferencias de color – Con menor ancho de banda que Y en analógico – Con menos datos que Y en digital

Componentes normalizadas• Salida de los sensores (tubos de cámara o CCDs): – Señales de tensión ER, EG, EB, EY – Valores atenuados y amplificados a lo largo de la transmisión-recepción – Todos los canales afectados por igual => variación de la Luminancia. – En recepción el usuario controla el brillo final – Para independizar de los valores concretos normalizamos, y denominamos a las señales R,G,B,Y:• 0 ⇒ mínimo• 1 ⇒ máximo

Saturación de un color (en TV)• En colorimetría un color saturado es al 100 % – color espectral puro => situado en recta de colores no espectrales• Receptor de TV no puede representar colores saturados 100 %• Redefinición de color saturado al 100 % – aquellos colores situados en los lados del triángulo de primarios

Saturación de un color (TV)

• Color saturado al 100 % – Uno o dos componentes son 0 Corrección de gamma en color

Cálculo de señales a partir de componentesLa γ utilizada en color (2.8) es diferente de la γ utilizada en b/n (2.2)

Señal de barras de colorCalculamos la señal de vídeo con los colores más extremos

• Carta de barras contiene – Blanco – Primarios – Complementarios – Negro• Con Saturación y Amplitud máximas: S=A=1 obtenemos valores máximos de Y, (R-Y) y (B-Y)

Composición de cada barra(saturación y amplitud máximas)

Señal RGB de una carta de barras

Señal RGB recibida con carta de barras de S=A=1

Señal GBR de una carta de barrasA=S=100%

según norma N-20(700mv de excursión)

Señal Y Cr Cb de una carta debarras A=S=100%

según norma N-10(700mv de excursión)

Sistema de TV PAL

• PAL nombre dado por el principio de funcionamiento: Phase Alternation Lines Alternancia de fase entre líneas – Inversión de fase de la crominancia en líneas alternas de la señal – Evita errores de tono de color con los errores de fase• En 1967 implantado en U.K y R.F. Alemania (Pal B) • En 1980 en Argentina (Pal N)• En 2010 se implemento la TV Digital (ISDB-T)• Un tiempo seguiremos usando la señal de vídeo compuesto PAL (conector amarillo RCA)

Señal de Vídeo Compuesto en color PAL• Las diferencias de color U y V se suman a la luminancia con un tipo de modulación de amplitud denominada modulación en cuadratura (misma portadora desfasada ¼ de periodo) sobre una frecuencia de 4.43MHz en Pal B y de 3,58 en Pal N llamada frecuencia de subportadora de color. Es la señal de crominancia.Vídeo Compuesto PAL = Luminancia + Crominancia

Expresión de la crominacia en PAL• De forma genérica se dice que: U(t)·cos(wspct) ± V(t)· sen(wspct)• La modulación en cuadratura se hace: – En unas líneas con V (líneas llamadas ‘NTSC’) – En las otras líneas con –V (líneas llamadas ‘PAL’)• Cada cuadro, como es un número impar de líneas (625) cada línea cambia de tratamiento PAL/NTSC

Luminancia es el valor medio al que se superpone la sinusoide de crominancia

Señal de Vídeo Compuesto

Representación vectorial del color• Representación cartesiana según señalesdiferencia de color Cr, Cb ó U, V

Módulo del vector crece con la saturación del color

Vectorscopio

Equipo para evaluar la transmisión de la crominancia en una señal de TVEs como un osciloscopio enel que se pone Cr ó V en el eje vertical y Cb ó U en el eje horizontalLa distancia al centro es mayor para colores con más saturaciónLa fase o ángulo está relacionada con el tono concreto de color(longitud de onda dominante)En el centro están los grises(Diferencias de color nulasdistancia cero, sin fase)

Controles de un televisorEstos regulan:• Contraste: Amplificación de la señal de vídeo completa• Color: Amplificación de la Crominancia• Brillo: Suma de blanco variable a componentes RGB

• El parámetro más importante del color es su fase si se altera el tono del color cambia, sin embargo el brillo y la saturación son ajustes que el usuario puede modificar a su gusto• Contraste: amplifica por igual Y y Cr, aumenta el brillo de la imagen, no cambia saturación ni fase• Color: amplifica la Cr: cambia la saturación de los colores, pero mantiene el brillo y la fase• Brillo: suma una misma cantidad variable a R,GyB (blanco): cambia saturación y brillo, pero no fase – Aumenta o disminuye el blanco de fondo de un color

Salva de subportadora de color en PAL• Muestra de la subportadora de color que se envía en el intervalo de borrado horizontal• Sirve para demodular las diferencias de colorTiene que recuperarsede forma exacta y esuna de las flaquezas delos sistemas analógicos:

Los errores de fase

Limitaciones de los sistemas analógicos de TV• Señal analógica: toda perturbación repercute en los valores de la señal: en la calidad de la imagen• Errores de fase: corregibles en PAL, no totalmente en NTSC: cambian tono de color• Separación de la luminancia y la crominancia – Basada en propiedades espectrales de las señales que no siempre se cumplen – Efectos adversos: cross-color, cross-luma

ISBT-T reporte técnico ANEXO-AA. Contenidos técnicos y estructura del sistema ISDB-T

Como está escrito en la sección 2 características técnicas del “ISDB-T Reporte Técnico”, el ISDB-T tiene muchas ventajas técnicas. Esas ventajas se basan principalmente en su estructura. Por lo tanto, en este ANEXO, se presentan su estructura y características. 1. Estructura del ISDB-T Como se muestra en la Figura 1-1, en general un sistema de transmisión digital se compone por tres bloques funcionales, (1) Bloque de código fuente, (2) Bloque Múltiplex, y (3) Bloque de transmisión de código. En el diseño de un sistema de transmisión digital, se consideran los temas de servicio, configuración para el servicio de transmisión (ejemplo: recepción fija, móvil, y recepción portable), se decide también la estructura tecnológica para el sistema de transmisión como lo son especificaciones y guías técnicas para la transmisión.

Figura 1-1 Estructura del sistema de transmisión digital (ISDB-T Japonés) En Japón, de acuerdo a la estructura del sistema de transmisión digital, las especificaciones de cada bloque funcional, son estandarizadas como estándar ARIB ver

Interfase común (Interfase para

el TS.)

(cualquier servicio disponible)

Múltiplex( Basado en los sistemas de MPEG-2)

Una solaportadora

8-PSK/PSK

Una sola portadora64QAM

OFDM segmentadoQAM/DQPSK

Con time interleave

MPEG-2Cod. De Video

MPEG-AACCod. De Audio

Cod. De datos(nota)

H.264 Cod. DeVideo

Servicio móvil/fijo

Un segmento para servicio portable

(satélite) (cable) (terrestre)

Código fuente

Múltiplex

Transmisión codificada

Interfase común para (TS)

(nota) BML y MHP están disponibles, pero en Japón ahora esta solo en servicio el BML

Interfase común (Interfase para

el TS.)

(cualquier servicio disponible)

Múltiplex( Basado en los sistemas de MPEG-2)

Una solaportadora

8-PSK/PSK

Una sola portadora64QAM

OFDM segmentadoQAM/DQPSK

Con time interleave

MPEG-2Cod. De Video

MPEG-AACCod. De Audio

Cod. De datos(nota)

H.264 Cod. DeVideo

Servicio móvil/fijo

Un segmento para servicio portable

(satélite) (cable) (terrestre)

Código fuente

Múltiplex

Transmisión codificada

Interfase común para (TS)

(nota) BML y MHP están disponibles, pero en Japón ahora esta solo en servicio el BML

siguiente (nota). (nota) ARIB: Asociación de la industria y negocios de la radio, (Association of Radio Industries and Business), Organización voluntaria para la radio y estandarización de sistemas de transmisión. El estándar para el sistema de transmisión digital es como se muestra en la figura 1-2.

Figura 1-2 Estándar de transmisión digital en Japón En las siguientes secciones se describen los métodos técnicos para obtener las características del sistema ISDB-T. 2 Alta calidad / Flexibilidad del servicio. 2.1 Alta calidad Japón comenzó con la investigación y desarrollo de la HDTV hace aproximadamente 30 años, y es un líder mundial en hardware/software de la HDTV. Debido a estos antecedentes, la Alta calidad es el requerimiento más importante para un sistema de transmisión digital. La transmisión satelital en Japón, empezó desde 1997, el servicio de HDTV es un

CodificadorVideo/Audio(STD-B32)

Transmisiónde datos

(STD-B24)

Múl

tiple

x(S

TD-B

32,-B

10)

Satélite TV(STD-B20)

TV Terrestre(STD-B31)

Audio Terrestre(STD-B29)

Transmisión codificada Receptor

Satélite/TV Terrestre(STD-B21)

Audio Terrestre(STD-B30)

Audio Satélite(STD-B41)

Audio Satélite(STD-B42)

RMP(STD-B25)

Código fuente

Los sistemas de transmisión son diferentes

El código fuente y el MUX son sistemas comunes para cada sistema Nota: Los estándares para sistemas de transmisión

por cable se definen en otros documentos

TV Cable(JCL SPC-001)

TV Cable(JCTEA STD-004)

CodificadorVideo/Audio(STD-B32)

Transmisiónde datos

(STD-B24)

Múl

tiple

x(S

TD-B

32,-B

10)

Satélite TV(STD-B20)

TV Terrestre(STD-B31)

Audio Terrestre(STD-B29)

Transmisión codificada Receptor

Satélite/TV Terrestre(STD-B21)

Audio Terrestre(STD-B30)

Audio Satélite(STD-B41)

Audio Satélite(STD-B42)

RMP(STD-B25)

Código fuente

Los sistemas de transmisión son diferentes

El código fuente y el MUX son sistemas comunes para cada sistema Nota: Los estándares para sistemas de transmisión

por cable se definen en otros documentos

TV Cable(JCL SPC-001)

TV Cable(JCTEA STD-004)

servicio real de transmisión satelital, por lo que también para el servicio de transmisión digital terrestre se adopta la HDTV. Japón adopto el sistema de compresión MPEG-2 para HDTV/SDTV, por lo que ambos sistemas son soportados en la transmisión digital. 2.2 Flexibilidad del servicio En el sistema ISDB-T, la flexibilidad del servicio se lleva acabo por medio de dos técnicas descritas a continuación. (1) MPEG-2 tecnología de codificación de video y MPEG-AAC tecnología de codificación de audio. MPEG-2 es la tecnología de codificación de video adoptada en el sistema Japonés de transmisión digital, soporta varios tipos de calidad de video/formatos descritos en la tabla 2-1. Para el sistema de audio, se adopta en Japón, el MPEG-AAC, sistema de alta compresión y calidad en codificación de audio, que también soporta varios tipos de audio calidad/formato mostrados en la tabla 2-2. Los receptores para la transmisión digital en Japón, deben de cumplir con la especificación de decodificar cualquier tipo de video/audio calidad/formato descritos en el la tabla 2-1 y en la tabla 2-2. En adición a lo anterior, las especificaciones del receptor digital, especifican que la salida del formato de video a mostrar, debe de poderse seleccionar de acuerdo a la especificación mostrada. La siguiente conversión de formatos es posible, (1)HDTV→SDTV, (2)SDTV→HDTV. Como se describió anteriormente, el receptor de ISDB-T tiene flexibilidad para reproducir video/audio calidad/formato. Así es posible disfrutar programas en HDTV y en SDTV convirtiendo formatos. Por esto, los receptores ISDB-T soportan la variación en los servicios de transmisión, tales como HDTV, HDTV + SDTV, multi SDTV, etc., en un solo receptor. Para el sistema de audio, se soportan varios formatos, tales como monoaural/ stereo/bi-lingue/ multicanal stereo, y también conversiones de multicanal a monoaural y stereo, asi que estos pueden ser usados y ligados al sistema de audio.

525 525 750 1125483 483 720 1080

Entrelazado Progresivo Progresivo Entrelazado30/1.001 Hz 60/1.001 Hz 60/1.001 Hz 30/1.001 Hz60/1.001 Hz 60/1.001 Hz16:9 o 4:3 16:9 16:9 16:9

15.750/1.001 khz 31.500/1.001 khz 45.000/1.001 khz 33.750/1.001 khzLuminancia 13.5 Mhz 27 Mhz 74.25/1.001 Mhz 74.25/1.001MhzDiferencia de color 6.75 Mhz 13.5 Mhz 37.125/1.001 Mhz 74.25/1.001MhzLuminancia 858 858 1650 2200Diferencia de color 429 429 825 1100Luminancia 720 720 1280 1920Diferencia de color 360 360 640 960

Ver Fig. 1 Ver Fig. 2Ver Fig. 5 Ver Fig. 6

Ver Fig. 7 Ver Fig. 8 Ver Fig. 9 Ver Fig. 10Sincronización de campo

Ver Fig. 3Ver Fig. 4

Numero de muestras por línea

Numero de muestras por línea activa

Características del filtroSincronización de línea

Frecuencia de campoRelación de aspecto

Frecuencia de línea fhFrecuencia de

muestreo

Numero de líneasNumero de líneas activas

BarridoFrecuencia de cuadro

(ARIB STD-B32 Parte 1, Capitulo 2.4)

Tabla 2-1 Video Calidad/formato adoptado en la transmisión digital.

Tabla 2-2 Audio Calidad/formato adoptado en la transmisión digital

NingunaÉnfasis

Monoaural, stereo, multicanal stereo (3/1, 3/2, 3/2+LFE) (Nota 2), 2-audio señales (dual monoaural)

Modo de audio recomendado

Monoaural, stereo, multicanal stereo (3/0, 2/1, 3/1, 2/2, 3/2, 3/2+LFE) (Nota 1), 2-señales de audio (dual monoaural), multi-audio (3 o mas señales de audio) y combinaciones de lo anterior.

Modo de audio

Modos posibles de audio

RestriccionesParámetro

Canal de enlace de baja frecuencia(Nota 2) LFE = Low frequency enhancement channel

Ejemplo: 3/1 = 3 frontales + 1 trasero3/2 = 3 frontales y 2 traseros

(Nota 1) Numero de canales frontales y traseros (Bocinas):

ARIB STD-B32 Parte 2 Capitulo 5.1

NingunaÉnfasis

Monoaural, stereo, multicanal stereo (3/1, 3/2, 3/2+LFE) (Nota 2), 2-audio señales (dual monoaural)

Modo de audio recomendado

Monoaural, stereo, multicanal stereo (3/0, 2/1, 3/1, 2/2, 3/2, 3/2+LFE) (Nota 1), 2-señales de audio (dual monoaural), multi-audio (3 o mas señales de audio) y combinaciones de lo anterior.

Modo de audio

Modos posibles de audio

RestriccionesParámetro

Canal de enlace de baja frecuencia(Nota 2) LFE = Low frequency enhancement channel

Ejemplo: 3/1 = 3 frontales + 1 trasero3/2 = 3 frontales y 2 traseros

(Nota 1) Numero de canales frontales y traseros (Bocinas):

ARIB STD-B32 Parte 2 Capitulo 5.1

Como se describió anteriormente, adoptando el estándar ISDB-T, cualquier tipo de servicio de transmisión es posible en un receptor (nota) En Sudamérica, ya se usa el sistema Dolby 5.1 surround. Para compatibilidad entre MPEG-AAC y el Dolby surround, se utiliza un convertidor AAC/DTS asegurando la compatibilidad. (En Brasil, se logro esta conclusión en Marzo del 2007).

(1) MPEG-2 Sistemas para Multiplex ISDB-T adopto el sistema MPEG-2 como tecnología múltiplex. En los sistemas MPEG-2, todos los contenidos transmitidos, video/audio/datos son multiplexados en un paquete llamado Flujo de transporte (Transport stream). Aunque, cualquier tipo de contenido/servicio puede ser multiplexado. El concepto múltiplex se muestra en la figura 2-3 (nota) los formatos de la señal PES, TS están definidos por ARIB STD-B32, basados en el sistema MPEG-2. (nota) PSI esta definido en ambos STD-B32 y STD B10. En el STD-B32, solo en el esquema establecido para el sistema MPEG-2 es definido.

Figura 2-3 Formato Múltiplexado en el sistema ISDB-T.

Como se muestra en la figura 2-3, los contenidos de flujo, tales como video, audio y flujo de datos, son convertidos al formato PES(Packet Elementary Stream) Paquete de Flujo Elemental y finalmente son convertidos al TS y multiplexados; por otro lado, los contenidos que no son del tipo de flujo de datos , son convertidos al formato de Sección y finalmente convertidos al formato TS y multiplexados.

Audio ES SI

Información para

scramblePSI

PES Sección

TS

Video ES Datos (cadena) Datos

(carrusel)

Datos (archivo)

Audio ES SI

Información para

scramblePSI

PES Sección

TS

Video ES Datos (cadena) Datos

(carrusel)

Datos (archivo)

3.- Características del sistema de Transmisión (Robustez, Flexibilidad del Sistema de Recepción, Utilización de Frecuencia, Movilidad & Portabilidad) La característica más importante del ISDB-T es su sistema de transmisión. En las siguientes secciones se describen las características y tecnologías usadas en el ISDB-T. 3.1 Tecnologia de transmission OFDM (robustez en contra de multi-path, SFN red isofrecuencia) La tecnología OFDM(Orthogonal Frecuency Division Multiplex) de transmisión, es un sistema de transmisión de multi portadoras. En el sistema de transmisión OFDM, los datos digitales son divididos en multi portadoras y enviados. Como resultado, la longitud del símbolo de transmisión tiene mayor longitud que en un sistema de transmisión de una sola portadora. Si el símbolo de transmisión tiene mayor longitud habrá menos degradación por la Interferencia Inter Símbolo (ICI), causada por la interferencia multi-path (a esta interferencia se le llama “fantasma”) En la figura 3-1 se muestra el concepto de la diferencia entre un sistema multi portadora y de una sola portadora.

Entrada de cadena de datos

Modulación conuna solo

portadora

Salida de RF

Distribuidor

Modulación (f1) Com

binador

Modulación (f2)Modulación (f3)Modulación (f4)

Salida de RF

Modulación multiportadora (nota)

T

T

4T

f1f2f3f4(nota) el proceso de modulación con

multiportadoras se hace usando la IFFT (Transformada rápida de furier)

Entrada de cadena de datos

Modulación conuna solo

portadora

Salida de RF

Distribuidor

Modulación (f1) Com

binador

Modulación (f2)Modulación (f3)Modulación (f4)

Salida de RF

Modulación multiportadora (nota)

T

T

4T

f1f2f3f4(nota) el proceso de modulación con

multiportadoras se hace usando la IFFT (Transformada rápida de furier)

Figura 3-1 Diagrama conceptual para la relación entre la modulación y las longitudes del símbolo. La figura 3-1 nos muestra 4 portadoras como un sistema multi portadoras. Como se muestra, en un sistema multi portadoras, la longitud del símbolo se extiende 4 veces, por otro lado, en un sistema de una sola portadora, la longitud del símbolo tiene la misma longitud que el de señal de entrada. Figura 3-2 Muestra la influencia de la interferencia Multi-path, como podemos ver, es fácil entender que la Interferencia Inter Símbolo (ICI) es inversamente proporcional a la longitud del símbolo, entonces, en una condición de multi-path, un sistema con longitud de símbolo mas grande, es mejor.

Figura 3-2 relación de retardo multi path e ICI En adición a lo anterior, en el sistema ISDB-T, se agrega un Intervalo de Guarda a cada símbolo. Como resultado, la robustez en contra de la interferecia multi-path es mejorado hasta en una relación de 0dB D/U (Desired to Undesired ratio – Relación entre Deseado y No deseado) durante el período de longitud del Intervalo de Guarda.

-2

0

2

4

6

8

1 0

1 2

1 4

1 6

1 8

2 0

2 2

2 4

-3 0 0 -2 5 0 - 2 0 0 - 1 5 0 -1 0 0 -5 0 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0

D e la y S p re a d (µ s )

De

sir

ed

to

Un

de

sir

ed

(D

/U)

[dB

]

A TS C L a tes t G e n era t ion - 1 9.39M b ps - 8 V S B 2/3 A TS C P re vio us G e nera t ion - 19 .39M bps - 8V S B 2 /3D V B -T La tes t G enera t ion - 1 9.76M bps - 6 4Q A M 8k 3 /4 1 /16 D V B -T P revio us G enera t ion - 19 .7 6M bp s - 64Q A M 8k 3 /4 1 /16IS D B -T La tes t G e nera t ion - 19 .3M b ps - 6 4Q A M 8k 3 /4 1 /1 6 0 ,2s IS D B -T P re vious G ene rat ion - 19 .3M bps - 64Q A M 8k 3 /4 1 /16 0 ,2s

: retardo multi-pathTICI= /T

4T

Señal deseada

Interferencia Multi-path

t tt t ICI= /4Tt

(a) Una solo portadora (b) Multiportadoras

: retardo multi-pathTICI= /T

4T

Señal deseada

Interferencia Multi-path

tt tttt tt ICI= /4TtICI= /4Ttt

(a) Una solo portadora (b) Multiportadoras

(nota) este dato es acotado desde la ref 1

Figura 3-3 Robustez en contra de la interferencia estática multi-path (3 sistemas DTTB) Como se muestra en la figura 3-3, El sistema ISDB-T muestra la robustez durante el +/- la longitud del Intervalo de Guarda. DVB-T también tiene características similares por que adoptó el sistema OFDM, por otro lado el sistema ATSC es débil, por que en este sistema de transmisión se utiliza una sola portadora. ATSC adopto la tecnología del filtro adaptativo para mejorar la robustez, pero, el funcionamiento nos es muy bueno comparado con el sistema ISDB-T. La robustez en contra del multi-path es muy importante para la transmisión terrestre debido a las siguientes razones.

(1) En la banda VHF/UHF, el muti-path siempre existe. Ustedes la conocen como, simplemente imagen con fantasmas en la TV analógica. La interferencia multi-path ocurre debido a las montañas, edificios y otros accidentes, así que este efecto no solo existe en las zonas con montañas, si no también en la zona urbana. El ISDB-T muestra un excelente funcionamiento en la recepción, aun con las condiciones antes mencionadas.

(2) Debido a la construcción de la robustez en contra de la interferencia multi-path, redes isofrecuencia se pueden fácilmente construir (SFN, Single Frequency Network). Esto permite las siguientes ventajas; (a) Ahorro en el espectro de frecuencia, (b) No hay necesidad de cambiar de canal en los servicios de recepción móvil/portátil, (c) amplia cobertura de área, aún con sombras ocasionadas por montañas o los edificios, usando pequeños repetidores.

3.2 Time interleave(Robustez en contra del ruido urbano, Movilidad & Portabilidad) En un sistema de transmisión digital, generalmente se adoptan sistemas de corrección de errores para reducir la degradación causada por diferentes tipos de interferencias (Incluyendo ruido térmico). Los 3 sistemas de DTTB adoptaron sistemas de corrección, llamados corrección de errores concatenados (cadena de codificación convolucional/decodificación Viterbi + codificación/decodificación Reed Solomon (RS) )

Figura 3-4 Diagrama de bloques funcional del ISDB-T Los sistemas de error de corrección, generalmente, tienen un mejor funcionamiento en contra de los errores aleatorios tales como el ruido térmico, pero no trabajan bien en contra de los errores de burst (error concatenado). Por lo tanto, se adopta una tecnología para la aleatorización del error, a través de un sistema de corrección de errores, a esta tecnología se le llame tecnología “Interleave”. Por ejemplo, se muestra en la siguiente página el diagrama a bloques funcional del sistema ISDB-T en la figura 3-4. Como se muestra en la figura, el ISDB-T tiene 4 tipos de Interleave. Estos son:

(1) Byte interleave, (2) Bit Interleave, (3) Time interleave, (4) Frequency interleave. Los efectos de estas funciones de Interleave se describen en la figura 3-5

TSRE-MUX Cod. RS Divisor

Jerárquico

Adaptadorde energíadispersa

Ajuste de

retardo

ByteInterleave

Codificadorconvolucional

BitInterleave

FrequencyInterleave

TimeInterleaveMapeo

CombinadorJerárquico

OFDMAdaptaciónde cuadro

Piloto/TMCC/AC

IFFT Adición deIntervalo de

guarda

MODQuad.

Conv.D/A

Señal OFDM

TSTS

RE-MUX Cod. RS Divisor Jerárquico

Adaptadorde energíadispersa

Ajuste de

retardo

ByteInterleave

Codificadorconvolucional

BitInterleave

FrequencyInterleave

TimeInterleaveMapeo

CombinadorJerárquico

OFDMAdaptaciónde cuadro

Piloto/TMCC/AC

IFFT Adición deIntervalo de

guarda

MODQuad.

Conv.D/A

Señal OFDM

TS

Figura 3-5 Posición de los circuitos Interleave y su efecto. Como se muestra en la figura, “Time interleave” es verdaderamente efectivo para mejorar la robustez en contra del ruido de impulso y funciona mejor para recepciones móvil/portable. El ruido de impulso es dominante en el factor de degradación en un área urbana, los cuales son causados desde el motor de un auto, el arranque de equipo eléctrico, son llamados “ruidos hechos por el hombre”. El sistema ISDB-T es el único que tiene la función de “Time Interleave”. Los sistemas ATSC y DVB-T no tienen esta función. Como resultado tenemos que el sistema ISDB-T es significativamente superior a los otros dos sistemas ATSC y DVB-T, en el desempeño de recepción en áreas urbanas y desempeño en la recepción móvil/portable. Como ejemplo, la figura 3-6 nos muestra el desempeño de recepcion bajo las condiciones de ruido de impulso.

Byteinterleaveﾞ

Cod.RS Cod.

Conv.Bit

interleaveﾞFrequencyinterleave

Time interleaveﾞMapeo

Byte interleaveByte interleave esta localizado entre el codificador externo e interno. Aleatoriza elerror de burst a la salida del decodificador Viterbi

Bit interleaveBit interleave esta localizado entre el codificador convolucional y el mapeo. Aleatorizael error del símbolo antes del decodificador Viterbi.

Frequency interleaveFrequency interleave esta a la salida del Time interleave. Aleatoriza el burst de error enel dominio de la frecuencia el cual es causado por el efecto multi-path ,interferencia deportadoras, etc.

Time interleaveTime interleave esta antes del frequency interleaver y después del mapeo. Aleatorizael burst de error en el dominio del tiempo el cual es causado por ruido de impulso, degradando la recepción portátil etc.

Byteinterleaveﾞ

Cod.RS Cod.

Conv.Bit

interleaveﾞFrequencyinterleave

Time interleaveﾞMapeo

Byte interleaveByte interleave esta localizado entre el codificador externo e interno. Aleatoriza elerror de burst a la salida del decodificador Viterbi

Bit interleaveBit interleave esta localizado entre el codificador convolucional y el mapeo. Aleatorizael error del símbolo antes del decodificador Viterbi.

Frequency interleaveFrequency interleave esta a la salida del Time interleave. Aleatoriza el burst de error enel dominio de la frecuencia el cual es causado por el efecto multi-path ,interferencia deportadoras, etc.

Time interleaveTime interleave esta antes del frequency interleaver y después del mapeo. Aleatorizael burst de error en el dominio del tiempo el cual es causado por ruido de impulso, degradando la recepción portátil etc.

Como se muestra en la figura, sobre 150 µs del ancho del pulso, el ISDB-T es alrededor de 7dB mejor, que los otros dos sistemas, en el desempeño de recepción. 7 dB de mejora significa 1/5 de menor potencia del transmisor.

Esto significa que para los sistemas ATSC y DVB-T en donde se requiere de 1 KW de potencia de transmisión, para el sistema ISDB-T se requiere solo 200W para cubrir la misma área. Figura 3-6 Desempeño de recepción bajo las condiciones de ruido de impulso (3 sistemas

DTTB).

3-3 Transmisión segmentada OFDM (Servicios portables en el mismo canal) La transmisión segmentada OFDM, es el único sistema de transmisión, que es capaz de transmitir diferentes parámetros de señal en el mismo ancho de banda. A este sistema de transmisión se le llama “transmisión en modo jerárquico”

La figura 3-7 nos muestra una imagen de la “transmisión en modo jerárquico”

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

12

14

160 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Pulse Width [µs]

C/N

eq [d

B] (

Car

rie to

Equ

ival

ent G

auss

ian

ATSC Latest Generation - 19.39Mbps-8 VSB 2/3 ATSC Previous Generation - 19.39Mbps-8 VSB 2/3DVB Latest Generation - 19.3Mbps-64QAM 8k 3/4 1/16 DVB Previous Generation - 19.3Mbps-64QAM 8k 3/4 1/16ISDB Latest Generation - 19.3Mbps - 64QAM 8k 3/4 1/16 0,2s ISDB Previous Generation - 19.3Mbps - 64QAM 8k 3/4 1/16 0,2s

Diferencia de 7dB

ISDB-TATSC

DVB-T

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

12

14

160 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Pulse Width [µs]

C/N

eq [d

B] (

Car

rie to

Equ

ival

ent G

auss

ian

ATSC Latest Generation - 19.39Mbps-8 VSB 2/3 ATSC Previous Generation - 19.39Mbps-8 VSB 2/3DVB Latest Generation - 19.3Mbps-64QAM 8k 3/4 1/16 DVB Previous Generation - 19.3Mbps-64QAM 8k 3/4 1/16ISDB Latest Generation - 19.3Mbps - 64QAM 8k 3/4 1/16 0,2s ISDB Previous Generation - 19.3Mbps - 64QAM 8k 3/4 1/16 0,2s

Diferencia de 7dB

ISDB-TATSC

DVB-T

Grupo B(HDTV o Multi -SDTV con Datos)

Grupo A(Datos, Audio, LDTV)

frecuencia

(Ejemplo; 1seg + 12 seg)

Constelación QPSK Constelación 64QAMDiferencia requerida C/Nentre 64QAM y QPSK

es de12 dB

-

seg)

13 segmentos(6MHz de ancho de banda)

Grupo B(HDTV o Multi -SDTV con Datos)

Grupo A(Datos, Audio, LDTV)

frecuencia

(Ejemplo; 1seg + 12 seg)

Constelación QPSK Constelación 64QAMDiferencia requerida C/Nentre 64QAM y QPSK

es de12 dB

-

seg)

13 segmentos(6MHz de ancho de banda)

Figura 3-7 Imagen del “Sistema de transmisión en modo jerárquico” (caso de 2 grupos) Figura 3-7 muestra el caso de transmisión en 2 grupos. Se usa 1 grupo en el centro del ancho de banda para el servicio de recepción portátil, y

los otros 12 grupos se usan para el servicio de recepción fija de HDTV. Para la transmisión de 1 grupo, las condiciones de recepción, tales como bajo nivel de la

altura de la antena, ganancia baja de la antena, fluctuación del nivel de la señal, son necesarios parámetros de transmisión mas fuertes, y para esto se usa QPSK. Por otro lado, para 12 grupos, que se usa para recepción fija, si se considera una gran y alta ganancia de la antena, es deseable una más alta velocidad de transferencia en la transmisión, por lo que se usa 64QAM Como se mencionó anteriormente, en el modo de transmisión jerárquico, es posible

seleccionar el adecuado parámetro de transmisión, de acuerdo al estilo de recepción en el mismo canal. Con este sistema tenemos las siguientes ventajas; (1) Mejor aprovechamiento del espectro de frecuencia; en un canal son posibles múltiples servicios, y no se necesita un canal adicional. (2) Ahorro en la infraestructura de transmisión; un solo transmisor es utilizado para los servicios fijos/móviles/servicios portables.

El sistema ISDB-T es el único que ha adoptado este tipo de transmisión, de los 3 sistemas de DTTB. Como Usted sabe, el servicio de “One-seg” que únicamente lo tiene el sistema ISDB-T, puede ser habilitado usando la tecnología de “transmisión jerárquica”. En la tabla 3-1, como ejemplo, se muestran los parámetros de transmisión para “HDTV Fija (nota)+ el servicio portátil “One-seg” en un mismo canal (nota) Usando la diversidad tecnológica de recepción, es posible la recepción “HDTV movil en un auto”

Tabla 3-1 Ejemplo de parámetros de transmisión (HD + One-seg, en Japón) Descripción Grupo A(nota 1) Grupo B(nota 2) Nota Tipo de servicio Recepción portátil Recepción fija No. de segmentos 1 12 Total 13 Modo 3 Intervalo de guarda 1/8 de la longitud del símbolo (nota 2)

Común para ambos grupos

Modulación QPSK 64QAM Relación de código 2/3 3/4

(nota 3)

Velocidad de transferencia

416 Kbps 16.85 Mbps (nota 2)

Contenido de servicios

LDTV + datos HDTV +datos ejemplo

(nota 1) en el sistemas de transmisión jerárquica, el grupo mas fuerte es llamado “A”, el siguiente es el “B”. (nota 2) En Japón, considerando la operación de SFN redes de isofrecuencia, se usa 1/8 de la longitud del intervalo de guarda, pero en otros casos también es posible 1/16 de la longitud del intervalo de guarda. En este caso, la máxima velocidad de transferencia se incrementa alrededor de 7% (Grupo A: hasta 440 kbps, Grupo B; hasta 17.84 Mbps) (nota 3) la asignación del parámetro de cada grupo se puede elegir independientemente. 3.4 Comparación del desempeño de los 3 sistemas de transmisión DTTB Como se describió en las secciones anteriores, el sistema ISDB-t ha adoptado tecnologías de transmisión únicas. Como resultado el sistema ISDB-T tiene muchas ventajas en comparación con otros sistemas de transmisión DTTB. En la tabla 3-2, muestra la comparación de los 3 sistemas de transmisión DTTB desde el punto de vista de sistema de transmisión.

Tabla 3-2 Comparación de los 3 sistemas de transmisión DTTB. Descripción ISDB-T ATSC DVB-T Nota

Potencia requerida 1 2 2 (nota 1)

Recepcion portátil en el mismo

canal

Si No No (nota 2)

Funcionalidad en recepción

móvil/portátil.

Buena Mala Mala (nota 3)

SFN & Gap filler Si Dificil Si

(nota 1) como se describió en la sección 3-2 en una área urbana con el sistema ISDB-T

se obtiene un ahorro en la potencia de transmisión. (nota 2) “En la msima banda de servicio se tiene DVB-T + DVB-H” esto a nivel de prueba y este servicio tiene problemas. (nota 3) La diferencia la hace la adopción del “Time Interleave”. 4. Compatibilidad Como se describió en la sección 2 la estructura principal tiene compatibilidad con ISDB-S (Digital satellite broadcasting) transmisión digital satelital, ISDB-C(Digital cable broadcasting) transmisión digital por cable, y ISDB-Tsb(Digital Terrestial sound broadcasting) transmisión digital de audio.

Especialmente con el sistema ISDB-Tsb tiene compatibilidad no solo para la codificación/decodificación si no que también para el sistema de transmisión.

2 tipos de sistemas de transmisión, 1 segmento y 3 segmentos son especificados en el estándar ISDB-Tsb. La construcción de segmentos es la misma que en ISDB-T.

En la figura 4-1 se muestra la relación entre ISDB-T y ISDB-Tsb.

Figura 4-1 Relación entre ISDB-T y ISDB-Tsb Como se muestra en la figura, un segmento en la estructura de DTTB es la misma estructura para un segmento en radio digital. Aunque, un receptor de un segmento puede recibir cualquier otro servicio de un segmento de DTTB, segmento central de 3

TV

Radio

Radio

Receptor DTV(VHF+UHF)

DTTB (UHF)13 segmentos (operación con recepción parcial)

DTSB (VHF)Sistema de 3 segmentos

DTSB (VHF)Sistema de 1segmento

Receptor de 3 segmentos(VHF+UHF)

Receptor de 1 segmento(VHF+UHF)

TV

Radio

Radio

Receptor DTV(VHF+UHF)

DTTB (UHF)13 segmentos (operación con recepción parcial)

DTSB (VHF)Sistema de 3 segmentos

DTSB (VHF)Sistema de 1segmento

Receptor de 3 segmentos(VHF+UHF)

Receptor de 1 segmento(VHF+UHF)

segmentos de radio y un segmento de radio. Receptores comunes de un segmento para TV digital y radio han sido desarrollados y ahora este en el mercado.

FIBRAS OPTICAS

Las fibras ópticas son conductos, rígidos o flexibles, de plástico o de vidrio (sílice), que son capaces deconducir un haz de luz inyectado en uno de sus extremos, mediante sucesivas reflexiones que lo mantienen dentro de sí para salir por el otro. Es decir, es una guía de onda y en este caso la onda es de luz.

Las aplicaciones son muy diversas llegando desde la transmisión de datos hasta la conducción de la luz solar hacia el interior de edificios, o hacia donde pudiera ser peligroso utilizar la iluminación convencional por presencia de gases explosivos. También es utilizada en medicina para transmitirimágenes desde dentro del cuerpo humano.

Transmisión por Fibras Opticas

La transmisión por FO consiste en convertir una señal eléctrica en una óptica, que puede estar formada por pulsos de luz (digital) o por un haz de luz modulado (analógica). La señal saliente del transmisor, se propaga por la fibra hasta llegar al receptor, en el cual se convierte la señal nuevamente a eléctrica.

Interfaz eléctrico / óptica Interfaz óptico / eléctrica E/O O/E

FUENTE OPTICA Medio de Transmisión: F.O. DETECTOR OPTICO (Laser) (Fotodiodo pin)

(modulador + transmisor) >>>> (receptor+demodu lador) Tx Rx

Tipos de fibras ópticas

El cable de fibra óptica se constituye principalmente de un núcleo rodeado de un revestimiento. La diferencia entre sus índices de refracción (indicados con n) es lo que hace que el haz de luz semantenga dentro del núcleo (siempre que el haz haya entrado con el ángulo apropiado y el n del núcleo sea mayor que el del revestimiento).

Entonces habrá cables con:

• núcleo y revestimiento de plástico• núcleo de vidrio y revestimiento de plástico (PCS=plastic clad silica)• núcleo y revestimiento de vidrio (SCS=silica clad silica)

Los conductores de fibra óptica comunmente utilizados en transmisión de datos son de un grosor comparable a un cabello, variando el núcleo entre los 8 y los 100 µm (micrones), y el revestimiento entre125 y 140 µm .

Existe otra clasificación, según la variación del índice de refracción dentro del núcleo, y según la cantidad de MODOS (haces de luz) :

• Multimodo de índice escalonado [Multimode step index] MM• Multimodo de índice gradual [Multimode graded index] MM• Monomodo (índice escalonado) [Single Mode step index] SM

62.5 / 125 μm

9 / 125 μm

Nota: La cantidad de modos no es infinita y se puede calcular en base al radio del núcleo, la longitud de onda de la luz que se propaga por la fibra y la diferencia de índices de refracción entre núcleo y revestimiento.

Menor ancho de bandaAB = 20 a 200 MHz/Km

Ancho de banda medioAB = 500 a 1500 MHz /KmDiámetros de núcleo/revestimiento(en µm):50 / 12562.5 / 125100 / 140

Mayor ancho de bandaAB > 10 GHz/KmDiámetros de núcleo/revestimiento(en µm):8 a 10 / 125

Como se puede observar en la gráfica del centro de la figura anterior, en el núcleo de una fibra multimodo de índice gradual el índice de refracción es máximo en el centro y va disminuyendo radialmente hacia afuera hasta llegar a igualarse al índice del revestimiento justo donde éste comienza. Por esto es que los modos (haces) se van curvando como lo muestra el dibujo.

Dado que la velocidad de propagación de un haz de luz depende del índice de refracción, sucederá entonces que los modos al alejarse del centro de la fibra por un lado viajarán más rápido y por otro, al curvarse, recorrerán menor distancia, resultando todo esto en un mejoramiento del ancho de banda respecto a la de índice escalonado.

Una fibra monomodo es una fibra óptica en la que sólo se propaga un modo de luz. Se logra reduciendo el diámetro del núcleo de la fibra hasta un tamaño (8,3 a 10 micrones) que sólo permite un modo de propagación. Su transmisión es paralela al eje de la fibra. A diferencia de las fibras multimodo, las fibras

monomodo permiten alcanzar grandes distancias (hasta 300 km máximo, mediante un láser de alta intensidad) y transmitir elevadas tasas de información (decenas de Gb/s).

Teniendo en cuenta que la señal óptica viaja por el núcleo de la fibra, parece lógico pensar que se necesitará menos precisión para soldar dos fibras con un núcleo de 62,5um (multimodo) que para soldar otras con un núcleo de tan solo 9um (monomodo).

Adicionalmente, los conductores ópticos tienen un revestimiento de color que sigue un código de identificación o numeración, el cual varía según el fabricante/norma.

Cables de Fibra Optica

A la FO desnuda (núcleo+revestimiento+color) se le agregan protecciones adicionales contra esfuerzos de tracción, aplastamiento y humedad. El revestimiento primario que le da el color a cada fibra (coating) sirve además como una primera protección

Protecciones adicionales de cables para ductos y aéreos

# Protección secundaria:

Tipo adherente o apretada (TIGHT BUFFER) (ej. pigtails, patchcords) Tipo suelta (LOOSE BUFFER) (ej. fibras plantel exterior)

# Elemento de tracción:

Alambre de acero Hilado sintético Kevlar o de AramidaFibras de vidrio

# Protección mecánica (aplastamiento) antiflama, antirayosUV y contra humedad: Vaina externa tipo PALP (Polietileno-Aluminio-Polietileno)

* Relleno que impida la penetración de humedad: gel siliconado (silica gel)* Cinta antiflama* Empaquetado del conjunto: Envoltura en mylar (parecido al celuloide)

Cable para ducto a aéreo (marca SIECOR)

Cables aéreos autosoportadosPoseen un cable de acero o mensajero para el tendido aéreo entre postes o columnas.

Códigos de colores para identificación numérica

Para identificar cada fibra y cada grupo de fibras contenidas en los tubos buffer se utilizan diversos códigos de colores que varían de un fabricante a otro:

Tabla de numeración de 64 FO - código Siecor

Fibra

Buffer

1 2 3 4 5 6 7 8

9 10 11 12 13 14 15 16

17 18 19 20 21 22 23 24

25 26 27 28 29 30 31 32

33 34 35 36 37 38 39 40

41 42 43 44 45 46 47 48

49 50 51 52 53 54 55 56

57 58 59 60 61 62 63 64

Cables fabricados por SIECOR (Siemens/Corning Glasses):

Tabla de numeración de cables de 144 FO-Código de Colores Estándares TIA-598-A Fibra Optica

Fibra

Buffer

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36

37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48

49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72

73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84

85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96

97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108

109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120

121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132

133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144

Cables fabricados por PIRELLI - ALCATEL

Cables de interconexión e interioresPoseen un recubrimiento secundario del tipo apretado (tight buffer) en lugar del tubo. El color exterior nos indica el tipo de fibra utilizado.

Fibra Óptica Monomodo Fibra Óptica Multimodo

Simplex 9 / 125 um Simplex 62.5 / 125 um

Conectores

Para poder conectar un cable de fibra a un equipo es necesario que en cada fibra se arme un conector, o bien, cada fibra se empalme con un PIGTAIL, que es un cable de una sola fibra que posee un conector en una de sus puntas, armado en fábrica.

Simplex Pach Cord o Jumper Pigtail

Existe una gran variedad de conectores que se diferencian por sus aplicaciones o simplemente por su diseño:

Conector ST

Conector FC

Conector SC

Poseen una tapita para proteger la fibra de rayones y suciedad, con un gatillo para abrirla.

Euro 2000 Simplex Euro 2000 Doble

DIN

LC

Siguiendo a estos nombres vendrán siglas que indicarán alguna característica en particular. Cualquiera de estos conectores puede venir en las opciones de pulido PC ó APC (angular para video), en MM o SM, simples o dobles (una o dos fibras por conector), PM (polarisation maintaining), etc.

Tipos de pulidos de Conectores

Cada conector consta de:Ferrule: es el cilindro que rodea la fibra a manera de PIN.Body: el cuerpo del conectorBoot: el mango

También existen conectores con el cuerpo intercambiable según la necesidad, como el Alberino de Diamond

Acopladores o adaptadores (adapter, coupling, bulkhead, interconnect sleeve)

Son como pequeños tambores o cajas que reciben un conector de cada lado produciendo el acople óptico, con la mínima pérdida posible.Se utilizan en los distribuidores, para facilitar la desconexión y cambio rápido, acoplando el pigtail que se haya empalmado al cable de fibra con el patchcord que se conecta a los equipos receptores/emisores. También se usan para conectar un tramo de fibra a los equipos de medición.

Adaptadores Híbridos

DINDIN a E2000 PC

FC MPCE2000 a FC / PC

SMAE2000 a SC / PC

E2000 a ST / PCST

ST a SCSC

EURO 2000

LSH y LSH-HRL

Acopladores distribuidores por fusión o Fusion Couplers o Splitters

Permiten la derivación de la señal óptica por dos o más fibras distintas

Se pueden clasificar en: Distribuidores en serie: son acopladores en “T”

Distribuidores en estrella:

Cada salida puede tener un determinado valor de atenuación de la luz, expresada en dB.

También se clasifican en:

Estandar (Standard couplers)(SSC = Standard Singlemode Couplers) para una longitud de onda con desviaciones mínimas, por ej.:1310 +/- 5nm.

De una ventana (Single window couplers)(WFC = Wavelength Flattened Couplers) para un rango de longitudes de onda, por ej.: 1310 +/- 40nm.De dos ventanas (Dual window couplers)(WIC = Wavelength Independent Couplers) para dos rangos de longitudes de onda, por ej.: 1310+/- 40 y 1550 +/- 40nm.Multiplexores de longitud de onda (Wavelength multiplexers)(WDM = Wavelength Division Multiplexers) para dos longitudes de onda separadas, por ej.: 1310 y1550 nm.

Ventanas y LASERs

La transmisión de información a través de fibras ópticas se realiza mediante la modulación (variación) de un haz de luz invisible al ojo humano, que en el espectro ("color" de la luz) se sitúa por debajo del infra-rojo.

Si bien es invisible al ojo humano, hay que evitar mirar directamente y de frente una fibra a la cual se le esté inyectando luz, puesto que puede dañar gravemente la visión.

Las fibras ópticas presentan una menor atenuación (pérdida) en ciertas porciones del espectro lumínico, las cuales se denominan ventanas y corresponden a las siguientes longitudes de onda ( λ ), expresadas en nanometros:

Primera ventana 800 a 900 nm λ utilizada = 850nm

Segunda ventana 1250 a 1350 nm λ utilizada = 1310nm

Tercera ventana 1500 a 1600 nm λ utilizada = 1550nm

LASER

Para poder transmitir en una de estas ventanas es necesaria una fuente de luz "coherente", es decir de una única frecuencia (o longitud de onda), la cual se consigue con un componente electrónico denominado LD ó diodo LASER (Light Amplification by Estimulated Emision of Radiation). Este componente es afectado por las variaciones de temperatura por lo que deben tener un circuito de realimentación para su control. También pueden usarse diodos LED.

Detectores ópticos

Como receptores ópticos se utilizan fotodiodos de avalancha (APD) o diodos pin (PIN-PD) que posen alta sensibilidad y bajo tiempo de respuesta.

El APD también requiere de un ajuste automático ante variaciones de temperatura

INDICE DE REFRACCIÓN

Cuando un haz de luz que se propaga por un medio ingresa a otro distinto, una parte del haz se refleja mientras que la otra sufre una refracción, que consiste en el cambio de dirección del haz. Para esto se utiliza el llamado índice de refracción del material, que nos servirá para calcular la diferencia entre el ángulo de incidencia y el de refracción del haz (antes y después de ingresar al nuevo material).

El efecto de la refracción se puede observar fácilmente introduciendo una varilla en agua. Se puede ver que parece quebrarse bajo la superficie. En realidad lo que sucede es que la luz reflejada por la varilla (su imagen) cambia de dirección al salir del agua, debido a la diferencia de índices de refracción entre el agua y el aire.

Se utiliza la letra n para representar el índice de refracción del material, y se calcula por la siguiente fórmula:

n : índice de refracción del medio en cuestión

n = c0 / v co : velocidad de la luz en el vacío (3x108 m/s) v : velocidad de la luz en el medio en cuestión

Es decir que es la relación entre la velocidad de la luz en el vacío y en el medio. Dado que la velocidad de la luz en cualquier medio es siempre menor que en el vacío, el índice de refracción será un número siempre mayor que 1.

En el vacío: n =1En otro medio: n >1

Ley de refracción (Ley de Snell)

n1 . sen θ1 = n2 . sen θ2

θ1: ángulo entre el haz incidente y la normal (perpendicular)

a la superficie

θ2: ángulo entre el haz refractado y la normal a la superficie

El ángulo de incidencia θ1

es igual al ángulo de reflexión θ1'

Reflexión total internaPara que todos los haces de luz se mantengan dentro del núcleo debe darse la reflexión total interna, y esta depende de los índices de refracción y del ángulo de incidencia:

Ejemplo:

n1

=1.5 n2

=1.3

n1

. sen θ1

= n2

. sen θ2

1.5 . sen θ1

= 1.3 . sen 90o

(sen 90o

=1)

sen θ1

= 1.3 / 1.5 => θ1

> 60o

Entonces, para que todo el caudal de luz se propague dentro de la fibra, en el ejemplo el ángulo deincidencia debe ser mayor o igual a 60

o .

Nota: Una fibra necesariamente debe tener revestimiento (cladding), puesto que si no lo tuviera, a pesar de seguir cumpliéndose que el índice del núcleo es mayor que el del revestimiento que sería el vacío, ante cualquier suciedad o cuerpo que se adhiriera a la fibra, en dicho punto ya no se cumpliría esa condición y se produciría una pérdida por refracción hacia afuera.

Apertura numérica

Es un indicador del ángulo máximo con que un haz de luz puede ingresar a la fibra para que se produzca la reflexión total interna:

AN = sen α

siendo el medio externo aire o vacío, entonces, a mayor AN, mayor es el ángulo de aceptancia.

Cono de aceptancia

Cables de Cobre vs. F.O.

Según el método de transmisión de datos, un par F.O. pueden transmitir la misma cantidad de información que 2200 pares telefónicos

Atenuaciones típicas:

Coaxil: 40 a 80dB/Km , a 1GHz, a 20 ºC Fibra: 0.20 dB/Km , a 1550 nm

Con F.O. puedo ampliar considerablemente la capacidad de transmisión, sin necesidad de tender nuevos ductos. Existen bobinas de F.O. de hasta 12Km, siendo las más comunes las de 4Km, lo cual implica menor cantidad de empalmes.

Ventajas de las F.O.

Diámetro y peso reducidos lo que facilita su instalación Excelente flexibilidad Inmunidad a los ruidos eléctricos (interferencias) No existe diafonía (no hay inducción entre una fibra y otra) Bajas pérdidas, lo cual permite reducir la cantidad de estaciones repetidoras Gran ancho de banda que implica una elevada capacidad de transmisión Estabilidad frente a variaciones de temperatura Al no conducir electricidad no existe riesgo de incendios por arcos eléctricos No puede captarse información desde el exterior de la fibra El Dióxido de Silicio, materia prima para la fabricación de F.O., es uno de los recursos más abundantes del planeta.

Desventajas

Para obtener, desde la arena de cuarzo, el Dióxido de silicio purificado es necesaria mayor cantidad de energía que para los cables metálicos.

Las F.O. son muy delicadas lo cual requiere un tratamiento especial durante el tendido de cables.

Corta vida de los emisores lasers.

Empalmes

Debido a que una bobina de cable de fibra óptica no llega a superar los 4Km de longitud, mientras que la distancia entre dos repetidoras o centrales puede ser de 30 o 40 Km, deben realizarse empalmes entre los tramos, y entre cada final y los conectores.

Empalmes manuales o mecánicos

Son empalmes rápidos, permanentes o temporarios, que pueden usarse, por ejemplo, para probar bobinas. Producen atenuaciones altas, del orden de 0.1 a 1dB. Vienen rellenos con gel para mejorar la continuidad de la luz.

Siemon Ultrasplice

Siecor Camsplice

3M fribrlok splice

Empalme económico

AMP Corelink

Empalmes Mecánicos

Pueden ser cilindros con un orificio central, o bandejitas cerradas con dos pequeñas llaves que nos permiten introducir las fibras.

A las fibras se les retira unos 3 cm del coating (color), se limpian con alcohol isopropílico, y luego se les practica un corte perfectamente recto a unos 5 o 6 mm, con un cortador (cutter o cleaver) especial, con filo de diamante.

Empalmes por fusión

Son empalmes permanentes y se realizan con máquinas empalmadoras, manuales o automáticas, que luego de cargarles las fibras sin coating y cortadas a 90º realizan un alineamiento de los núcleos de una y otra, para luego fusionarlas con un arco eléctrico producido entre dos electrodos.

Llegan a producir atenuaciones casi imperceptibles (0.01 a 0.10 dB)

Empalmadoras:

FUJIKURA FSM 40S RXS de SIECOR

Procedimiento

Con una pinza especial (125µ) se pela (strip) unos 5cm de coating (color)

Se limpia (clean) la fibra con un papel suave embebido en alcohol isopropílico

Se corta (cleave) la fibra a unos 8 a 16mm con un cutter o cleaver, con hoja de diamante, apoyando la fibra dentro del canal, haciendo coincidir el fin del coating con la divisióncorrespondiente a la medida.

Una vez cortada, la fibra no se vuelve a limpiar ni tocar.

Cuidando que la fibra no contacte con nada, se introduceen la zapata de la empalmadora, sobre las marcasindicadas.

En el display se verán las dos puntas, pudiéndose observarsi el ángulo es perfectamente recto, sino fuera así lamáquina no nos permitiría empalmar.

Presionando el botón de empalme, estando laempalmadora ajustada en automático, la misma procederáa alinear en los ejes x e y, y a acercar las puntas a ladistancia adecuada.

Una vez cumplido esto, a través de un arco eléctrico dadoentre dos electrodos, aplicará una corriente de prefusióndurante el tiempo de prefusión, y luego una corriente defusión durante el tiempo de fusión.

Luego hará una estimación (muy aproximada) del valor deatenuación resultante.

Repetir el procedimiento con la otra fibra.

Protección de los empalmes

La zona del empalme es delicada por lo que se protege dediferentes maneras: pegándose sobre unas almohadillasautoadhesivas existentes en algunos cassettes deempalmes, rodeándose con una bisagra autoadhesiva, o

con manguitos termocontraíbles (sleeves) los cualesposeen un nervio metálico.

Estos, a su vez, se colocan en un cassette, dentro de una caja de empalme o de un rack distribuidor.

Cajas de empalme

Los empalmes exteriores se protegen dentro de una cajade empalme, la cual posee en un extremo unos tuboscerrados que se cortarán en su extremo por donde debapasar un cable, para luego sellarse con termocontraíbles.La caja posee una tapa o domo que se cierra sobre la basecon una abrazadera sobre un o-ring.

Sobre el domo se encuentra la válvula de presurización

Caja de empalme RXS

En la base se encuentran las borneras para sujetar los elementos de tracción de los cables y la puesta a tierra quetambién asoma al exterior de la caja.También están los cassettes o bandejas donde se sitúan la reserva de FO desnuda y los empalmes. Del otro lado de las bandejas hay espacio para situar la reserva (ganancia) de buffers aunque puede existir una bandeja para tal fin.

Aquí se pueden ver los cassettes donde se enrolla la reserva de FO desnuda, y donde se alojan los empalmes protegidos por los termocontraíbles.

Esta caja posee una tapa con tornillos y es presurizable.

Caja amurada en Arqueta

Una arqueta es una cámara de cemento prearmada, con cuatro tapas, diseñada para ser enterrada. Suelen medir unos dos metrosde lado.

Sellado de cables en ductos y en cajas de empalme

El ducto por donde sale el cable debe sellarse para evitar que a través de él pueda ingresar agua a la cámara oa la fibra. Esto se logra con el uso de termocontraíbles.

Algunas cajas de empalmes poseen sellos mecánicos (goma), que permiten prescindir de los termocontraíbles.

MEDICIONES

El dB (decibel)

Es una unidad de medida adimensional y relativa (no absoluta), que es utilizada para facilitar el cálculo y poder realizar gráficas en escalas reducidas.

El dB relaciona la potencia de entrada y la potencia de salida en un circuito, a través de la fórmula:

N [dB] = 10 log Ps

Pe

Se puede usar para medir ganancia o atenuación (una ganancia negativa significa atenuación) Una ganancia de 3dB significa que la potencia de salida será el doble de la de entrada.Una atenuación de 3 dB (ganancia de –3dB) significa que la potencia de salida será la mitad de la de entrada, es decir, si se tratara de una fibra óptica, en esta se estaría perdiendo la mitad de la potencia óptica.

El dBm (decibel miliwatt)

Dado que el dB es una medida relativa, cuando es necesaria una medición absoluta de potencia óptica, por ejemplo la que emite un laser, se utiliza el dBm, es decir se toma como referencia (0 dBm) a 1 mw :

P [dBm] = 10 log P [mw]

1 mw

El dBr (decibel relativo)

Es similar al dBm pero en vez de tomarse una potencia de referencia de 1 mw, se establece una potencia cualquiera de referencia.

En la medición de pérdida de potencia óptica en un tramo de FO, se conecta el emisor al medidor con los jumpers que se usarán en todas las mediciones, se establece la potencia medida (dBm) como la de referencia (dBr), se reajusta la lectura a cero, y ya se está en condiciones de medir atenuación del tramo en dB.

Tabla de equivalencias

Potencia en watts Potencia en dBm1 pW 1pW -9010pW -80

100pW -701.000pW =1 nW -60

10.000pW -50100.000pW -40

1.000.000pW =1 µW -3010.000.000pW -20

100.000.000pW -101.000.000.000pW =1 mW 0

10mW +10100mW +20

1.000mW =1 W +30

En esta tabla puede apreciarse la imposibilidad de manejar un gráfico en watts, y la comodidad de manejarcifras en dB. (pW=picowatt , nW=nanowatt, µW=microwatt, mW=miliwatt

Atenuación en F.O.

Es la pérdida de potencia óptica en una fibra, y se mide en dB y dB/Km. Una pérdida del 50% de la potencia de entrada equivale a -3dB. Las pérdidas pueden ser intrínsecas o extrínsecas.

Intrínsecas: dependen de la composición del vidrio, impurezas, etc., y no las podemos eliminar.Las ondas de luz en el vacío no sufren ninguna perturbación. Pero si se propagan por un medio no vacío, interactúan con la materia produciéndose un fenómeno de dispersión debida a dos factores:

Dispersión por absorción: la luz es absorbida por el material transformándose en calor. Dispersión por difusión: la energía se dispersa en todas las direcciones.Esto significa que parte de la luz se irá perdiendo en el trayecto, y por lo tanto resultará estar atenuada al final de un tramo de fibra.

Extrínsecas: son debidas al mal cableado y empalme.Las pérdidas por curvaturas se producen cuando le damos a la fibra una curvatura excesivamente pequeña (radio menor a 4 o 5 cm) la cual hace que los haces de luz logren escapar del núcleo, por superar el ángulo máximo de incidencia admitido para la reflexión total interna.

También se dan cuando, al aumentar la temperatura y debido a la diferencia entre los coeficientes de dilatación Térmica entre fibras y buffer, las fibras se curvan dentro del tubo.

Atenuación por tramo

Es debida a las características de fabricación propia de cada fibra (naturaleza del vidrio, impurezas, etc.) y se mide en dB/Km, lo cual nos indica cuántos dB se perderán en un kilómetro.

Medición con OTDR

Parámetros de medición:

λ= 1556 nmIndice= 1.465Ancho de pulso= 1000 ns

Span (rango) = 0 a 6 km

Promedios = 15Cursor A = 3.976 kmCursor B = 2.529 km

Resultado de la medición:

A-B = 1.447 km

LSA Attn = 0.185 dB/km

Atenuación por empalme

Cuando empalmamos una fibra con otra, en la unión se produce una variación del índice de refracción lo cual genera reflexiones y refracciones, y sumandose la presencia de impurezas, todo esto resulta en una atenuación.Se mide en ambos sentidos tomándose el promedio. La medición en uno de los sentidos puede dar un valor negativo, lo cual parecería indicar una amplificación de potencia, lo cual no es posible en un empalme, pero el promedio debe ser positivo, para resultar una atenuación.

Pérdidas

Por inserción: es la atenuación que agrega a un enlace la presencia de un conector o un empalme.De retorno o reflactancia: es la pérdida debida a la energía reflejada, se mide como la difrencia entre el nivel de señal reflejada y la señal incidente, es un valor negativo y debe ser menor a -30 dB (típico -40dB). En ocasiones se indica obviando el signo menos. Ejemplo para un conector:

Insertion loss < .2 dB typ< .3 dB max

Return loss PC < -30dB

Return loss Super PC < - 40dB

Return loss Ultra PC < -50dB

Empalmes promediados

El resultado real de la medición de un empalme se obtiene midiéndolo desde un extremo, luego, en otro momento se medirá desde el otro, y finalmente se tomará como atenuación del empalme el promedio de ambas (suma sobre 2)

La planilla sería, por ejemplo (para λ=1550nm):

A E B

FibraN

o AB[dB]

BA[dB]

Atenuación[dB]

AB[dB]

BA[dB]

Atenuación[dB]

AB[dB]

BA[dB]

Atenuación[dB]

1 0.30 0.30 0.30 0.01 0.03 0.02 0.30 0.40 0.35

2 0.15 0.35 0.25 -0.10 0.10 0.00 0.20 0.10 0.15

3 0.20 0.30 0.25 -0.03 0.05 0.01 0.30 0.00 0.15

4 0.10 0.40 0.25 0.03 0.01 0.02 0.05 0.35 0.20

Empalmes atenuados

En algunos casos, la atenuación de un tramo de FO es tan baja que en el final del mismo la señal óptica es Demasiado alta y puede saturar o dañar el receptor. Entonces es necesario provocar una atenuación controlada Y esto se hace con la misma empalmadora, con la función de empalme atenuado.

En este dibujo se pueden ver todos los causales de atenuación geométrica

Entonces, para realizar empalmes atenuados una empalmadora puede desalinear los núcleos o darle un ligero

ángulo a una de las dos fibras.

OTDR (Optical Time Domain Reflectometer)

Un OTDR es un reflectómetro óptico en el dominio tiempo. Es un instrumento de medición que envía pulsos de luz, a la λ deseada (ejemplo 3ra ventana:1550 nm), para luego medir sus “ecos”, o el tiempo que tarda en recibir una reflexión producida a lo largo de la FO.

Estos resultados, luego de ser promediadas las muestras tomadas, se grafican en una pantalla donde se muestra el nivel de señal en función de la distancia.

Luego se podrán medir atenuaciones de los diferentes tramos, atenuación de empalmes y conectores, atenuación entre dos puntos, etc.

También se utiliza para medir la distancia a la que se produjo un corte, o la distancia total de un enlace, o para identificar una fibra dándole una curvatura para generar una fuga y observando en la pantalla del OTDR ver si la curva se “cae”.

OTDR Hewlett Packard y bobina fantasma

OTDR EXFO FTB7000

OTDR Tektronix NetTek

Medición de atenuación total de un tramo (Medición de potencia)

Para medir la atenuación total de un enlace de fibra, se utilizan una fuente de luz y un medidor, que se conectarán en ambos extremos de la fibra a medir.

Cuáles conectores se incluyen y cuáles no?

Cuando necesitamos medir la atenuación total de un tramo o pérdida de potencia, debemos excluir las atenuaciones producidas por los jumpers usados en la medición. Para esto, antes de realizarla, debemos conectar la fuente de luz al medidor de potencia con los mismos jumpers y adaptadores que usaremos luego, y seguir estos pasos:

Encendemos ambos equiposLos ajustamos a CW (continuous wave-onda continua no pulsante) Elejimos la ventana deseadaPresionamos ahora en el medidor el botón ABS>REF para almacenar el nuevo valor de referencia

entonces, al desconectar los jumpers entre sí y conectarlos a la fibra bajo prueba obtendremos el valor de atenuación de la fibra.

Los conectores conectados a la salida de la fuente y a la entrada del medidor no deben desconectarse hasta no terminar todas las mediciones pues la atenuación producida por un conector varía cada vez que se vuelve a conectar.

Para el caso de que un equipo posea los dos módulos en él, debe conectarse el jumper de medición entre su Módulo emisor y su módulo medidor, establecer la atenuación producida por este jumper para descontarla de la medición final, o, si el equipo lo permite, ajustar la referencia. Paralelamente en el otro extremo de la fibra otro operador hará lo mismo con otro equipo. La ventaja de este método es que no es necesario que fuente y medidor deban encontrarse en el mismo lugar antes de medir.

Entonces una Medición de Atenuación Total podría ser:

Temas complementarios

Atenuadores ópticos variables

Tienen un conector de entrada y uno de salida. Producen una atenuación por fuga por curvatura (a través de un servomotor) o por algún otro método.

Atenuador EXFO

Identificador lumínico de fibras y roturas

Inyecta una luz visible sobre una fibra. Si hay alguna rotura, en un pigtail por ejemplo, se verá la luz dispersada. O podemos identificar una fibra entre un manojo, produciéndoles una curva, y entonces la que disperse luz será la fibra correspondiente al conector donde colocamos el laser.

Wavetek VFF5 (Visual Fault Finder)

Niveles de potencia óptica para sistemas de comunicaciones

Tipo de red λ [nm] Rango de potencia [dBm] Rango de potencia [W]

Telecomunicaciones 1300, 1550 +3 to -45 dBm 50 nW to 2mW

Datos 665, 790, 850, 1300 -10 to -30 dBm 1 to 100 µW

CATV 1300, 1550 +10 to -6 dBm 250 µW to 10mW