sra3501 soporte redes de acceso elementos activos de la red
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SRA3501 SOPORTE REDES DE ACCESO
ELEMENTOS ACTIVOS DE LA RED
Unidad de Aprendizaje 3:
Red de distribución de señal, HFC y fibra.
Experiencia:Configuración de los equipos activos.
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Fuentes de alimentación• La red de distribución es alimentada con energía eléctrica por las fuentes
de poder ininterrumpibles (UPS) ALPHA (XM1 - XM2).
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• Estas fuentes transforman los 220 Volts de la red pública en 60/90 Volts alternos para alimentar los elementos activos de la red.
• Las fuentes ALPHA actuales poseen 2 bancos de 3 baterías de 12 Volts cada uno, proporcionando 36 Volts continuos para respaldo. Este voltaje es convertido a 60/90 Volts alternos cuando la energía eléctrica principal se interrumpe.
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Subunidades de la Fuente de Alimentación
• Las UPS Alpha (XM1, XM2) están formada por 4 módulos principales: • A. Distribución de potencia• B. Inversor, cargador y control• C. Transformador ferro resonante• D. Baterías de respaldo• La figura muestra un diagrama simplificado de la Fuente de Alimentación UPS
XM
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El principio de funcionamiento es el siguiente:
La energía eléctrica desde la red principal (220V/50Hz), ingresa el transformador ferro resonante , el cual entrega 60/90 Volts alternos para alimentar los activos de la red HFC. Los circuitos de control, mantienen las baterías en carga, en preparación a una caída de la energía principal.
Si la energía eléctrica principal falla, los circuitos de control deshabilitan la carga de las baterías entregando su voltaje (36Vcc) al Inversor.
El Inversor convierte los 36Vcc en una onda alterna que alimenta al transformador ferro resonante, el cual sigue proporcionando los 90Vac a la red HFC sin interrumpirse.
Cuando vuelve la energía eléctrica principal, los circuitos de control deshabilitan el Inversor, reinician la carga de las baterías y conectan los 220Vac nuevamente al transformador Ferro resonante.
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Transporte de Energía para Fuentes XM
Además de guiar las señales de los servicios (CATV, Telefonía e Internet), el coaxial expreso y de distribución permite transportar la energía de alimentación (AC) a los dispositivos activos de la red (Amplificadores - Nodo óptico - Voice Port).
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Debido a la resistencia del cable y a su longitud, se producirán “caídas de voltaje” a través de el, lo que derivará en “pérdidas” de potencia y disminución de las tensiones de alimentación a los dispositivos activos.
De acuerdo a lo anterior podemos considerar que los “90 volts genéricos” no lo son en la realidad.
Siempre existirá un voltaje un poco menor de 90 Volts en cualquier punto de la red.
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Nodos y amplificadoresTipo de nodo óptico
El Nodo óptico está formado por 2 unidades principales:La unidad de RF y la unidad óptica.
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Es un equipo que se instala en Planta Externa y realiza principalmente las siguientes funciones:
En Downstream convierte las señales de ópticas desde el anillo en RF y entrega 4 señales (una a cada cuadrante) a la red de distribución coaxial (50 a 750/870MHz).
En Upstream recibe 4 señales de RF (una de cada cuadrante) desde la red de distribución coaxial (5 a 42MHz) y las convierte a señales ópticas, entregándolas al anillo de F.O. El siguiente es un símbolo del Nodo óptico:
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Sistema nodal: Downstream y Upstream
Sistema nodal en Downstream
En el HUB las 3 señales en Forward que ingresan al HUB (Telefonía, CATV e Internet) son combinadas, divididas en dos vías (Primaria – Secundaria) y convertidas en ópticas para aplicarse al anillo respectivo.
En planta externa las señales ópticas en Downstream son ingresadas al Nodo el cual las convierte a RF, entregando 4 señales de 50MHz a 750MHz (870MHz extendidos) a la red de distribución coaxial (una a cada cuadrante).
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Sistema nodal en upstreamEn Upstream las 4 señales de RF desde los cuadrantes de la
red coaxial son primero multiplexadas y luego convertidas a señales ópticas para ser enviadas al HUB a través del anillo de fibra (vía primaria o secundaria). En el HUB las señales ópticas son convertidas a RF y luego demultiplexadas, recuperando las 4 señales de retorno las cuales se aplican a los elementos de interfaz correspondientes (HDT- Telefonía y Cablemodem – Internet).
• La Multiplexación es el proceso a través del cual varios canales son guiados a través de una sola vía física.
• La Demultiplexación es el proceso inverso de la Multiplexación:los canales multiplexados a través de una sola línea los convierte enlas señales originales (una línea por canal).
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Amplificadores de red
La red coaxial guía las señales hacia (o desde) los clientes.• Los servicios son derivados hacia su destino utilizando TAPS.• Los Amplificadores son insertados en la línea cada cierta distancia, con objeto de compensar las pérdidas que produce el cable coaxial.
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Cascada de amplificadores de la red nodal
De acuerdo al diseño de la red nodal, el número de amplificadores de la cascada debe ser 4 como máximo contando el amplificador del Nodo.• El amplificador BT o BTD cumple la función de Sub-Nodo o Centro de Cuadrante y posee 4 salidas habilitadas para alimentar las ramas correspondientes.• El amplificador de distribución (Mini-Bridger) posee 2 ó 3 salidas.• El amplificador Extensor de línea posee sólo 1 salida.
Los modelos indicados corresponden a los utilizados actualmente en la red nodal de la mayoría de las compañías. En el Subnodo se mantiene el modelo BTD (General Instrument) ó BT (Motorola).
Los modelos separados por la diagonal corresponden a los 2 marcas utilizadas, las cuales deben mantener la compatibilidad en la cascada.
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Es decir:• Sí el amplificador es MB de General Instrument, entonces el extensor
debe ser el BLE de la misma marca.• Sí el amplificador es G3A de CCOR, entonces el extensor debe ser
Flex Max 120 de la misma marca.
UNA ALTERNATIVA DE LA CASCADA SEGÚN DISEÑO, ES REEMPLAZAR EL EXTENSOR DE LÍNEA POR OTRO BRIDGER. DE ESTA FORMA SE ASEGURA UNA MAYOR CANTIDAD POTENCIAL DE RAMAS EN EL MISMO CUADRANTE.
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DiplexorEs un conjunto de filtros comunes en los elementos activos
como los amplificadores y los nodos. También está presente en los dispositivos terminales de los clientes (Voice Port, cablemodem).Su función básica es separar los espectros de forward y retorno dejando una banda de guarda entre 42MHz y 50 MHz
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Filtros RF/ACConsiderando que en el cable coaxial conviven señales de los
servicios (voltajes muy bajos) y voltajes de alimentación (60/90V), es necesario que en el interior de los elementos activos de la red se separen estos voltajes. Esta función la realiza el filtro RF/AC indicado en la figura siguiente, el cual permite el paso:A. De señales de RF hacia (Downstream) y desde (Upstream) a la etapa de amplificación.B. De corriente alterna de 50 Hz hacia la fuente de poder 24 Vcc.
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Limitaciones de los amplificadoresLos amplificadores de red deben entregar niveles específicos, de tal forma que en el ancho de banda considerado, la señal de salida:
• Esté “ecualizada”, con objeto de compensar las pérdidas del coaxialcon respecto a la frecuencia.
Los Amplificadores se ecualizan con 37dBmv en el canal 3 y 47dBmv en el canal 117 (en el caso de la extensión a 870MHz, este piloto corresponde al canal 137.
• Posea mínima distorsión
Los Amplificadores distorsionan cuando sus niveles de entrada/salida son excesivos.
La relación C/N (carrier to noise) debe ser mayor de 48dB en cualquier punto de la red coaxial.
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EcualizaciónEn la red nodal se ecualizan los amplificadores y Nodos ópticos
con objeto de compensar adecuadamente las pérdidas del cable coaxial con respecto a la frecuencia. La figura siguiente muestra la respuesta ecualizada ideal y real de un amplificador de red.
La diferencia de niveles de señal entre 2 frecuencias de portadora se denomina TILT (dB). De acuerdo a la respuesta de la figura , el TILT entre 50 y 750MHz debe ser de 10 dB.
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El fenómeno de atenuación en función a la frecuencia de los coaxiales de distribución (540, 860) obliga a “ecualizar” la red, con objeto de llegar a cada hogar con una respuesta aproximadamente plana (niveles de señal similares en toda la banda CATV).
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Energización de nodo y subnodos de la red nodal
En Forward cada Nodo cuenta con hasta 4 subnodos (amplificadores BTD), cada uno de los cuales entrega señal a 4 ramas.Cada Subnodo es energizado desde una Fuente XM1 o XM2 a través del cable coaxión .860 o .540. Normalmente, existe una fuente por cada Cuadrante.
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Por su parte, los Nodos se valen de la alimentación de energía desde 2 de las 4 fuentes que existen por cada cuadrante. En esta función se utilizan unos elementos pasivos llamados DC o Divisores de Potencia.
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Por otra parte, desde los Subnodos se debe extender la alimentación para los Bridger y Extender que se ubican en las ramas de estos. En esta función se utilizan elementos pasivos llamados SPI (insertor de potencia)
Ruidos, Batidos, Atenuaciones y sus Efectos
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Distorsión
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La distorsión es el cambio de forma que experimenta la señal debido a la respuesta imperfecta del amplificador.
Cuando los niveles de señal exceden de los valores normalizados, los amplificadores distorsionan la salida por efecto de saturación de sus transistores.
Esta distorsión genera armónicos y batidos de frecuencia indeseables que interfieren las señales dentro de la banda del amplificador.
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Cuando se ingresa una señal portadora a un amplificador que nodistorsiona, la salida contendrá solo la señal amplificada a la frecuenciade la entrada (f1).
Amplificación sin distorsión
Armónicos
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Cuando el amplificador distorsiona (está saturado), además de la señal amplificada a la frecuencia f1, aparecerán en la salida componentes de frecuencia que son múltiplos exactos de la entrada (f2, f3, f4, etc.). Estos componentes se denominan “armónicos” de la frecuencia fundamental f1 y producirán interferencias en los canales donde estas señales están “cayendo”.
Amplificación con distorsión
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Por ejemplo, si se ingresa el canal 3 de TV a un amplificador saturado, la portadora (61,25MHz) provocará el 2 armónico en 122,5MHz, señal que interferirá el canal 14.
Los armónico 4° y superiores van reduciéndose progresivamente, de tal forma que los más significativos son el segundo y el tercero de cada portadora de canal.
Batidos y su efecto en la Red
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Debido a la cantidad de canales existentes en el espectro, cuando los amplificadores de red se saturan no solo generarán armónicos sino que producirán batidos de frecuencia significativos que afectarán canales de TV específicos.
Los batidos más importantes son los compuestos de 2° orden o CSO (que involucran la suma y resta de 2 canales) y los de 3° orden o CTB (que involucran la suma y resta de 3 frecuencias de portadoras).
La figura 10 muestra un efecto de estos dos batidos en el espectro y en la pantalla del TV.
Efectos visibles de CTB y CSO
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Fig. 10
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La mayor parte de los batidos compuestos de segundo orden (CSO) caen en las portadoras de video de los canales afectados por este fenómeno.
La mayor parte de los batidos compuestos de tercer orden (CTB) caen a ± 1,25MHz desde la portadora y en menor grado, a ± 0,75MHz.
Por ejemplo, el canal 12 posee la portadora de video en 205,25MHz. Luego los principales batidos CSO caerían justo en la portadora y los CTB a ± 1,25MHz de esta, o sea en 204MHz y en 206,75MHz.
Estos fenómenos pueden producir líneas indeseables múltiples en la pantalla del tv en aquellos canales donde caen estos batidos.
El Ruido
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El ruido está compuesto por señales eléctricas aleatorias e impredecibles, originadas en forma natural o artificial, dentro o fuera del sistema. Comentaremos brevemente las principales fuentes de ruido externo e interno que afecta la red.
La principales fuentes de ruido externo son el ruido impulsivo y los ingresos.• Estos ruidos afectan la banda de retorno de la red, concentrándose
principalmente entre los 5MHz y los 15 MHz, además de la bandaciudadana ya mencionada.
• Es provocado por emisiones de Radio (SW, MW, LW, CB), aparatoselectrodomésticos, motores a explosión, conmutación deinterruptores eléctricos, conexiones ilegales, etc.
Fuentes de ruido impulsivo e ingresos
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La red cuenta con sofisticados Sistemas de monitoreo del espectro de retorno con objeto de detectar estas formas de ruido y proceder a su control y reducción.
PATHTRACK es uno de estos Sistemas, el cual analiza el espectro de retorno en puntos específicos de la red, permitiendo visualizar sus señales y el ruido asociado. En el cual se aprecian señales de Telefonía (Portadoras Cornerstone), Internet y el ruido a través de toda la banda de retorno.
Espectro visualizado a través del sistema PathTrack
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Atenuación Del Ruido Externo
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Un filtro AWHP 17/24 es conectado en la red para reducir los ruidos impulsivos provenientes del exterior (cliente) y la interferencia generada por el rango de banda ciudadana (Fig.11).
Fig. 11
Ruido Interno: El Ruido Térmico
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El principal ruido generado internamente por la red es el ruido térmico. La figura 12 muestra una portadora con el “piso de ruido” asociado.
El ruido térmico es generado por el movimiento aleatorio de electrones en la resistencia eléctrica presente en toda la red. se manifiesta en el espectro como “piso de ruido”.
Fig. 12
El ruido térmico es imposible de eliminar, por ser un fenómeno intrínseco de los componentes de la red.
El nivel de potencia del ruido térmico es directamente proporcional a la temperatura absoluta (grados Kelvin) y al ancho de banda por el cual sepropaga.
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Como la temperatura absoluta (grados Kelvin) más baja es de -273 ºC, entonces en la práctica el principal parámetro que afecta este ruido es el ancho de banda (BW).
En la figura 13 se ejemplifica este fenómeno: si aumentamos el Ancho de Banda que permite el paso de una portadora de TV analógica, la potencia del ruido (Ni) aumentará proporcionalmente.
Fig. 13
El HUM Y Su Efecto
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Se denomina HUM a los efectos de modulaciones indeseables sobre las señales de TV provocados por componentes de baja frecuencia (normalmente frecuencias de línea).
Instrumentos como el Acterna SDA-5000 permiten medir el porcentaje de HUM en relación a la Portadora de Video. La figura muestra la presentación de una medición de HUM y el efecto de un excesivo HUM en la pantalla del TV.
Medición de HUM en SDA-5000 Efectos de alto nivel de HUM
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Amplificadores ResidencialesSi se compara con la expansión de toda la red, la instalación de
un amplificador residencial es la solución mas practica y a mejor costo efectividad para los operadores de cable que suministran servicios a residencias que utilizan varios aparatos.
Idealmente los amplificadores para uso residencial deben tomar un factor de ruido bajo ( 3 dB ) y una ganancia bastante uniforme de 15 dB entre 54 Mhz y 1Ghz una distorsión insignificante a nivel salidas de hasta 25 dBmv y una buena atenuación de retorno 18 dB en la banda de operaciones.
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• Elevar el nivel de una señal para disponer de una potencia mayor.• Recuperara el nivel perdido por la atenuación de una red o circuito.
La Función de un amplificador
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Reconocer conceptos básicos de modulación analógica
Modulación:Es el Proceso que consiste en tomar la información (en nuestro
caso, información es la señal de video, telefonía o Internet) e introducirla en una señal de mayor potencia y frecuencia, llamada señal Portadora, de forma que esta sirva para transportar la información a grandes distancias a través de un medio (en nuestro caso, fibra y coaxial).
Modulación Analógica
Modulación en Amplitud
Modulación en Frecuencia
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En el caso de CATV, las señales Forward la información (Video) ha sido Modulada en Frecuencia. La información de Video se descompone en 3 partes: la luminancia (o Video), la Crominancia (o Color) y el Audio, cada una de estas señales se modula en frecuencia con una portadora distinta dentro de un ancho de banda de 4 a 6 MHZ.
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Normas de TV, modulación, canales, anchos de banda
El canal de TV
Las Normas de Televisión más usadas en el mundo son la PAL y NTSC (NTSC Nacional Televisión Sistema Comité) que corresponde a la norma usada actualmente en Chile para la Televisión (Analógica)., dentro de la cual se distribuyen:
La portadora de Video. La Subportadora de color (Croma). La portadora de Audio.
La frecuencia en esta tabla representa la cantidad de imágenes por segundo que se emiten en la pantalla.
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Ancho de banda de la portadora
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Gráficamente
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Reconocer conceptos básicos de modulación digital
Modulación digital consiste en montar información de carácter digital sobre portadoras senoidales. Estos se logra de 3 maneras:
Afectando la Amplitud de la Portadora.Afectando la Fase de la Portadora.Afectando la Frecuencia de la Portadora.
A continuación, se ilustran las 3 formas de ondas para estos 3 maneras básicas de modulación se información binaria. (a) codificación por cambios de amplitud, (b) codificación por cambios de Fase (“phase”), (c) Codificación por cambios de frecuencia con fase continua.
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Tipos de modulaciones digitalesMODULACIÓN DE AMPLITUD EN CUADRATURA (QAM)
La modulación de amplitud en cuadratura (QAM), es una forma de modulación digital en donde la información digital está contenida, tanto en la amplitud como en la fase de la portadora trasmitida.
16-QAM (Modulación de amplitud en cuadratura de 16 estados) cada flujo de datos se divide en grupos de cuatro bits, y a su vez en subgrupos de 2 bits, codificando cada bit en 4 estados o niveles de amplitud y fase de las portadoras.
N-QAMCada bit se codifica en 2n estados o niveles de amplitud y fase de las portadoras.
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Modulaciones utilizadas
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