CATV sobre Par Trenzado

CATV sobre Par Trenzado
por Miguel Aldama, RCDD/LAN
Introducción
A pesar de que existe una gran variedad de señales que pueden ser transmitidas sobre par
trenzado, según se indica en las normas de cableado (ANSI/TIA/EIA-568-B.1, ISO/IEC 11801),
en la práctica, sólo las señales de voz y datos, son consideradas para los cableados
telecomunicaciones en edificios comerciales.
Actualmente, gracias a la publicación de la Norma ANSI/TIA/EIA-862 (Norma Cableado de
Sistemas de Automatización para Edificios Comerciales), se ha generado una creciente
aceptación del par trenzado para soportar una mayor diversidad de aplicaciones.
A pesar de que es posible su implementación sobre sistemas de cableado de par trenzado, las
señales de video, debido a su gran diversidad en tipo de señales, configuraciones y
capacidades, casi siempre se restringen tradicionalmente a cableado coaxial de 75 Ù. De todas
las aplicaciones de video, CATV (Televisión por Cable) es la que más se ha resistido a
incorporarse en los sistemas de cableado de par trenzado.
Se estima que sólo en los Estados Unidos haya más de 60 millones de suscriptores a servicios
de CATV. Muchos de estos suscriptores poseen un vasto número de equipos receptores
(escuelas, hospitales, bancos, hoteles, etc.). En el caso de estos grandes usuarios, la señal de
CATV debe distribuirse a múltiples ubicaciones dentro del edificio o campus. Acorde a las
técnicas tradicionales de cableado CATV, es necesaria una compleja variedad de equipos para
cable coaxial. Gracias a los avances actuales en tecnologías de cableado y de baluns
(balanced-unbalanced), es posible incorporar al cableado estructurado las señales de CATV
tomando en cuenta algunas consideraciones técnicas.
En este artículo se mostrará cómo CATV puede ser implementado sobre cableado estructurado
de par trenzado balanceado de 100 Ù y gozar de todos sus beneficios: mayor flexibilidad en
MACs (movimientos, adiciones y cambios), mayor organización y mejor administración.
CATV
CATV está compuesto de múltiples canales de televisión transmitidos sobre un simple cable.
Existen cuatro elementos básicos en cualquier sistema CATV: (1) emisor (uplink), (2) receptor
(TVRO [television receive only]), (3) terminal principal (headend) y (4) red de distribución.
El emisor envía la señal al satélite y éste la retransmite al receptor (TVRO). El centro de control
de un sistema CATV se conoce como terminal principal. La terminal principal recibe la señal
entrante de satélite, antenas de TV y programas locales de TV. La terminal principal amplifica,
convierte, procesa y transmite la señal a los suscriptores.
La red de distribución es el sistema de cableado de cobre o fibra que utiliza el operador para
entregar CATV a sus suscriptores. La primera etapa es el sistema de línea troncal (trunk line),
el cual conecta la terminal principal con los amplificadores principales o con los nodos de fibra
óptica. La siguiente etapa es el sistema de líneas de alimentación (feeder line) de señal a cada
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vecindad individual. La etapa final de la distribución de CATV es la línea de bajada (drop line).
La línea de bajada es la red de coaxial que conecta el sistema de alimentación con cada
suscriptor individual dentro de un edificio o campus.
Cableado Tradicional de CATV
La señal CATV ingresa al edificio ya sea por medio del cable del operador de CATV o por
medio de una antena satelital o RF (radiofrecuencia) localizada en la propiedad. El tipo de
cable que se utiliza para distribuir la señal en el edificio es generalmente coaxial de 75 Ù (RG-6
o RG-11) rematado con conectores tipo “F”. La línea de alimentación se distribuye a diferentes
partes del edificio mediante el uso de divisores (splitters) RF. Los divisores RF reparten la señal
en una o más salidas, por lo que la potencia de señal se reduce proporcionalmente. Si la señal
se divide en dos, cada señal de salida tendrá la mitad de la señal de entrada. para compensar
la pérdida de señal producida en divisores y tramos extensos de cable, se utilizan
amplificadores inmediatamente después del paso de la señal en los divisores. Los
amplificadores incrementan la potencia de señal de entrada. El cociente de incremento de
señal producido se conoce como ganancia y se expresa en decibeles (dBmV). La pérdida de
potencia de señal es directamente proporcional a la frecuencia de la señal. (a mayor
frecuencia, mayor pérdida y viceversa). Para compensar esta diferencia, la cantidad de
amplificación debe ser mayor en frecuencias altas y menor en frecuencias bajas. La tasa en la
cual se incrementa la potencia en relación con la frecuencia se conoce como ganancia de
cuesta (tilt). Algunos amplificadores incluyen la función de ganancia de cuesta. En ciertas
aplicaciones, es necesario agregar señal de banda base, tal como VCR o CCTV, a la señal
CATV para que pueda ser vista en cada receptor de TV. Esto se logra por medio de un
modulador RF, el cual convierte la señal banda base en una señal RF y la transmite sobre la
red CATV. En tramos cortos de cable, el amplificador puede saturar los receptores de TV en los
canales de baja frecuencia, por lo que se hace necesario también el uso de atenuadores.
CATV a través del Cableado Estructurado
En ciertas aplicaciones, los segmentos de coaxial pueden reemplazarse con cable de par
trenzado para permitir la conexión o traslado de receptores de TV a la salida de
telecomunicaciones más conveniente. Reduciendo substancialmente el costo y el tiempo en la
implementación de MACs (movimientos, adiciones y cambios).
Para poder aplicar las técnicas de cableado estructurado a CATV, se requiere un medio
confiable para adaptar la señal de video al cable de par trenzado. El balun CATV es la clave de
esta conversión. El balun CATV es un elemento pasivo que convierte la señal desbalanceada
del cable coaxial a la señal balanceada del par trenzado. A diferencia de los baluns usados en
las redes de datos, el balun CATV debe preservar una calidad nítida de imagen en las
distancias establecidas. El cable de par trenzado atenúa la señal más que el cable coaxial y por
lo tanto requiere el uso de amplificación para compensar esta diferencia. Además las señales
de alta frecuencia requieren mayor amplificación debido a que se atenúan en mayor medida.
Distancias Máximas sobre Par Trenzado
Para un adecuado diseño de cableado, se requiere conocer la distancia entre los receptores TV
y el alimentador CATV para lograr una calidad aceptable de imagen y sonido.
La distancia máxima alcanzable entre el alimentador CATV y los receptores de TV se basa en
los siguientes factores:
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Nivel de Señal de Entrada (dBmV a determinada frecuencia)
Pérdida de Balun CATV (dBmV para cada par de Baluns a determinada frecuencia)
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Pérdida del cable por metro (dBmV/m a determinada frecuencia). La categoría del cable
es importante, se recomienda como mínimo categoría 5e
Nivel de señal requerido por el receptor de TV (dBmV a determinada frecuencia)
La fórmula para el cálculo de la distancia máxima es la siguiente:
[distancia máxima] = ([nivel de señal de entrada] – [pérdida de baluns] – [nivel de señal
requerida por el TV]) / [pérdida del cable por metro]
La tabla 1 nos da ejemplos de la aplicación de dicha fórmula:
Tabla 1. Cálculo de Distancia Máxima
Distancia Máxima para el Canal 61 (445 MHz) (frecuencia alta)
Nivel de señal de entrada .................................................. 30 dBmV
Pérdida de baluns para el canal 61 ..................................... 3 dBmV
Señal requerida por el TV.................................................. 10 dBmV
Pérdida de cable Cat 5e para el canal 61 ..................0.45 dBmV/m
Longitud Máxima de Cable UTP...............................................38 m
Distancia Máxima para el Canal 2 (55.25 MHz) (frecuencia baja)
Nivel de señal de entrada .................................................. 30 dBmV
Pérdida de baluns para el canal 2 ....................................... 3 dBmV
Señal requerida por el TV.................................................. 10 dBmV
Pérdida de cable Cat 5e para el canal 2 ....................0.15 dBmV/m
Longitud Máxima de Cable UTP.............................................113 m
Nivel de Amplificación Requerido
El uso de amplificadores compensa la pérdida producida por el cable de par trenzado y de otros
componentes. Se requiere una mayor amplificación a mayor frecuencia. Para poder determinar
la cantidad de amplificación, se debe calcular la pérdida de señal total entre el alimentador
CATV y los receptores de TV por medio de la siguiente fórmula:
[Amplificación requerida] = [nivel de señal requerida por el TV] + [pérdida de baluns] +
([pérdida del cable por metro] x [longitud requerida]) – [nivel
de señal de entrada]
Tabla 2. Cálculo de Amplificación Requerida
Amplificación Requerida para el Canal 61 (445 Mhz)
Nivel de señal de entrada .................................................. 10 dBmV
Señal requerida por el TV.................................................. 10 dBmV
Longitud Requerida de Cable UTP...........................................50 m
Pérdida de baluns para el canal 61 ..................................... 3 dBmV
Pérdida de cable Cat 5e para el canal 61 ..................0.45 dBmV/m
Amplificación requerida para el canal 61 ....................... 25.5 dBmV
Amplificación Requerida para el Canal 2 (55.25 MHz)
Nivel de señal de entrada .................................................. 10 dBmV
Señal requerida por el TV.................................................. 10 dBmV
Longitud Requerida de Cable UTP...........................................50 m
Pérdida de baluns para el canal 2 ....................................... 3 dBmV
Pérdida de cable Cat 5e para el canal 2 ....................0.15 dBmV/m
Amplificación requerida para el canal 2 ......................... 10.5 dBmV
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Una vez que se calculan las amplificaciones necesarias para las frecuencias inferior y superior
respectivamente, se debe determinar la ganancia de cuesta respectiva por medio de la
siguiente fórmula:
[ganancia de cuesta] =
[amplificación a alta frecuencia] - [amplificación a baja
frecuencia]
Con base en los cálculos de la Tabla 2, se obtiene la siguiente ganancia de cuesta:
25.5 - 10.5 = 15 dBmV
Por lo tanto, en este ejemplo se requiere un amplificador de 25.5 dBmV a 445 MHz, con una
ganancia de cuesta de 15 dBmV en todo el rango de frecuencias. Algunos amplificadores
tienen una ganancia de cuesta fija, otros son ajustables.
La pérdida de potencia por el uso de divisores debe tomarse en cuenta para el cálculo de los
amplificadores (o atenuadores) requeridos.
Distancias Máximas en Par Trenzado
El principal factor para determinar la máxima distancia alcanzable es la atenuación de señal en
el cable de par trenzado. A mayor categoría de desempeño, menor atenuación. La tabla
siguiente muestra las longitudes que pueden alcanzarse con modelos disponibles de baluns
CATV para las diferentes categorías de desempeño:
Tabla 3. Distancias Máximas CATV para Cable de Par Trenzado
Categoría
Categoría 5e
Categoría 6
Categoría 7 (propuesta)
Canal 2
195 m
230 m
> 230 m (en estudio)
Canal 26
95 m
110 m
> 110 m (en estudio)
Canal 77
60 m
70 m
> 70 m (en estudio)
Nota: Estas longitudes pueden extenderse con el uso de amplificadores.
Conclusión
Se ha demostrado en este artículo que la implementación de CATV en cableado de par
trenzado es posible tomando en cuenta algunos cálculos necesarios para la determinación de
los amplificadores o atenuadores a requerirse.
Además, deberá tomarse en cuenta cualquier recomendación y especificaciones de diseño
emitidas por el fabricante de los baluns y equipo CATV.
La utilización de componentes de mayor categoría de desempeño permite alcanzar mayores
distancias entre el alimentador CATV y los receptores de TV. La siguiente figura detalla cómo
pueden usarse componentes de par trenzado para la implementación de CATV:
Equipo CATV
UTP/ScTP
Cat 5e Mínimo
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BALUN
CATV
Coaxial 75 Ù
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