ASPECTO SS TÉCNICO SS BÁSICO SS DEE CAT VV

ASPECTOS TÉCNICOS
BÁSICOS DE CATV
E
Essttáánnddaarreess yy C
Caappaacciittaacciióónn TTééccnniiccaa
G
Geerreenncciiaa ddee S
Sooppoorrttee TTééccnniiccoo O
Oppeerraattiivvoo
Nivel Básico
Curso de Aspectos Básicos de CATV
INDICE
• Conceptos básicos: Frecuencia, período, señal de TV,
modulación, espectro electromagnético.
• Headend: Proceso en el headend, descripción de equipos.
• Cables coaxiales: Descripción, características de los cables.
• Redes de cable: Esquema tree and Branch / red árbol–rama,
esquema HFC, tendido de redes.
• Instalaciones domiciliarias: Instalación en casas, instalación en
edificios.
• Fibra óptica.
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1_CONCEPTOS BÁSICOS
FRECUENCIA
Es una medida para indicar el número de repeticiones de cualquier fenómeno o
suceso periódico en una unidad de tiempo.
Para calcular la frecuencia de un evento, se contabilizan un número de
ocurrencias de éste teniendo en cuenta un intervalo temporal, luego estas
repeticiones se dividen por el tiempo transcurrido.
Según el Sistema Internacional, el resultado se mide en hertz (Hz). Un hertz es
aquel suceso o fenómeno repetido una vez por segundo, 2 Hz son dos sucesos
por segundo y así sucesivamente. Esta unidad se llamo originariamente como
ciclo por segundo y aún se sigue utilizando.
Un método alternativo para calcular la frecuencia es medir el tiempo entre dos
repeticiones (periodo) y luego calcular la frecuencia (f) recíproca de esta
manera:
donde T es el periodo.
Múltiplos: KHz. (KiloHertz) =
MHz. (MegaHertz) =
GHz. (GigaHertz) =
1.000 Hz
1.000.000 Hz
1.000.000.000 Hz
PERÍODO
El término período se utiliza para designar el intervalo de tiempo necesario
para completar un ciclo repetitivo.
•
En física período se utiliza para designar el intervalo de tiempo entre dos
puntos equivalentes de una onda u oscilación, también se puede asociar
a la frecuencia mediante la relación:
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FIGURA 1:
Representación de una señal alterna: Amplitud (eje vertical) vs. Tiempo (eje
horizontal). Se observa que a mayor frecuencia, la señal es más rápida y el ciclo
de repetición es más corto.
Amplitud
SEÑAL 1:
FRECUENCIA 1 Hz (1 ciclo/seg)
PERIODO: 1 seg.
1 seg.
SEÑAL 2:
FRECUENCIA 2 Hz (2 ciclos/seg.)
PERIODO: 1/2 seg.
1/2 seg.
SEÑAL 3:
FRECUENCIA 4 Hz (4 ciclos/seg.)
PERIODO: 1/4 seg.
1/4 seg.
¼ seg.
½ seg.
¾ seg.
1 seg.
Tiempo
(seg.)
Otra forma de representar una señal alterna es: Amplitud (eje vertical) vs.
Frecuencia (eje horizontal)
FIGURA 2:
Representaremos las tres señales anteriores, ahora en función de la frecuencia.
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FIGURA 3:
Representación de las mismas señales en función del tiempo y de la frecuencia.
SEÑAL DE TV
La señal de un canal de TV, representada en función de la frecuencia es la
siguiente:
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Dentro de un ancho de banda de 6 MHz tenemos la señal de video y la de
audio, dentro de la señal de vídeo tenemos la información de la imagen, en luz
y color, lo que se llama Luminancia y Crominancia, y de sincronismos.
La imagen esta formada por luz y color, la luz define la imagen en blanco y
negro (es la información que se utiliza en sistemas de blanco y negro) y a esta
parte de la señal de vídeo se le llama luminancia.
La parte del color recibe el nombre de Crominancia y transporta las dos
variables que componen los colores, el tinte (es decir el tipo de color que es,
rojo, verde, azul...) y la saturación (es decir la cantidad de color que hay).
Existen tres estándares diferentes para la codificación del color, NTSC (utilizado
en América y Japón), SECAM (Francia y antiguos países socialistas) y PAL
(Europa, China, Argentina….).
MODULACIÓN
La modulación consiste en un proceso en donde eléctricamente un parámetro de
una onda portadora cambia de acuerdo a las variaciones de la señal
moduladora, que es la información que se quiere transmitir.
Para transmitir varios canales por el mismo medio, los mismos deben
"acomodarse” (ser desplazados) dentro de las bandas de frecuencias asignadas
para CATV (desde 5 MHz hasta 1 GHz).
Al sumar todas las señales moduladas, obtendremos el espectro de señales de
CATV que debemos transmitir por el cable:
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MAS
CANALES
Ch 2
0
MHz
54
MHz
Ch 3
60
MHz
Ch 4
66
MHz
Ch 5
72
MHz
76
MHz
Ch 6
82
MHz
88
MHz
BANDAS UTILIZADAS EN CATV
Espectro electromagnético
Atendiendo a su longitud de onda, la radiación electromagnética recibe
diferentes nombres, y varía desde los energéticos rayos gamma (con una
longitud de onda del orden de picómetros) hasta las ondas de radio (longitudes
de onda del orden de kilómetros), pasando por la luz visible (cuya longitud de
onda está en el rango de las décimas de micrómetro). El rango completo de
longitudes de onda es lo que se denomina el espectro electromagnético.
La luz visible es un minúsculo intervalo que va desde la longitud de onda
correspondiente al color violeta (aproximadamente 400 nanómetros) hasta la
longitud de onda correspondiente al color rojo (aproximadamente 700 nm).
En telecomunicaciones se clasifican las ondas mediante un convenio
internacional de frecuencias en función del empleo al que están destinadas:
Clasificación de las ondas en telecomunicaciones
Sigla Rango
Denominación
Empleo
VLF 10 kHz a 30 kHz
Muy baja frecuencia Radio gran alcance
LF
30 kHz a 300 kHz
Baja frecuencia
Radio, navegación
MF
300 kHz a 3 MHz
Frecuencia media
Radio de onda media
HF
3 MHz a 30 MHz
Alta frecuencia
Radio de onda corta
VHF 30 MHz a 300 MHz Muy alta frecuencia TV, radio
UHF 300 MHz a 3 GHz
Ultra alta frecuencia TV, radar
SHF 3 GHz a 30 GHz
Súper alta frecuencia Radar
EHF 30 GHz a 300 GHz Extra alta frecuencia Radar
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Distribución general de servicios dentro del Espectro Electromagnético
En TV por cable, los canales se modulan dentro de ciertos intervalos de
frecuencias denominados bandas.
BANDAS UTILIZADAS EN CATV
BANDA DE
RETORNO
5 a 42 MHz
BANDA
BAJA
54 a 88 MHz
RADIO
FM
88 a 108 MHz
BANDA
MEDIA
120 a 174 MHz
Ch 14 al 22
BANDA
ALTA
174 a 216 MHz
Ch 7 al 13
SUPER
BANDA
216 a 300 MHz
Ch 23 al 36
HIPER
BANDA
300 a 546 MHz
Ch 37 al 77
VIDEO
DIGITAL
546 a 750 MHz
DATOS
DIGITALES
RETORNOS
Ch 2 al 6
CANALES DE T V
ANALÓGICOS
CANALES DE TV
DIGITALES
La cantidad de canales y bandas que se pueden ocupar depende del ancho de
banda de la red, esto es, de la capacidad de la misma para transportar un rango
amplio de frecuencias.
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2_ HEADEND O CABEZAL
FUENTES DE SEÑAL
El cabezal es el sector en el que se procesan todas las señales que serán
enviadas a la red. Las fuentes posibles de generación de dichas señales son
varias:
SATELITES
PROVEEDOR DE
SEÑALES
SATELITALES
EMISORA DE TV
ABIERTA
HEADEND
ENLACES DE
FIBRA ÓPTICA
PROGRAMACION
“ENLATADA”
CANALES DE
PRODUCCION
PROPIA
Satélite
Microondas
Aire Enlatados
Producción propia
Enlaces por cable coaxial
Enlaces por fibra óptica
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PROCESOS EN EL HEADEND
El Headend es el centro del sistema encargado de agrupar y tratar los diversos
contenidos que se van a transmitir por la red. En la figura, se puede ver como
es el proceso de las señales de vídeo hasta su salida a la red.
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DESCRIPCION DE EQUIPOS
Receptor satelital - Decodificador
Es el encargado de recibir la señal de un satélite captada mediante una
antena parabólica y traducir (decodificar) señales que llegan codificadas. Debe
estar habilitado por quien comercializa la señal.
Conversor de Norma
Convierte la señal que recibe del equipo anterior a norma PAL-N desde la norma
original (Ej. NTSC, PAL-M, etc.).
Modulador
En el encargado de traducir la señal original en banda base a un canal o posición
deseada en RF.
MODULADOR CH2
0 MHz
6 MHz
ENTRADA
(BANDA
Audio
0 MHz
54 MHz
60 MHz
Salida Modulada
Canal 2
Video
Sumador
Es el dispositivo que realiza la sumatoria de todos los moduladores, creando una
salida única que servirá para ser insertada en la red.
Procesador
Recibe la señal de los canales de aire y ajusta su nivel en forma automática
dándole los parámetros adecuados para ser transmitida.
Centro editor
Se compone de varios equipos (isla de edición), con los cuales se compagina y
edita el material producido.
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3_CABLES COAXIALES
DESCRIPCIÓN
El cable coaxial es un Cable formado por dos conductores concéntricos.
Un conductor central o núcleo, formado por un hilo sólido de cobre o acero
cobreado “copper clad”.
Un conductor exterior en forma de tubo o vaina, y formado por una malla
aluminio. Este conductor exterior produce un efecto de blindaje y además sirve
como retorno de las corrientes.
El primero está separado del segundo por una capa aislante llamada dieléctrico.
De la calidad del dieléctrico dependerá principalmente la calidad del cable.
Todo el conjunto está protegido por una cubierta aislante
llamada jacket.
Existen múltiples tipos de cable coaxial, cada uno con un diámetro e
impedancia diferentes. El cable coaxial no es habitualmente afectado por
interferencias externas, y es capaz de lograr altas velocidades de transmisión en
largas distancias. Por esa razón, se utiliza en redes de comunicación de banda
ancha (cable de televisión) y cables de banda base (Ethernet).
El cable coaxial se reemplaza por la fibra óptica en distancias superiores a varios
kilómetros, porque el ancho de banda de esta última es muy superior, lo que
justifica su mayor costo y su instalación más delicada.
Conductor
Dieléctrico
Cubre dieléctrico
de aluminio
Malla de aluminio
Cubierta
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CARACTERISTICAS DE LOS CABLES
Las señales de transmisión de RF a través de largas distancias están sujetas a
pérdida de fuerza o amplitud de la señal y otras anomalías llamadas
distorsiones. La atenuación es la razón principal de que el largo de las redes
tenga varias restricciones. Si la señal se hace muy débil, el equipo receptor no
reconocerá esta información.
El cable pierde señal y esta es proporcional a su longitud y a la frecuencia de
transmisión, por lo será necesario colocar amplificadores a lo largo de nuestra
red para recuperar el nivel de señal.
Para frecuencias mayores (canales más altos) el cable atenúa más:
Amplitud
Amplitud
Frecuencia
2
Frecuencia
77
2
Señal de Entrada
77
Señal de Salida
Para compensar éste efecto se colocan ecualizadores en cada amplificador, los
cuales restablecen las relaciones de nivel entre los canales altos y bajos.
Amplitud
Amplitud
Frecuencia
Ch2
Ch77
Señal de Entrada
al Amplificador
Ch
Amplitud
Frecuencia
Ch7
Ecualizador
Frecuencia
Ch
Ch7
Señal de Salida
El cable pierde más señal cuando la temperatura ambiente es más elevada, la
atenuación aumenta un 1,8% por cada 10ºC de incremento. Para compensar
esta variación, los equipos poseen Control Automático de Ganancia (AGC), éste
sistema permite que se mantengan constantes los niveles de salida de los
amplificadores ante las variaciones climáticas.
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4_REDES DE CABLES
ESQUEMA TREE & BRANCH O ARBOL-RAMA
Es el esquema clásico de red totalmente coaxial, que surge de una solución técnico
– económica.
HEADEND
RED TRONCAL
Es la línea que lleva la señal con
buena calidad lo más lejos posible.
•Puede tener hasta 15 Km. de longitud
•Puede tener hasta 30 amplif. En serie
•El cable usado es el más grueso (1”)
•Por la tecnología, los amplif. de línea son
los más caros
RED DE DISTRIBUCION
Es la línea que distribuye la señal a los abonados
•El cable coaxial es más fino
•Los amplificadores (Line Extender) son mucho más económicos
•No puede haber más de 3 amplificadores en cascada
•En su recorrido se insertan TAPs, que son derivadores con 2, 4 u 8
salidas, a las cuales se conectan los cables hacia los abonados
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ESQUEMA HFC
Siglas de "Hybrid Fiber Coaxial" ("Híbrido de Fibra y Coaxial").
En Telecomunicaciones, es un término que define una red que incorpora tanto
fibra óptica como cable coaxial para crear una red de banda ancha. Esta
tecnología permite el acceso a Internet de banda ancha utilizando las redes
CATV existentes. Se puede dividir la topología en dos partes. La primera
consiste en conectar al abonado por medio de cable coaxial a un nodo zonal y
posteriormente interconectar los nodos zonales con fibra óptica.
A través del uso de cada una de estas tecnologías, la red es capaz de
aprovecharse de los beneficios y minimizar el impacto de las limitaciones
inherentes a cada una.
La fibra óptica proporciona la ventaja de cubrir distancias razonablemente
largas con un mínimo de amplificación y regeneración de la señal.
El cable coaxial proporciona una capacidad de ancho de banda considerable,
mientras que también permite que la señal se extraiga y se inserte con una
mínima interferencia a cualquier cliente o equipo. Las limitaciones de este
sistema son que a veces la señal necesita ser amplificada y además es
susceptible a interferencias externas.
Funcionamiento
A diferencia de las redes CATV en donde la transmisión es unidireccional (desde
la central hacia el abonado), en HFC la transmisión es bidireccional.
Red Troncal
Después que la información es procesada en la cabecera se entrega a la red
troncal donde se utiliza fibra óptica, esta fibra que esta en la red troncal tiene la
ventaja de eliminar la larga serie de amplificadores de banda ancha que
insertan mucho ruido y los fallos potenciales en el sistema de cable. Los únicos
amplificadores que permanecen entre la cabecera y el usuario son los de la red
de distribución.
La red troncal suele presentar una estructura en forma de anillos redundantes
de fibra óptica que une a un conjunto de nodos primarios.
Red de Distribución
En los nodos las señales ópticas se convierten a señales eléctricas y se
distribuyen a los hogares de los abonados a través de una estructura tipo bus
de coaxial, la red de distribución. Cada nodo típicamente tiene capacidad para
alimentar unos 2000 hogares pasados o relevados, 500 por cada salida), siendo
un tamaño habitual en las redes HFC. (este tamaño puede variar según el
diseño que depende del tráfico de reversa necesario para abastecer la demanda
de servicios doble vía específicos por zona) el cual permite emplear cascadas de
2 ó 3 amplificadores de banda ancha como máximo.
Con esto se consiguen unos buenos niveles de ruido y distorsión en el canal
descendente (de la cabecera al abonado).
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HEEEAAADDDEEENDDD
Grafico de una red HFC
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Tendido de redes
Tendido por postes (Aéreo)
CABLE DE
ACERO
(LINGA)
TAP
S
CABLE DE
RED
AMPLIFICAD
OR
TAP
S
LOO
P
POST
E
Tendido por centro de manzana
Los cruces entre manzanas pueden ser aéreos o subterráneos.
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5_INSTALACIONES DOMICILIARIAS
•
Instalación en casas
La instalación de una casa se realiza con un tendido de cable coaxial flexible del
tipo RG-6 o RG-11, desde el TAP más cercano al domicilio hasta la propiedad.
Dependiendo de la cantidad de TV que posea el abonado, se deberá colocar un
amplificador domiciliario, ya que la señal provista a la salida del TAP no es
suficiente para tantos aparatos
CABLE DE RED
TAP
CABLE DOMICILIARIO
TV
DCT
La instalación puede realizarse por exterior (como en la figura anterior), o por
cañería (figura posterior), para lo cual la acometida llega al techo e ingresa al
caño, del cual previamente se ha removido el cable de antena existente.
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Los elementos del sistema de antena de aire del cliente no se utilizan, ya que
generalmente no son aptos para transmitir la mayor cantidad de canales que
se ofrecen en el servicio de TV por cable.
•
Instalación en edificios
La instalación en edificios es parecida a la de casas: desde el TAP sube un
único cable a la terraza, allí se coloca un amplificador que nos permite obtener
un nivel de señal suficiente para dar servicio a los abonados del consorcio.
En la terraza se instala una caja estanca, la que contiene el amplificador, su
fuente de alimentación y los divisores de señal desde donde parte un cable de
bajada por abonado que lleva el servicio hasta cada uno de los departamentos.
CAJA
AMPLIFICADORA
CABLE DE
BAJADA
CABLE DE SEÑAL
DEL EDIFICIO
TAP
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6_Fibra Óptica
Hoy en día para realizar enlaces con baja atenuación y gran inmunidad al ruido,
se dispone de la fibra óptica. Esta tecnología combina el uso de la luz como
portadora de información, y las fibras de vidrio como guías de onda de dicha
luz.
FIGURA: Ejemplo de un enlace con Fibra Óptica
CABLE DE FO
TX ÓPTICO
RX ÓPTICO
CABLE DE RF
En el headend, la señal de radiofrecuencia (RF) es insertada en los
Transmisores Ópticos, que son los que “transforman” la señal en luz, en una
longitud de onda determinada.
La luz viaja por la fibra sin sufrir gran atenuación, pudiendo cubrir una gran
distancia (decenas de Km.) sin necesidad de equipos intermedios, hasta el nodo
receptor.
El receptor óptico vuelve a “transformar” la luz en RF para su distribución por el
cable.
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8 µm
125 µm
RECUBRIMIENTO
NUCLEO
250 µm
REVESTIMIENTO
Sección de una Fibra óptica
Las FO se pueden dividir en 2 grupos, las Multimodo y las Monomodo. Las usadas
para transmisiones de largas distancias son las Monomodo.
Están compuestas de 3 elementos, un “core” o “núcleo”, con un diámetro de 8 µm,
un “cladding” o “revestimiento”, que es el área que esta por sobre el núcleo y por
último un “coating” o “revestimiento” que es la capa que le da resistencia y un color
para su identificación.
Cada “pelo” de fibra óptica puede transportar más información que el cable coaxial, y
con mejor calidad final.
En contrapartida, es más cara, por lo cual sólo se justifica para gran cantidad de
abonados.
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7_GLOSARIO
AGC
El control automático de ganancia (AGC) es un sistema electrónico encontrado
en muchos dispositivos. Su objetivo es de controlar el “nivel” de un sistema
para mantener el funcionamiento adecuado sobre una gama de señal de
entrada.
AM
Es un tipo de modulación lineal que consiste en hacer variar la amplitud de la
onda portadora de forma que esta cambie de acuerdo con las variaciones de
nivel de la señal moduladora, que es la información que se va a transmitir.
AMPLIFICACIÓN
Es el proceso que eleva los niveles de la señal.
AMPLIFICADOR
Equipo que se usa para amplificar la señal.
AMPLIFICADOR DE DISTRIBUCIÓN (o Line Extender)
Es el amplificador que se utiliza en las líneas que distribuyen la señal a los
abonados. Su calidad es inferior a la del troncal y opera a altos niveles.
AMPLIFICADOR TRONCAL
Es el amplificador que se coloca sobre la red troncal, en general, es el de mayor
calidad de todos. Opera a niveles de señal más bajos que el line extender.
AMPLITUD
Es el nivel máximo de una señal alterna.
ANALÓGICO/A
Información cuyos niveles varían en forma continua.
ANCHO DE BANDA
Es el intervalo de frecuencias ocupado por una o más señales.
ATENUACIÓN
Es la pérdida de señal que se produce en un elemento de la red.
BANDA BASE
Característica que presenta la señal de TV cuando se genera (sin modular), por
Ej. en la salida de la cámara, en este caso se tiene por separado la señal de
audio con frecuencias de hasta 20 KHz y la de video que ocupa hasta los 4
MHz.
BANDA DE RETORNO (O REVERSA)
Es el rango de frecuencia que se reserva para señales que viajan en sentido
inverso (es decir desde un punto de la red hacia el cabezal).
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CABEZAL
Es lugar que concentra el equipamiento donde se reciben, generan, procesan y
emiten las señales que se transmiten por una red de cable.
CASCADA
Es el número de amplificadores conectados en serie.
CATV
TV por cable
CROMINANCIA
Es la componente de la señal de vídeo que contiene las informaciones del color.
DBMILIVOLT (dBmV)
Es la unidad de medida del nivel de la señal de TV.
DECIBEL (dB)
Unidad de medida que expresa la relación entre dos potencias (Ej. Potencia de
salida vs. Potencia de entrada), se utiliza para indicar la ganancia o pérdida de
potencia de un dispositivo.
DECODIFICADOR
Aparato electrónico que descifra (decodifica) señales de TV codificadas.
DIELÉCTRICO
Material aislante que separa los dos conductores del cable coaxial.
DIGITAL: Información en la que se utilizan dos estados (unos y ceros) para
representar valores preestablecidos de una señal analógica.
DIVISOR: Dispositivo pasivo (no necesita fuente de alimentación para su
funcionamiento) que divide la señal en dos o más caminos.
ECUALIZADOR
Elemento que restablece la relación de niveles adecuada entre las diferentes
frecuencias presentes en el cable, En nuestro caso los ecualizadores poseen
una respuesta inversa a la del cable (para compensar su efecto), para ello debe
presentar mayor atenuación en los canales de la banda baja y menor en los de
la banda alta.
FEEDER
Cable de la red de distribución que une la salida de un amplificador con la
entrada del siguiente, sin derivar señal a los abonados.
FM (Modulación en frecuencia)
Es el tipo de modulación que modifica la frecuencia de la portadora en función
de las variaciones de la información.
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FOAM
Espuma plástica que se utiliza como dieléctrico en los cables.
FRECUENCIA
Es la cantidad de veces que una señal alterna se repite en un segundo.
FUENTE DE ALIMENTACIÓN
Aparato que toma energía de la red 220 V y la adapta a los valores adecuados
para alimentar a los amplificadores de la red.
Hertz (Hz)
Es la unidad en que se mide la frecuencia, (1 Hz = 1 ciclo / segundo).
HUB
Sitio donde se recibe señal óptica proveniente del headend y se realiza la
transición hacia los nodos.
LUMINANCIA
Es la componente que codifica la información de luminosidad de la imagen
MICROONDAS
Son señales cuya frecuencia es superior a 1 GHz.
MODULACIÓN
Es la técnica que permite modificar un parámetro (amplitud, frecuencia o fase)
de una señal (portadora), en función de las variaciones de la información.
NODO
Dispositivo que traduce la señal óptica proveniente del Hub y la convierte en
RF, para su posterior distribución hacia los abonados.
NTSC
Norma estadounidense para señales de TV.
PAL-N
Norma PAL, usada en TV en Argentina.
PAL
Norma para señales de TV creada en Alemania.
PERIODO
Es el tiempo de duración de un ciclo de una señal alterna.
PORTADORA DE VIDEO
Es la señal de radio frecuencia sobre la cual se modula la información de video
de la señal de TV.
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PORTANTE
Cable de acero que sirve para fijar y tensar el cable coaxial.
RF (radiofrecuencia)
Rango de frecuencias que se propagan por el aire.
RG – 59
Cable que se utiliza para la instalación de abonados.
RG – 06
Cable que se utiliza para la instalación de abonados.
SEÑAL ALTERNA
Es una información o señal que varia periódicamente en el tiempo
SINCRONISMO
Es la información que se envía dentro de la señal de TV para que el receptor
interprete el comienzo de cada pantalla.
TAP
Dispositivo que, colocado en la red, permite derivar señal para los abonados.
TELEMETRÍA
Proceso de medición a distancia.TRONCAL
Parte de la red que se diseña para llevar la señal lejos, sin distribuir en el
camino.-
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