Fundamentos de Telecomunicaciones: Modulaciones, Fibra Óptica y Redes HFC

Modulaciones Digitales

COFDM (Multiplexación por División de Frecuencias Ortogonales Codificadas)

COFDM consiste en la utilización de un gran número de portadoras equiespaciadas en frecuencia, moduladas cada una de ellas en QPSK o 64 QAM. La información se reparte entre estas portadoras, cada una modulada con palabras de n bits. Todas las portadoras ocupan un ancho de banda de 8 MHz y forman subcanales. La suma de las informaciones contenidas en cada subcanal es igual a la información total que se desea transmitir. Las portadoras están separadas entre sí para evitar interferencias. El intervalo de guarda es un tiempo después de la señal en el que el equipo no responde para evitar recibir los ecos producidos.

QAM (Modulación de Amplitud en Cuadratura)

QAM varía la amplitud y la fase de la portadora según la señal modulada. Se utiliza cuando se necesita transmitir el máximo de información con el mínimo ancho de banda posible.

ASK (Modulación por Desplazamiento de Amplitud)

ASK varía la amplitud de la portadora según el valor digital del mensaje. 4-ASK emplea 2 bits por símbolo.

PSK (Modulación por Desplazamiento de Fase)

PSK varía la fase de la portadora según el valor digital del mensaje.

FSK (Modulación por Desplazamiento de Frecuencia)

FSK varía la frecuencia de la portadora según el valor digital del mensaje.

QPSK (Modulación por Desplazamiento de Fase en Cuadratura)

QPSK emplea dos portadoras en cuadratura (90º). Se obtiene sumando dos modulaciones BPSK en cuadratura. La fase de la portadora tiene 2 bits y la amplitud es constante.

Sistemas de Transmisión

DAB (Difusión de Audio Digital)

DAB es un sistema robusto diseñado para recepción doméstica y portátil, especialmente para receptores móviles. Ofrece un mejor aprovechamiento del espacio con la posibilidad de transmitir múltiples programas por multiplex. Elimina la información que el humano no puede oír, manteniendo la calidad. Utiliza COFDM para codificar el canal y permite distribuir el ancho de banda de forma personalizada.

Fibra Óptica (FO)

FO es un medio de transmisión empleado habitualmente en redes de datos. Consiste en un hilo muy fino de material transparente (vidrio o plástico) por el que se envían pulsos de luz que representan los datos. El haz se propaga por el interior de la fibra con un ángulo de reflexión por encima del ángulo límite de la reflexión total.

Multimodo

En multimodo, los haces de luz pueden circular por más de un camino, lo que provoca que no lleguen todos a la vez. Puede tener más de mil modos de propagación de la luz. El núcleo tiene un índice de refracción superior, pero del mismo orden de magnitud que el revestimiento. Dependiendo del índice de refracción, puede ser de índice escalonado o gradual.

Monomodo

En monomodo, solo se propaga un modo de luz, reduciendo el diámetro del núcleo de la fibra hasta un tamaño que solo permite un modo de propagación. Su transmisión es paralela al eje de la fibra, permitiendo alcanzar grandes distancias y transmitir elevadas tasas de información.

Emisores y Receptores

• Emisores LED: Utilizan una corriente de 50 a 100 mA. Su velocidad es lenta y solo se usan en multimodo. Son fáciles de usar, tienen un tiempo de vida largo y son económicos.
• Receptores: Fotodetector PIN y Avalancha APD.

Redes de Acceso

PON (Red Óptica Pasiva)

PON es una red óptica pasiva punto-multipunto que lleva una conexión de fibra óptica hasta la casa del usuario. Elimina todos los componentes activos entre el servidor y el cliente, utilizando componentes ópticos pasivos para guiar el tráfico. Su elemento principal es el dispositivo divisor óptico (splitter). Reduce los costes y el ancho de banda no es dedicado, sino multiplexado en una misma fibra.

GPON (Red Óptica Pasiva con Capacidad de Gigabit)

GPON tiene un alcance máximo de 20 km, soporta hasta 64 usuarios en una misma fibra, tiene control de errores, velocidades de hasta 2.5 Gbit y una eficiencia del 93%.

EPON (Ethernet sobre Redes Ópticas Pasivas)

EPON ofrece velocidades de hasta 1 Gbit de subida y bajada. Transmite datos en tiempo real y combina EPON y GPON, con una eficiencia del 60% al 80%.

HFC (Red Híbrida Fibra-Coaxial)

HFC es una red que incorpora tanto fibra óptica como cable coaxial para crear una red de banda ancha. Permite el acceso a Internet de banda ancha utilizando las redes CATV existentes. La topología se divide en dos partes: la conexión del abonado al nodo zonal mediante cable coaxial y la interconexión de los nodos zonales con fibra óptica.

Red Integrada

En una red integrada HFC, todos los servicios (voz, vídeo, datos) se integran en un mismo cable coaxial. Se emplea un multiplexor para integrar los servicios. A la salida, se necesita un demodulador para TV, un módem para datos y un módem de telefonía para voz.

Red Superpuesta

Una red superpuesta está formada por dos redes: una red HFC para transmitir TV y datos, y otra red que emplea fibra y pares.

Parámetros de Calidad de Señal

• S/N (Relación Señal/Ruido): Proporción entre la señal transmitida y la potencia de ruido que le afecta.
• BER (Tasa de Error de Bit): Número de bits recibidos de forma incorrecta respecto al total de bits enviados.
• CBER (Tasa de Error de Bit sin Corregir): Medida del BER antes de corregir errores.
• VBER (Tasa de Error de Bit Virtual): Tasa de errores después de la corrección.
• MER (Tasa de Error de Modulación): Herramienta cuantitativa que informa de la exactitud de una constelación digital.
• C/N (Relación Portadora/Ruido): Se mide en dB.
• Medidas Ecos: Herramienta útil para detectar situaciones complejas en la recepción de la señal que no son bien analizadas con el MER y el VER.

Distorsiones

• Distorsión de Intermodulación: Cuando la señal de entrada no es una portadora pura, sino que hay varias portadoras y se amplifica, la señal de salida estará compuesta por las señales de entrada amplificadas más los armónicos.
• Distorsión de Fase: Se produce cuando la característica de transferencia del dispositivo en fase es tal que las diferentes componentes frecuenciales de la señal sufren retardos de fase distintos.
• Distorsión de Amplitud: Cuando la característica de transferencia de amplitud con la frecuencia del dispositivo no es constante.
• CSO (Distorsión de Segundo Orden Compuesta): Se introduce al amplificador dos portadores de igual nivel, una al comienzo de la banda de frecuencia y otra al final.
• CTB (Distorsión Triple Beat): Utiliza de 42 a 60 portadoras sin modular del mismo nivel y equiespaciadas entre sí.

Estándares DVB

• DVB-S: 1.3 MHz y 60.75 MHz. Tasa de 1000 a 4500 kbauds. Polarización V/D y H/Iz. Modulación QPSK y 8PSK.
• DVB-T/H: 6, 7 y 8 MHz. Guarda 1/4, 1/8, 1/16, 1/32. Portadoras 2k, 4k y 8k. Modulación 64QAM.