Se dice que una red de cable es muy parecida a una red de distribución de agua: se necesitan tuberías de gran capacidad para llevar agua a todas las zonas de la población, divisores para repartir el líquido en dos o más rutas, sistemas de bombeo, tubos de menor diámetro y llaves para hacer llegar el agua a los usuarios. Asimismo, si la red tiene fallas o fugas, el vital fluido se puede contaminar o escapar.

 

Regresando de la analogía del agua a las señales de RF (radio frecuencia), cabe señalar que no se podrá hacer un buen diseño sin antes haber recopilado toda la información y definido todas las variables descritas hasta este punto (ver primera parte de este artículo). Una vez que se tengan todos estos elementos, se podrá comenzar a trabajar en los cálculos para el diseño de la red.

 

Se debe buscar un balance entre el número de veces que se amplifica la señal y las distorsiones que se producen en este proceso. Es necesario considerar que entre más etapas de amplificación existan, las distorsiones serán mayores y el CNR se degradará más. Como ya se mencionó al principio de este artículo, las cascadas de amplificadores en las redes modernas se han reducido a tres o menos dispositivos activos.

 

Para saber cuál es el máximo número de amplificadores que se puede colocar en cascada sin violar las normas, se analiza el comportamiento del ruido y se calculan las distorsiones en el sistema.

 

 

La Relación Portadora a Ruido (CNR o C/N) es la relación o proporción que existe entre la portadora de la señal y el ruido en un ancho de banda determinado. Es una medición que permite conocer qué tan cerca se encuentra el ruido de la señal que se desea transmitir en una porción del espectro.

 

Para calcular el CNR es indispensable conocer la figura de ruido (NF, Noise Figure) del amplificador. Para el CNR de un sólo amplificador se utiliza la siguiente fórmula:

 

CNR = Nivel de salida del amplificador - (-59.2 + NF + Ganancia)

 

Donde:

CNR = Relación Portadora a Ruido

NF = Figura de ruido del amplificador (especificada por el fabricante)

- 59.2 = Constante (ruido térmico en un ancho de banda de 4 MHz)

 

Una vez que se conoce el CNR del amplificador, se procede a calcular el CNR total al final del último amplificador de la cascada. Si se trata de amplificadores con el mismo CNR se emplea la siguiente fórmula:

 

CNR_S = CNR – 10log₁₀N

 

Donde:

CNR_S = Relación Portadora a Ruido resultante (al final de la cascada)

N = número de amplificadores con el mismo CNR

 

Si los amplificadores tienen distinto CNR, entonces se emplea la siguiente fórmula:

Donde:

CNR_S = Relación Portadora a Ruido resultante (al final de la cascada)

CNR_n = Relación Portadora a Ruido de cada uno de los amplificadores

 

Gracias a las fórmulas de CNR (y a otras fórmulas más) se determina cuántos amplificadores en cascada se pueden colocar. La Norma Oficial Mexicana NOM-05-SCT1-93 (cuyo objetivo es definir las especificaciones y requerimientos para la instalación y operación de sistemas de televisión por cable) determina que el CNR en el sistema no será menor de 40 dB para canales cuya señal corresponda a estaciones de televisión radiodifundida y de 43 dB para canales con cualquier otro tipo de señal. Sin embargo, se sugiere que, en la medida de lo posible, se mantenga el CNR bajo estándares más rigurosos. Para mayor información sobre el cálculo del CNR en una red de cable consulte el Manual de Matemáticas para CATV: Módulo 3.

 

No sólo se debe calcular el CNR para saber el número máximo de amplificadores en cascada, también se debe calcular el CSO, el CTB y el XMOD.

 

Cálculo de CSO
Se conoce como Batidos de Segundo Orden (CSO) a la distorsión ocasionada por la mezcla no deseada de portadoras en el sistema. Es decir, al combinar señales en un medio de transmisión y al ser amplificadas, éstas se combinan y generan otras portadoras o interferencias que caen en determinadas posiciones en el espectro. El CSO cae alrededor de la frecuencia de las portadoras de video.

 

Para calcular el CSO al final de la cascada de amplificadores, primero se debe conocer el CSO a la salida de cada uno de los amplificadores que la conforman. Para conocer el CSO de un solo amplificador se emplea la siguiente fórmula:

 

CSO = CSO_ref – (Nivel de salida – Nivel de referencia)

 

Donde:

CSO = Batidos de Segundo Orden a la salida del amplificador

CSO_ref = Batidos de Segundo Orden especificados por el fabricante

 

Conociendo el valor de CSO de los amplificadores, simplemente se obtiene el CSO_S al final de la cascada de amplificadores. Si se trata de amplificadores con el mismo CSO se utiliza la fórmula:

 

CSO_S = CSO – 15log₁₀N

 

Donde:

CSO_S = Batidos de Segundo Orden (al final de la cascada de amplificadores)

CSO = Batidos de Segundo Orden a la salida del amplificador

N = Número total de amplificadores con CSO igual

 

Y si se trata de amplificadores con distinto CSO, se emplea la fórmula:

Donde:

CSO_S = Batidos de Segundo Orden totales (al final de la cascada de amplificadores)

CSO_n = Batidos de Segundo Orden a la salida de cada amplificador

 

Cálculo de CTB
Triple Batido Compuesto (CTB) se le llama a un tipo de distorsión ocasionada por la mezcla no deseada de portadoras en el sistema. A diferencia del CSO, el CTB cae directamente en la posición de la portadora de video de los canales.

 

Para calcular el CTB se sigue un proceso similar al del realizado para el CSO: primero se calcula el CTB a la salida del amplificador y luego se obtiene el valor del CSO a la salida del último amplificador de la cascada.

 

La fórmula para calcular el CTB de un solo amplificador es:

 

CTB = CTB_ref – 2(Nivel de salida – Nivel de referencia)

 

Donde:

CTB = Triple Batido Compuesto a la salida del amplificador

CTB_ref = Triple Batido Compuesto especificado por el fabricante

 

Una vez que se conozca el CTB, se procede a calcular el CTB total al final de la cascada. Si se trata de amplificadores con el mismo valor de CTB, se utiliza la siguiente fórmula:

 

CTB_S = CTB – 20log₁₀N

 

Donde:

CTB_S = Triple Batido Compuesto total (al final de la cascada de amplificadores)

CTB = Triple Batido Compuesto a la salida del amplificador

N = Número total de amplificadores con el mismo CTB

 

Para el caso de amplificadores con distinto CTB, se emplea la fórmula:

Donde:

CTB_S = Triple Batido Compuesto total (al final de la cascada de amplificadores)

CTB_n = Triple Batido Compuesto a la salida de cada amplificador

 

Cálculo de XMOD
La modulación cruzada es otro tipo de distorsión parecido al CSO y CTB, y se origina en grandes cascadas de amplificadores.

 

En el caso del cálculo de la modulación cruzada se sigue un procedimiento semejante al cálculo del CSO y del CTB. Primero se obtiene el XMOD producido por un solo amplificador:

 

XM = XM_ref – 2(Nivel de salida – Nivel de referencia)

 

Donde:

XM = Modulación cruzada a la salida del amplificador

XM_ref = Modulación cruzada especificada por el fabricante

 

Después se calcula el XM total. Para amplificadores con el mismo XM:

 

XM_S = XM – 20log₁₀N

 

Donde:

XM_S = Modulación cruzada total (al final de la cascada de amplificadores)

XM = Modulación cruzada a la salida del amplificador

N = Número total de amplificadores con el mismo XM

 

Para amplificadores con diferente XM

XM_S = Modulación cruzada total (al final de la cascada de amplificadores)

XM_n = Modulación cruzada a la salida de cada amplificador

 

La Norma Oficial Mexicana para la televisión por cable especifica que la relación del nivel de la señal de video con respecto a disturbios (productos de intermodulación, distorsiones de segundo y tercer orden o señales interferentes en frecuencias discretas) no será menor a 51 dB. Para mayor información sobre cálculos de distorsiones consulte el Manual de Matemáticas para CATV: Módulo 3

 

El diseño del enlace óptico va más allá del alcance de este artículo y se explica con mayor detalle en el Manual de Matemáticas para CATV: Módulo 4. El proceso de diseño de RF de la red de cable se explica a continuación.

 

El diseño de RF tiene como objetivo distribuir las señales a la mayor cantidad posible de casas pasadas. Partiendo de los niveles de salida del amplificador (definidos previamente) y de la pérdida de señal por pasivos, se va calculando el nivel de señal disponible para repartirse a cada uno de los abonados [Tabla 3]. Los taps tienen distintos valores de atenuación debido a que no todos reciben la misma potencia de señal. Los más cercanos al amplificador reciben mayor potencia y los más alejados reciben menor potencia [Figuras 5 y 6]. Los más próximos al amplificador deberán restar más potencia a las señales, mientras que los más alejados, deberán restar menor potencia a la señal recibida para llegar con el mismo nivel al suscriptor (0 dBmV).

	Pérdida por: (Frecuencia alta/baja)	Nivel a la salida de: (Frecuencia alta/baja)	Nivel en la boca del tap: (Frecuencia alta/baja)
Amplificador	-	47 / 37	-
30 m de cable de distribución [7.68 dB/100m  @ 860 MHz]	2.3 / 0.51	44.7 / 36.49	-
Tap de 8 salidas (26)	1.7 / 0.6	43 / 35.89	18.7 / 10.49
25 m de cable de distribución [7.68 dB/100m  @ 860 MHz]	1.92 / 0.43	41.08 / 35.46	-
Tap de 4 salidas (23)	1.8 / 0.7	39.28 / 34.76	18.08 / 12.46

 

Figura 6. Ejemplo de cálculo de niveles en la línea de distribución.

 

Es importante asegurarse de que los niveles que llegan al suscriptor se encuentren dentro del rango de los valores especificados por el sistema de cable. Una vez calculados los niveles de forward en alta y baja frecuencia, se debe corroborar que la pendiente también se encuentre dentro de los parámetros establecidos. En ocasiones, cuando la pendiente cae fuera de las especificaciones, se colocan ecualizadores de línea para ajustar los niveles.

 

Cuando la potencia de las señales ha disminuido a tal punto que ya no es posible dar servicio a más abonados, se coloca un amplificador. Éste recibe las señales, incrementa su potencia y les da la pendiente adecuada para ser distribuidas nuevamente a las casas [Figura 7]. Las señales que el amplificador recibe en sus puertos de entrada no siempre tienen la misma potencia ni pendiente, por lo tanto, se emplean atenuadores y ecualizadores (que se insertan dentro del amplificador) para dar el nivel y la pendiente requerida en el proceso de amplificación. Los atenuadores reducen el nivel de las señales y los ecualizadores les proporcionan la pendiente requerida.

 

Figura 7. Pendiente de entrada y salida de los amplificadores.

 

El nivel de las señales de entrada al amplificador es muy variable. Inclusive, hay casos en que la pendiente no es negativa y se tienen que utilizar simuladores de cable en lugar de ecualizadores.

 

Este mismo procedimiento se realiza en las redes bidireccionales para la ruta de retorno, sólo que, en este caso, se toma el máximo nivel de potencia de transmisión del cablemodem y se sigue la trayectoria inversa para los cálculos: de las instalaciones del suscriptor hacia los amplificadores [Figura 8].

Figura 8. Ruta de retorno.

 

Como se ha visto en este artículo, el diseño de una red de cable consiste en una larga serie de operaciones matemáticas. Para facilitar esta tarea, existen herramientas informáticas que, con base en los parámetros definidos por el sistema de cable, arrojan distancias, valores, niveles y otros datos para la construcción de la red. Estas herramientas van desde hojas de cálculo hasta robustos programas de diseño.

 

Conviene analizar la adquisición de un software profesional de diseño pues, al tratarse de una fuerte inversión, sólo se justifica para empresas que realizan muchos diseños. No obstante, es indispensable conocer los fundamentos teóricos y matemáticos para realizar diseños confiables.

 

Algunas veces los operadores de cable recurren a otras empresas que se dedican exclusivamente a hacer diseños de redes de cable. Para determinar la calidad del diseño entregado, se deben verificar varios puntos que, a pesar de parecer obvios, en determinado momento pueden marcar una gran diferencia. Algunos de los principales puntos que se deben verificar son:

 

a)      Especificaciones en el plano

b)      Lista de material

c)      Porcentaje de cable repetido en la red

d)      Casas pasadas por kilómetro de red

e)      Niveles de señal

 

a) Especificaciones en el plano: Es necesario asegurarse de que la nomenclatura y las acotaciones en el plano sean claras y, en caso necesario, que estén especificados los niveles de señal al final de las cascadas. Se recomienda que no haya demasiados dispositivos por poste y que todos los elementos (activos o pasivos) estén dibujados antes de cada poste, no después ni sobre él. Se sugiere colocar los amplificadores antes de cada cruce de calle y tratando de respetar la dirección de salida de los amplificadores si tienen diferentes niveles en sus puertos. Todo esto con la finalidad de que el trabajo de construcción de la red no se complique en exceso.

 

b) Lista de material: Además de las especificaciones contenidas en el plano, es indispensable que el diseñador entregue una lista de todos los componentes pasivos y activos que se utilizarán en la red y de sus características: amplificadores, fuentes de alimentación, taps, divisores, acopladores direccionales, conectores, ecualizadores, atenuadores (pads), cable coaxial, etc.

 

c) Porcentaje de cable repetido en la red: Se refiere al porcentaje de cable (con respecto al total de cable empleado) que pasa por un mismo tramo de acero más de una vez. Se calcula haciendo la diferencia entre el cable total y el acero utilizado. Se sugiere que este porcentaje sea aproximadamente del 15%, pero puede ser mayor en diseños tipo BLASTER (alrededor de 30%). Tampoco es muy recomendable colocar más de tres cables en un solo tramo interpostal debido a las dificultades que esto provocaría para la construcción de la red.

 

d) Casas pasadas por kilómetro de red: Este dato puede variar proporcionalmente con la densidad de la población y difiere mucho entre zonas poco pobladas y grandes ciudades. En una red HFC típica, se estima que el número de casas pasadas por kilómetro es de aproximadamente 90 (Fuente: Motorola “BLASTER, A Broadband Layered Architecture Strategy to Enhance Reliability”).

 

e) Niveles de señal: Se debe confirmar que los niveles en el diseño cumplan con las especificaciones planteadas inicialmente: niveles en los puertos de salida del tap, pendiente a la salida de los amplificadores y crossover. Si estos parámetros se respetan, se asegura que la red será capaz de proporcionar eficientemente los servicios.

 

Las redes de cable seguirán cambiando y readaptándose para poder brindar las diversas modalidades de los servicios de video, datos y telefonía. Debido a esto, es muy probable que en un futuro no muy lejano otras tecnologías ganen mayor terreno en los sistemas de cable, tal es el caso de las tecnologías inalámbricas.

 

Hoy en día se habla con naturalidad del triple play y del quadruple play en el ámbito de las telecomunicaciones. Los sistemas de cable tienen un gran potencial, pues a través de ellos es factible proveer cualquiera de los servicios del quadruple play. Incluso, los diseños de las redes más modernas cuentan con alternativas de redundancia y su estructura ofrece mayor flexibilidad para la futura migración del sistema.

 

Estamos en una época de grandes cambios en donde la línea divisoria entre las diferentes redes de telecomunicaciones cada vez se pierde más. En cualquier caso, las redes de cable son un medio con muchas ventajas que deben ser aprovechadas.