Unidad 2: Instalaciones de antenas Técnicas y procesos de instalaciones singulares en edificios Gregorio Morales Santiago Noviembre 2009

Unidad 2: Instalaciones de antenas

INTRODUCCIÓN

Las ondas electromagnéticas Una onda electromagnética se genera cuando una carga eléctrica se pone en movimiento. Este movimiento, a su vez, generará un campo magnético.

Características de las ondas electromagnéticas -No necesitan ningún medio de propagación -> pueden viajar en el vacío.

- Su velocidad de propagación en el vacío es de 300000 km/s (c) - En el resto de medios, la velocidad dependerá del medio de transmisión.

Características de las ondas electromagnéticas Están compuestas por un campo eléctrico y otro magnético, perpendiculares entre sí:

http://www.walter-fendt.de/ph11s/emwave_s.htm

Características de las ondas electromagnéticas Se definen por: - Amplitud (A) - Frecuencia (f) - Longitud de onda (λ) - Velocidad de propagación (v)

f 

v



El espectro radioeléctrico

El espectro radioeléctrico Nombre

Banda ITU

Frecuencias

Longitud de onda

Extra baja frecuencia Extremely low frequency

ELF

1

3-30 Hz

100.000 km – 10.000 km

Super baja frecuencia Super low frequency

SLF

2

30-300 Hz

10.000 km – 1000 km

Ultra baja frecuencia Ultra low frequency

ULF

3

300–3000 Hz

1000 km – 100 km

Muy baja frecuencia Very low frequency

VLF

4

3–30 kHz

100 km – 10 km

Baja frecuencia Low frequency

LF

5

30–300 kHz

10 km – 1 km

Media frecuencia Medium frequency

MF

6

300–3000 kHz

1 km – 100 m

Alta frecuencia High frequency

HF

7

3–30 MHz

100 m – 10 m

Muy alta frecuencia Very high frequency

VHF

8

30–300 MHz

10 m – 1 m

Ultra alta frecuencia Ultra high frequency

UHF

9

300–3000 MHz

1 m – 100 mm

Super alta frecuencia Super high frequency

SHF

10

3-30 GHz

100 mm – 10 mm

Extra alta frecuencia Extremely high frequency

EHF

11

30-300 GHz

10 mm – 1 mm

ITU: Unión Internacional de Telecomunicaciones (Naciones Unidas) http://www.itu.int

Polarización La polarización electromagnética es un fenómeno que puede producirse en las ondas electromagnéticas, como la luz, por el cual el campo eléctrico oscila sólo en un plano determinado, denominado plano de polarización.

Polarización

Propagación La propagación es la forma en la que la onda viaja por el espacio. - Ondas terrestres: la onda viaja a través de la superficie de la Tierra, bien directamente o a través de rebotes. Tanto el emisor como el receptor están en la superficie de la Tierra. Por ejemplo: radio AM, FM, TV… - Ondas espaciales: la onda se envía hacia el espacio (satélites o comunicación con transbordadores espaciales).

Unidad 2: Instalaciones de antenas

Introducción a la televisión analógica

La televisión analógica 1884 — El estudiante alemán Paul Nipkow diseña y patenta el que es considerado como primer aparato de televisión de la historia: el disco de Nipkow. 1897 — Karl Ferdinand Braun construye el primer tubo catódico. 1900 — Perskyi acuña la palabra ―televisión‖ en la Exposición Universal de París. 1907 — El diseño de Nipkow puede llevarse a cabo. 1911 — Rosing y Zworykin crean un sistema de televisión, con imágenes muy crudas y sin movimiento. 1923 — Vladimir Zworykin desarrolla el iconoscopio, el primer tubo de cámara práctico. 1926 — El japonés Kenjito Takayanagi realiza la primera transmisión de televisión usando un tubo de rayos catódicos. 1927 — Philo Farnsworth realiza en San Francisco la primera demostración pública de su disector de imagen, un sistema similar al iconoscopio. 1927 — John Logie Baird transmite una señal 438 millas a través de una línea de teléfono entre Londres y Glasgow. 1928 — Baird Television Development Company consigue la primera señal de televisión transatlántica entre Londres y Nueva York. 1929 — BBC transmite imágenes de 30 líneas formadas mecánicamente.

La televisión analógica 1932 — Vendidos en Inglaterra 10.000 receptores de televisión con disco Nipkow de 30 líneas. 1937 — Marconi-EMI comercializan un sistema de 405 líneas totalmente eléctrico. 1956 — La casa norteamericana AMPEX diseña el primer magnetoscopio, el cuadruplex. 1985 — Sony desarrolla el sistema de grabación betacam. Ampex desarrolla el ADO Ampex Digital Óptica el primer efectos digitales. 1980 — 1982 — Desarrollo de conversores de normas y de croma-keys digitales. 1995 — Se aprueban las normativas para las emisiones digitales, por satélite la DVB-S, por cable la DVB-C basadas en la compresión MPEG-2. 1997 — Nacen las plataformas digitales por satélite. Se aprueba la norma DVB-T para la televisión digital terrestre.

Modulación La modulación consiste en modificar las características de una onda de radiofrecuencia de acuerdo con las variaciones de la ―onda moduladora‖, que es la señal que queremos transmitir.

Modulación Onda portadora es la onda de alta frecuencia que utilizaremos como ―vehículo‖ para transmitir la onda moduladora.

e  A  cos  t      2  f

Tipos de modulación -Modulación de amplitud (AM).

- Modulación de frecuencia (FM)

- Modulación de fase (PM)

Modulación AM

Es la que se usará para transmitir la señal de video en televisión analógica terrestre.

Modulación AM Señal del mensaje

y s t   A s  cos  s  t 

Señal portadora

y p t   A p  cos  p  t 

Señal modulada

y ( t )  A p 1  m  x n ( t )   cos  p  t 

m : Índice de modulación 0 0 y 1 El circuito que se usará es el conversor analógico digital (ADC). Número de bits por muestra  número de niveles que podemos cuantificar Número de niveles = 2n En este proceso se introduce el llamado ruido de cuantificación.

Tasa binaria Una vez codificadas las muestras, se forma con ellas una trama de bits que tendremos que transmitir.

La cantidad de bits por segundo que transmitimos es a lo que llamaremos tasa binaria.

Bit: es la unidad más pequeña de información en la transmisión digital. Símbolo: es cada una de las combinaciones que usará la modulación. Baudio: unidad de medida de transmisión que expresa el número de símbolos transmitidos por segundo.

Tasa binaria Una vez codificadas las muestras, se forma con ellas una trama de bits que tendremos que transmitir.

La cantidad de bits por segundo que transmitimos es a lo que llamaremos tasa binaria.

Bit: es la unidad más pequeña de información en la transmisión digital. Símbolo: es cada una de las combinaciones que usará la modulación. Baudio: unidad de medida de transmisión que expresa el número de símbolos transmitidos por segundo.

Codificación MPEG MPEG : Moving Pictures Expert Group

MPEG comprime las señales de audio y vídeo, eliminando información redundante para consumir menos ancho de banda (o espacio en disco) manteniendo la calidad. El formato más usado en TV es MPEG-2: - Buena calidad para tasas de 1,5 a 6 Mbps. - Soporta relaciones de aspecto 4:3 y 16:9 - Soporta distintos formatos de vídeo

Codificación MPEG2 Distintos tipos de MPEG 2:

-4:4:4  Se toman el mismo número de muestras de las componentes Y, U y V. - 4:2:2  Por cada 4 muestras de luminancia, se toman 2 de U y 2 de V. Aprovecha que el ojo humano tiene menor sensibilidad al color que a la luz. - 4:2:0 -> Es el submuestreo que se ha elegido para el formato DVBT, ya que el ojo humano no es capaz de percibir una resolución mayor de color.

Codificación MPEG2 ¿Qué tasa binaria tendríamos que transmitir con MPEG 2 4:2:0? 720 píxeles por línea 576 líneas activas  720 x 576 Duración de línea activa: 64 μs – 12 μs = 52 μs Frecuencia de muestreo = 720 / 52μs = 13,8 MHz Se redondeará a 13,5 MHz porque es múltiplo de 2,25 MHz (que es el mínimo común múltiplo de las frecuencias de línea de NTSC y PAL). 13,5 MHz * 8 bits = 108 Mbps 6,75 MHz * 8 bits = 54 Mbps  108 + 54 = 162 Mbps

Codificación MPEG2 ¿Qué ancho de banda necesitaríamos? Con una tasa binaria de 162 Mbps, según el criterio de Nyquist necesitaríamos al menos 81 MHz

INVIABLE

Hay que reducirlo más

¿Cómo funciona MPEG-2? COMPRESIÓN ESPACIAL: -Eliminación de la información no perceptible: - Aprovecha las limitaciones del ojo (p.ej. no distinguimos el color de alta frecuencia, ya que el ojo es más sensible a la luz que al color).

-Eliminación de la información redundante: - Se agrupan los píxels en bloques y, estos a su vez, en macrobloques que se procesan (transformada del coseno) para reducir su información eliminando los componentes menos significativos.

¿Cómo funciona MPEG-2? COMPRESIÓN ESPACIAL:

-Eliminación de la información redundante: - Se agrupan los píxels en bloques y, estos a su vez, en macrobloques que se procesan (transformada del coseno) para reducir su información eliminando los componentes menos significativos.

¿Cómo funciona MPEG-2? COMPRESIÓN TEMPORAL: En TV y vídeo, entre un fotograma y otro, hay muchas zonas que no cambian. Se aprovecha este fenómeno para transmitir estos bloques solo una vez. COMPRESIÓN DE MOVIMIENTO: Se basa en que los movimientos en la naturaleza suelen ser uniformes (sin cambios bruscos de dirección). A cada bloque se le asigna un vector de movimiento y se predice ese bloque para fotogramas sucesivos.

Codificación de audio MPEG2 El estándar MPEG 2 se utiliza también para sonido.

De hecho, MP3 : MPEG-2 Layer 3. Aprovecha las limitaciones del oído:

- Algunas frecuencias pueden enmascarar a otras. Elimina la información que el oído no puede distinguir.

Al igual que en vídeo, es un formato de compresión con pérdidas.

Múltiplex de MPEG2 Dentro de cada canal de 8 MHz se agruparán, siguiendo el estándar MPEG-2, los datos de varios canales de audio y vídeo, de forma que puedan separarse en el receptor. También se añadirá otra información, como el reloj, EPG (guía electrónica de programación), datos de acceso condicional (Gol TV).

Multiplex Servicio

Cobertura

Centros / Canal de emisión

TVE 1 TVE 2 JEREZ DE LA FRONTERA Disponible 24H TVE Canal 64 Clan TVE Teledeporte Veo JEREZ DE LA FRONTERA Disponible SET en Veo Canal 66 Intereconomía Cuatro CNN+ JEREZ DE LA FRONTERA Disponible 40 Latino Canal 67 La Sexta Telecinco Telecinco 2 JEREZ DE LA FRONTERA Disponible Telecinco FDF Canal 68 Disney Channel Antena 3 Antena.Nova JEREZ DE LA FRONTERA Disponible Antena.Neox Canal 69 Hogar 10 Cobertura en San Fernando, noviembre 2009, según www.televisiondigital.es

Formatos de TV digital en el mundo

Señal DVB-T

Representación ideal de un múltiplex de TV digital terrestre

Modulación COFDM COFDM: Coded Orthogonal Frecuency Division Multiplexing

Es el tipo de modulación digital que se usa en la TDT. En lugar de usar 1 portadora (como pasa en AM, FM,…) se utilizan muchas entre las que se reparten los datos a transmitir. En DVB-T se utilizan 2000 u 8000 portadoras. Ventajas: -Protección frente a ecos -> Posibilita SFN (Single Frequency Network, redes con la misma frecuencia para todo el país) - Protección frente a interferencias de canales contiguos.

Modulación COFDM En DVB-T, entre todas las portadoras ocuparán un ancho de banda de 8 MHz (similar al que ocupaba un canal de TV analógica en formato PAL B/G), pero no hay 1 MHz de guarda como ocurría en PAL. En DVB-T, cada ―canal‖ de 8 MHz se llamará múltiplex y puede contener varios canales de TV y radio (habitualmente 4 canales de TV y varios de radio).

Modulación COFDM

Modulación COFDM

Televisión digital por cable Seguirá el estándar DVB-C y la modulación QAM, que transporta la información tanto en la amplitud como en la fase de la señal.

16QAM  4 bits / símbolo 32QAM  5 bits / símbolo 256QAM  8 bits / símbolo

Televisión digital por satélite Seguirá el estándar DVB-S y la modulación QPSK (Quadrature Phase Shift Keying). La información viaja en la fase de la señal, que mantiene su amplitud constante  Robusta frente a ruido e interferencias. Necesita menos potencia que si se usara la amplitud  útil para satélites. 2 bits por cada símbolo.

INFRAESTRUCTURAS COMUNES DE TELECOMUNICACIÓN

Infraestructuras comunes de Telecomunicación NORMATIVA: Real Decreto-ley 1/1998, de 27 de febrero, que estableció el marco jurídico de las ICT. RD 1-1998 BOE.pdf La Ley 8/1999, de 6 de abril, de reforma de la Ley 49/1960, de 21 de julio, de Propiedad Horizontal, estableció las condiciones en que las Juntas de Propietarios pueden acordar la instalación de una ICT, en los edificios que no dispongan de ella y las definió como elementos comunes. ley_8_1999.pdf La Ley 38/1999, de 5 de noviembre, modificó la definición del ámbito de aplicación del Real Decreto-ley 1/1998 y estableció, como requisito básico de funcionalidad, de todos los edificios, el acceso a los servicios de telecomunicación, audiovisuales y de información. ley381999.pdf

Fuente: www.ictingenieros.com

Infraestructuras comunes de Telecomunicación NORMATIVA: El Real Decreto 401/2003, de 4 de abril, que aprueba el Reglamento regulador de las Infraestructuras Comunes de Telecomunicaciones y la actividad de instalación de equipos y sistemas de telecomunicaciones actualizó las disposiciones que regulaban y desarrollaban los aspectos legales y técnicos correspondientes al proyecto, instalación y certificación de dichas infraestructuras y definió al Ingeniero de Telecomunicación como técnico titulado competente en esta materia. RD 401-2003 BOE.pdf La Orden CTE/1296/2003, de 14 de mayo, que desarrolla el anterior Real Decreto, estableció las condiciones para la ejecución y tramitación de los Proyectos, Boletines de Instalación, Protocolos de Pruebas y Certificaciones de Fin de Obra de las ICT. ORDEN 1296-2003 BOE.pdf

Fuente: www.ictingenieros.com

Infraestructuras comunes de Telecomunicación NORMATIVA: La Ley 10/2005, de 14 de junio, de Medidas Urgentes para el Impulso de la Televisión Digital Terrestre, de Liberalización de la Televisión por Cable y de Fomento del Pluralismo, modificó el Real Decreto-ley 1/1998, de 27 de febrero, estableció la definición de las ICT, las funciones que debe cumplir y la condición de que los proyectos y certificaciones de fin de obra deben estar firmados por un Ingeniero de Telecomunicación. LEY 10-2005 TDT BOE.pdf La Orden ITC/1077/2006, de 6 de abril, por la que se establece el procedimiento a seguir en las instalaciones colectivas de recepción de televisión en el proceso de su adecuación para la recepción de la televisión digital terrestre y se modifican determinados aspectos administrativos y técnicos de las infraestructuras comunes de telecomunicación en el interior de los edificios. ORDEN ITC-1077-2006 TDT BOE.pdf

Fuente: www.ictingenieros.com

Infraestructuras comunes de Telecomunicación Llamaremos sistema de antena a todas aquellas instalaciones dedicadas a captar, adecuar y distribuir señales de radiodifusión sonora y de televisión procedentes de emisiones terrenales o de satélite.

Les será de aplicación el Anexo I del Real Decreto 401/2003, de 4 de abril.

Posiblemente en 2010 se apruebe un nuevo reglamento de ICT que obligue también a instalar fibra óptica.

Infraestructuras comunes de Telecomunicación Todo sistema de antena debe estar formado por:

-Conjunto de elementos de captación. -Equipamiento de cabecera. - Red.

Infraestructuras comunes de Telecomunicación CAPTACIÓN

CABECERA

RED

Infraestructuras comunes de Telecomunicación CONJUNTO DE ELEMENTOS DE CAPTACIÓN DE SEÑALES Es el conjunto de elementos encargados de recibir las señales de radiodifusión sonora y televisión procedentes de emisiones terrenales y de satélite. Los conjuntos captadores de señales, estarán compuestos por las antenas, mástiles, torretas y demás sistemas de sujeción necesarios. Asimismo, formarán parte del conjunto captador de señales, todos aquellos elementos activos o pasivos encargados de adecuar las señales para ser entregadas al equipamiento de cabecera. (preamplificadores)

Infraestructuras comunes de Telecomunicación EQUIPAMIENTO DE CABECERA

Es el conjunto de dispositivos encargados de recibir las señales provenientes de los diferentes conjuntos captadores de señales de radiodifusión sonora y televisión y adecuarlas para su distribución al usuario en las condiciones de calidad y cantidad deseadas; se encargará de entregar el conjunto de señales a la red de distribución.

Infraestructuras comunes de Telecomunicación EQUIPAMIENTO DE CABECERA

Es el conjunto de dispositivos encargados de recibir las señales provenientes de los diferentes conjuntos captadores de señales de radiodifusión sonora y televisión y adecuarlas para su distribución al usuario en las condiciones de calidad y cantidad deseadas; se encargará de entregar el conjunto de señales a la red de distribución.

Infraestructuras comunes de Telecomunicación RED Es el conjunto de elementos necesarios para asegurar la distribución de las señales desde el equipo de cabecera hasta las tomas de usuario. Esta red se estructura en tres tramos RED DE DISTRIBUCIÓN, RED DE DISPERSIÓN y RED INTERIOR, con dos puntos de referencia PUNTO DE ACCESO AL USUARIO y TOMA DE USUARIO. Red de distribución: Parte de la red que enlaza el equipo de cabecera con la red de dispersión. Comienza a la salida del dispositivo de mezcla que agrupa las señales procedentes de los diferentes conjuntos de elementos de captación y adaptación de emisiones de radiodifusión sonora y televisión, y finaliza en los elementos que permiten la segregación de las señales a la red de dispersión (derivadores).

Infraestructuras comunes de Telecomunicación Red de dispersión: Parte de la red que enlaza la red de distribución con la red interior de usuario. Comienza en los derivadores que proporcionan la señal procedente de la red de distribución, y finaliza en los puntos de acceso al usuario.

Red interior de usuario: Parte de la red que, enlazando con la red de dispersión en el punto de acceso al usuario, permite la distribución de las señales en el interior de los domicilios o locales de los usuarios. Punto de acceso al usuario (PAU): Es el elemento en el que comienza la red interior del domicilio del usuario, permitiendo la delimitación de responsabilidades en cuanto al origen, localización y reparación de averías. Se ubicará en el interior del domicilio del usuario y permitirá a este, la selección del cable de la red de dispersión que desee. Toma de usuario: Es el dispositivo que permite la conexión a la red de los equipos de usuario para acceder a los diferentes servicios que esta proporciona.

Captación de señales

Las instalaciones de las fotografías no cumplen el reglamento de ICT

Captación de señales

También se incluyen en este apartado los elementos mecánicos y los preamplificadores.

Captación de señales Intensidad de campo: esta magnitud indica la variación del potencial electromagnético de la señal difundida por la antena emisora, detectada en el lugar de recepción.

Es decir, es la cantidad de señal que tenemos en el aire.

El reglamento de ICT exige los siguientes valores mínimos: Tipo de señal

Banda de frecuencias

Intensidad de campo en dBV/m

Analógica

470 – 582 MHz

65 dB

Analógica

582 – 830 MHz

70 dB

Digital

470 – 862 MHz

11 + 20 log f (MHz)

Captación de señales

Se deberán distribuir en la ICT, al menos, aquellas señales correspondientes a servicios que, como regla general, correspondan a entidades que dispongan del correspondiente título habilitante en el ámbito territorial del receptor y que se reciban con, al menos, los niveles de señal de la tabla anterior.

Captación de señales NIVEL NACIONAL: -La Corporación de Radio y Televisión Española, S.A., a través de la Sociedad Mercantil Estatal Televisión Española (TVE). Las sociedades anónimas mediante concesión administrativa otorgada por el Estado para la explotación en gestión indirecta en una red de cobertura estatal: •Antena 3 de Televisión, S.A. (A3) •Sogecable, S.A. (C4) •Gestevisión-Telecinco, S.A. (T5) •Gestora de Inversiones Audiovisuales La Sexta (L6) •Gestora de Televisión Net TV, S.A. •Veo Televisión, S.A.

Captación de señales NIVEL AUTONÓMICO: - Canal Sur - Canal Sur 2 Andalucía

Captación de señales NIVEL LOCAL: Referencia: TL03CA Denominación: CADIZ Canal múltiple: 54 (5 programas por Orden 07.03.2006) Potencia radiada aparente máxima: 2 kW Ámbito: Cádiz, San Fernando, Puerto de Santa María (El), y Puerto Real. Superficie total: 398,25 km2 Densidad de población: 873 habitantes/km2

Fuente: Secretaría de Estado de Telecomunicaciones y para la Sociedad de la Información (SETSI) -MITYC http://www.mityc.es

Antenas La función principal de una antena receptora es convertir la energía electromagnética procedente de la emisora de televisión en una energía eléctrica que se pueda usar en los receptores de TV. Características:

- Buena captación de la señal. - Evitar ondas reflejadas. - Impedir reflexiones en el propio sistema. - Captar el mínimo posible de interferencias. - Ser válida para el mayor número posible de canales.

Antenas Reflectores

Directores

Dipolo

Antena Yagi

Antenas Dipolo: es el elemento fundamental de la antena. Suele estar doblado a la mitad de la longitud de onda (λ/2) y tiene una impedancia característica de 300 Ω. Es el elemento de la antena al que está conectado el coaxial de bajada. Directores: Son elementos parásitos que se colocan delante del dipolo. Su función es dar mayor ganancia y directividad a la antean. Reflectores: son elementos parásitos que se colocan detrás del dipolo, aproximadamente a ¼ de la longitud de onda. Su función es reflejar las señales no deseadas y aumentar la ganancia de la antena.

Antenas PROBLEMA:

Sabemos que la longitud del dipolo de una antena será la mitad de la longitud de onda para la que esté diseñado. Determina la longitud de un dipolo para una antena que funcione en la banda de 470 a 862 MHz.