Capítulo II

MARCO TEÓRICO

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CAPÍTULO II

MARCO TEÓRICO

El capitulo presentado a continuación está constituido por los

antecedentes y el marco teórico, que no es mas que la definición de

conceptos y proposiciones que permitan abordar con propiedad las

diferentes derivaciones correspondientes del planteamiento del problema,

teniendo como propósito sustentar el proyecto de investigación.

1. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN

En búsqueda de evidencias que sirvan de apoyo y soporte para la

presente investigación se ha realizado una revisión de trabajos

especializados con problemas y temas similares, para así tener algunas

ideas y reflexiones con respecto a la investigación presente. Entre ellos

surgen:

Caraballo, S., Semprún, W. y Struve, R. (2011) llevan a cabo la realización

de una arquitectura de red de acceso de nueva generación para los servicios

de comunicaciones en la Zona Norte de Maracaibo. Este trabajo

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tuvo como propósito, diseñar una arquitectura de red de acceso de nueva

generación para los servicios de comunicación en la zona norte de

Maracaibo caso: URBE.

Con la función de incorporar servicios de voz, datos y video y otro

servicios en dicha zona. Esta investigación fue sustentada en los

fundamentos teóricos de los autores Forouzan (2002), García (2002)

Tomassi (2003), Stallings (2000). El tipo de investigación fue proyectiva,

descriptiva y de campo. La información integrada a esta investigación se

recogió de entrevista con expertos y usuarios.

Orientados al análisis de las característi cas de las variables cuya fuente

de conocimiento fue la realidad de la investigación. Se utilizó: la observación

directa y guion de entrevistas, con las cuales se determino que la zona norte

de Maracaibo no cuenta en su totalidad con los servicios de voz, datos, IP TV

video conferencia y video integrados en una sola red. Conjuntamente, con la

revisión de manuales técnicos, obteniendo las características de los

diferentes dispositivos, tanto físicos como lógicos; y la entrevista a dos

ingenieros del departamento coordinación de obras y proyecto de red de

acceso.

Se aplicó la metodología propuesta por los siguientes autores. Fitzgerald

(1981) para las fases I y IV; y Smith (2001) para las fases II, III y V.

Estructuradas de la siguiente manera: Fase I: análisis de situación actual

(Fitzgerald), Fase II: determinación de parámetros y requisitos técnicos

(Smith), Fase III: diseño de la arquitectura de la red (NGN) (Smith), Fase IV:

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evaluación económica (Fitzgerald), fase V: evaluación del diseño de la red

(Smith), el diseño de la red fue desarrollado mediante la revisión de planos

catastrales de la zona norte de Maracaibo.

Como resultado se obtuvo la propuesta de integración de los servicios de

voz, datos y video, video conferencia a la tecnología de Nueva Generación,

logrando el objetivo fundamental del presente estudio. Con respecto a la

relación existente entre dicha investigación y el estudio que esta por

realizarse, se tiene que en ambos casos se quiere elaborar una arquitectura

de red de acceso, en la cuales se busca ofrecer al usuario un servicio de

comunicación específicamente la televisión de alta calidad y de la misma

forma extenderse en el Municipio Maracaibo.

Por su parte Araujo, L.; González, J.; Guerra, H. y Luengo, D. (2010)

proponen una red de acceso para servicios de cuarta generación (4G)

basado en arquitectura IMT - A en el Edo. Zulia. La investigación tuvo como

objetivo general, Diseñar una red de acceso para servicios de 4ta

Generación basado en la arquitectura IMT - A en el Edo. Zulia, los

basamentos teóricos se fundamentan en los planteamientos de diferentes

autores como, Forouzan, Huidobro, Hurtado, entre otros.

El tipo de investigación utilizado fue proyectiva, descriptiva, no

experimental y de campo. Dentro de las técnicas de recolección de datos

empleadas en dicha investigación se acudió a la revisión documental, a la

observación directa y a la entrevista.El diseño se estructuró en cinco fases,

las premisas de Fitzgerald se toman para la fase I y III, Smith para la fase, IV;

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Senn para la fase II y V, en ellas se determinan la situación actual, los

requerimientos del sistema, el diseño del sistema, el estudio de la tecnología

a utilizar y finalmente la evaluación del diseño. No obstante, hacen falta otros

requerimientos que no fueron incluidos dentro del planteamiento de esta

investigación pero que son necesarios para llevar a cabo la implementación

del diseño presentado.

En los resultados obtenidos en la investigación, se contempla una

estructura en la red de acceso completa, para ofrecer servicios de 4ta

generación, que incluye todos los parámetros, tanto lógicos como físicos que

hizo posible el diseño de la misma. La tecnología utilizada fue WiMAX,

debido a su adaptabilidad y a sus prestaciones para la red.

El proyecto de investigación que se va a elaborar guarda cierta relación

con el presente estudio, ya que en las dos investigaciones se quiere diseñar

una estructura de red de acceso para los distintos servicios de comunicación

suministrados por los operadores y adaptados por los usuarios, así como

también se busca el mejor rendimiento de los equipos utilizados para la

eficiente conexión e intercambio de información destinado al Municipio

Maracaibo, Edo. Zulia.

En otro orden de ideas, se puede tomar como referencia el trabajo de

investigación de Moscoso (2009). El cual promueve la simulación de un

esquema de FEC para un sistema de transmisión de televisión digital en

base al estándar europeo. La transmisión de las señales de televisión en el

Ecuador es bajo modulaciones analógicas según el estándar NTSC, el cual

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es un estándar elaborado bajo un esquema analógico. La tendencia

tecnológica apunta hacia una era digital en la que la televisión y su

transmisión masiva se encuentran ya en proceso. Los estándares de

televisión digital ya son un hecho y se definen tres estándares importantes:

ATSC (AdvancedTelevisionSystemCommittee), ISDB (IntegratedServices

Digital Broadcasting), DVB (Digital Video Broadcasting), de los cuales solo se

destacará el estándar europeo o DVB (Digital Video Broadcasting).

Este trabajo trata acerca de una muy importante parte del estándar

europeo para televisión digital que es un esquema de codificación cuya

finalidad es de preparar a la señal de televisión digital para las inclemencias

del canal. Sin la codificación del canal la señal a transmitir esta vulnerable y

expuesta a errores debido al ruido, fading, etc. Es por esta razón que la

codificación del canal es importante, pues corrige o intenta corregir los

errores sobre la señal recibida en el receptor producido en el canal de

comunicación.

Para esto se inicia con una introducción general al estándar, para luego

así comprender los temas a definir en la descripción del codificador y

decodificador del FEC (Forward Error Correction) junto a su explicación

básica de funcionamiento, que se simularán en este proyecto. Una vez

comprendidos los conceptos se detallará la simulación de dicho esquema es

decir su funcionamiento en el software y parámetros necesarios de cada

bloque y para efectos de simulación se añadió un bloque de ruido AWGN

para simular los efectos de un canal en el momento de su transmisión para

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luego verificar la efectividad del proyecto y la veracidad de las diferentes

etapas del esquema.

Finalmente, se expone un análisis de resultados en el cual se detallará

una comparación entre las señales a la entrada y salida del esquema las

cuales serán contrastadas con variaciones extremas del SNR del canal

AWGN. Esta investigación refuerza el presente caso de estudio, en la

aplicación y manejo del estándar europeo DVB que plantea la promoción de

la capacidad adicional para proveer más contenidos televisivos y nuevos

servicios de información, con el cual se quiere la absoluta preparación para

el próximo cese de emisiones analógicas, esto se refiere a la aplicación de la

era digital, es decir; televisión digital que promueve una mejor calidad de

imagen y sonido y por ende, el mejor disfrute tecnológico para con los

usuarios en cuanto a la televisión se refiere.

Sobre la base de las investigaciones expuestas, cabe mencionar otro

antecedente importante, realizado por Blanco, R.; Chassaigne, F. y Navea,

N. en el año (2008), quienes tienen como propósito el diseñar una red de

banda ancha para los servicios de voz y datos utilizando la tecnología BPL

en el sector hotelero. Las bases teóricas de la investigación fueron apoyadas

en los autores Forouzan (2002) para el área de las redes y Hrasnica, Haidine

y Lehnert (2004) para el área de BPL.

La investigación fue realizada bajo la modalidad de tipo proyectiva,

descriptiva y Documental, y por presentar un diseño es una investigación de

campo. Para cumplir con los objetivos se realizó un arqueo bibliográfico

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relacionado a las redes, a las banda ancha y a la tecnología BPL, analizando

todo lo concernientes a estas variables; topología, canal de comunicación, la

compatibilidad con el sistema eléctrico, y por último la integración de todos

los servicios.

La investigación se sustentó metodológicamente bajo el punto de vista de

los autores Savanth (2002) y Senn (2005), quedando estructurada en 5

fases; Análisis de la problemática, subdivisión del problema, determinación

de requerimientos del sistema, construcción del prototipo y la finalización del

prototipo. Dentro de las técnicas de recolección de datos para la presente

investigación se utilizó la visita, la observación directa, la entrevista, la

revisión documental y referencias bibliográficas, entre otras. Esta

investigación también permitió su corroboración mediante una simulación

realizada en el software MATLAB.

La tecnología BPL ofrece venta jas con respecto a las conexiones

regulares de banda ancha basadas en cable coaxial o en DSL, además de

permitir la Coexistencia con las tecnologías mencionadas anteriormente, no

existe la necesidad de hacer grandes cambios estructurales para su

instalación debido a que usa infraestructura ya existente, por lo que solo

debe realizarse un estudio de la situación actual de la red eléctrica instalada

y de ser satisfactorio el resultado, incluir unos equipos a su red actual.

Dicho trabajo realizado guarda una cierta similitud con el proyecto que se

va a ejecutar y la cual radica en la integración de los distintos servicios

disponibles para transmitir información a través de la red eléctrica,

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específicamente estas investigaciones se basan en la transferencia de datos

o información en banda ancha a través del tendido eléctrico, por consecuente

este estudio desea implementar esta tecnología para ofrecer acceso y

conexión a los usuarios de los servicios por medio de la red eléctrica ya

establecida hasta zonas extraurbanas.

2. BASES TEÓRICAS A continuación se presenta el basamento teórico, donde se describe con

precisión cada una de las variables que se manejan en el problema y los

elementos relacionados a estas, obtenido de diversos autores para poder

comprender un conjunto de conceptos, definiciones y proposiciones que

constituyen diferentes puntos de vista.

2.1 RED

Según Cisco Certificate Network Associate v3.1 (2007). Conjunto de

computadores, impresoras, routers, switches y otros dispositivos que se

pueden comunicar ent re sí a través de algún medio de transmisión.

Redes es la posibilidad de compartir con carácter universal la información

entre grupos de computadoras y sus usuarios un componente vital de la era

de la información. La generalización del ordenador o computadora personal

(PC) y de la red de área local (LAN) durante la década de 1980 ha dado

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lugar a la posibilidad de acceder a información en bases de datos remotas,

cargar aplicaciones desde puntos ultramar, enviar mensajes a otros países y

compartir ficheros, todo ello desde un ordenador personal.

Tanenbaum (2003, p.198) expresa, que una red es el conjunto

interconectado de computadoras autónomas. Es decir es un sistema de

comunicaciones que conecta a varias unidades y que les permite

intercambiar información. La red permite comunicarse con otros usuarios y

compartir archivos y periféricos.Por otra parte, Huidobro (2006, p.1) expone

que “Una red de telecomunicaciones está formada por los sistemas de

transmisión y, cuando proceda, los equipos de conmutación y demás

recursos que permitan la transmisión de señales entre puntos de terminación

definidos mediante cable, medios ópticos o de otra índole”.

Según García (2002, p.1) una red “es un conjunto de equipos y facilidades

que proporcionan un servicio consistente en la transferencia de información

entre usuarios situados en puntos geográficos distantes”.

Luego de haber analizado los diferentes criterios de los autores se puede

concluir que una red es un medio de interconexión de equipos que facilita al

usuario compartir recursos, aplicaciones, programas entre otros.

2.1.1 TIPOS DE RED Forouzan (2002, p.31), García (2002, p.43), coinciden que cuando se

habla de redes, se suele hablar de tres clases principales: redes de área

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local, redes de área metropolitana y redes de área amplia. La clase a la que

pertenece la red se determina por su tamaño, su propietario, la distancia que

cubre y su arquitectura física.

2.1.1.1 REDES DE ÁREA LOCAL (LAN) Una red de área local (LAN, Local Area Network) suele ser una red de

propiedad privada que conecta enlaces de una única oficina, edificios o

campus. Dependiendo de las necesidades de la organización que se instalen

y del tipo de tecnológica utilizada, una LAN puede ser tan sencilla como dos

PC y una impresora situada en una oficina de la casa de alguien o se puede

extender por todo una empresa e incluir voz, sonidos y periféricos de video.

En resumen una red de área local es la interconexión de dos estaciones

de trabajo de igual o diferentes marcas localizadas en el mismo sector,

actualmente las redes LAN son de gran ayuda en las empresas y/o

organizaciones por su sencilla adaptación además de utilizar pocos recursos,

se pueden comunicar con otras redes existentes.

2.1.1.2 REDES DE ÁREA METROPOLITANA (MAN) La red de área metropolitana (MAN, Metropolitan Area Network) ha sido

diseñada para que se pueda extender a lo largo de una ciudad entera, puede

ser una red única, como una red de televisión por cable, o puede ser una

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forma de conectar un cierto número de LAN en una red mayor, de forma que

los recursos puedan ser compartidos de LAN a LAN y de dispositivo a

dispositivo. Por ejemplo, una empresa puede usar una MAN para conectar

las LAN de todas sus oficinas dispersas por la ciudad. Estas redes son

relevantes ya que se pueden expandir dentro de una ciudad entera, también

es una forma de conectar varias LAN.

2.1.1.3 RED DE ÁREA AMPLIA (WAM) Una red de área amplia (WAN, Wide Área Network) proporciona un medio

de transmisión a larga distancia de datos, voz, imágenes e información de

videos sobre grandes áreas geográficas que puedan extenderse a un país,

un continente o incluso el mundo entero.En contraste con las LAN (que

dependen de su propio hardware para transmisión), las WAN pueden utilizar

dispositivos de comunicación públicos, alquilados o privados, habitualmente

en combinaciones, y además pueden extenderse a lo largo de un numero de

kilómetros ilimitado.Una WAN que es propiedad de una única empresa, que

es la única que la usa, se denomina habitualmente red de empresa.

2.1.2 CLASIFICACIÓN DE LA RED

Según Figueiras y Artés (2002, p.75) La estructura básica de las redes

actuales, desde el punto de vista técnico se pueden distinguir tres

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componentes básicos, que son: el terminal, dispositivo que permite a un

usuario conectarse al canal de comunicaciones; la red de conmutación y

transporte o núcleo de red (core network), que realiza las conexiones

necesarias para que dos terminales remotos se comuniquen entre sí; y la red

de acceso que conecta al terminal de usuario con la red de conmutación y

transporte.

Figura1. Estructura básica de red de Telecomunicaciones. Fuente:

Figueiras y Artés (2002)

2.1.2.1 TERMINAL DE USUARIO El terminal de usuario es el dispositivo que se conecta a un extremo del

canal de comunicaciones y que sirve al usuario como interfaz con la red. El

terminal convierte los mensajes a transmitir (voz, texto, datos, etc.) en

señales eléctricas o electromagnéticas que después viajaran por el resto de

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la red. Por medio del terminal también se comunica al sistema de gestión de

la red el tipo de comunicación que se quiere establecer y la identidad del

usuario con quien quiere conectarse. Existen muchos tipos de terminales en

función del tipo de red o de los servicios suministrados.

2.1.2.2 RED DE CONMUTACIÓN Y TRANSPORTE

Es uno de los componentes básicos en las redes de telecomunicaciones.

Los usuarios de la red se agrupan alrededor de unos dispositivos, conocidos

como nodos de conmutación, a los cuales se conectan por medio de la red

de acceso. Estos nodos de conmutación se enlazan entre sí mediante líneas

de alta capacidad.

En las redes de telefonía estos nodos de conmutación a los que se

conectan los abonados se llaman centrales de conmutación locales (local

exchanges). Cuando dos usuarios de una red de telefonía conectados a un

mismo nodo de conmutación quieren comunicarse entre ellos, dicho nodo es

el encargado de establecer los circuitos necesarios para unir los pares de

cobre de ambos usuarios. Como en general los abonados no van a estar

conectados a la misma central, es necesario establecer la comunicación a

través de nodos complementarios llamados centrales de tránsito. Por lo tanto

la red nodal debe disponer también de capacidad de transmisión entre

losdistintos tipos de centrales para encaminar una llamada a través de varias

de ellas hasta alcanzar su destino final.

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2.1.2.3 RED DE ACCESO Según Figueiras y Artés (2002, p.79) el tercer componente básico de una

red de telecomunicaciones es la red de acceso. La red de acceso conecta a

los terminales de usuario, de forma individual, con el núcleo de red. En redes

fijas, dado que los abonados deben conectarse de forma individual y que el

nodo de conmutación correspondiente puede estar lejos de sus domicilios, la

red de acceso significa un porcentaje muy elevado (típicamente superior al

60%) del coste total de una red de telecomunicaciones (por lo que suele se

compartida por distintos tipos de redes).

La red de acceso es el tramo que conecta al usuario final con la

información (proveedor de servicios), Huidobro (2003 p.162) la define como:

“la encargada de conectar el equipo de abonado con la red de conmutación

de banda ancha”.

En los sistemas móviles celulares, la red de acceso está constituida

básicamente por las estaciones base y la cobertura que estas tendrán sobre

las poblaciones a sea beneficiadas. Cabe destacar que las redes de acceso

juegan un papel de gran importancia desde el punto de vista tecnológico

dentro del desarrollo de comunicaciones.

Según establece en el Anexo de la Ley 32/2003 (Ley General de

Telecomunicaciones) define lo que es la red de acceso: “El conjunto de

elementos que permiten conectar a cada abonado con la central local de la

que depende. Está cons tituida por los elementos que proporcionan al

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abonado la disposición permanente de una conexión desde el punto de

terminación de la red, hasta la central local, incluyendo los de planta exterior

y los específicos”. La red de acceso es pues una porción, perfectamente

identificada, de la red de telecomunicaciones, y como tal será considerada,

entendiendo que las centrales locales a que se refieren son, en el presente

caso, nodos de conmutación de circuitos.

2.1.3 TECNOLOGÍA DE ACCESO La comunicación de los dispositivos de telecomunicaciones, se realiza

mediante señales que representan los datos. Estas señales se transmiten de

un dispositivo a otro mediante un medio, el cual puede ser: guiado y no

guiado.

2.1.3.1 MEDIOS GUIADOS Según Forouzan (2002, p.182) los medios guiados son aquellos que

proporcionan un conductor de un dispositivo al otro e incluyen cables de

pares trenzados, cables coaxiales y cables de fibra óptica. Una señal

viajando por cualquiera de estos medios es dirigida y contenida por los

límites físicos del medio. El par trenzado y el cable coaxial usan conductores

metálicos (de cobre) que aceptan y transportan señales de corriente

eléctrica. La fibra óptica es un cable de cristal o plástico que acepta y

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transporta señales en forma de luz. Los tipos de medios guiados serán

desarrollados a continuación:

(A) CABLE PAR TRENZADO Básicamente son hilos conductores (hechos de cobre) entrelazados, cada

uno de los cuales está recubierto de material aislante (plástico). Hay dos

tipos de cable de par trenzado: con blindaje y sin blindaje, este último posee

un recubrimiento de malla entrelazada que rodea a cada par de hilo

conductor con el fin de evitar la penetración de ruido electromagnético. La

asociación de industrias electrónicas (EIA), lo clasifico por categorías,

dependiendo de su tipo de uso. En esta clasificación encontramos el cable

de 1 par de hilos, usados en los sistemas telefónicos convencionales cuya

calidad de transmisión de voz es buena; y los conocidos cables de 4 pares

de hilos o UTP, utilizados en la transmisión de datos de hasta 100 Mbps.

Figura 2. Cable par trenzado. Fuente: Forouzan (2002)

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(B) CABLE COAXIAL

A diferencia del cable de par trenzado, este cable está constituido de un

hilo solido (habitualmente de cobre), el mismo se encuentra recubierto por un

aislante dieléctrico, que a su vez está recubierto por una malla de metal que

sirve como blindaje contra el ruido y como un conductor. Estas capas están

recubiertas de un escudo aislante. Todo el cable, está protegido por una

cubierta de plástico.

Este tipo de cable transporta señales entre los rangos de 100KHz hasta

los 500MHz. Su clasificación depende del grosor del cable y de su uso

(Ethernet y TV). Se encuentra en la mayoría de los hogares, puesto que es el

utilizado para la conexión de televisión por cable.

Figura 3. Cable coaxial.Fuente: Forouzan (2002, p.186)

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(C) FIBRA ÓPTICA Aunque la mayoría de los cables están formados principalmente por

conductores metálicos, la fibra óptica está hecha de plástico o de cristal, que

forma el núcleo, este debe ser puro y completamente regular en su forma y

tamaño. En la mayoría de los casos, luego del núcleo esta una cubierta que

protege la fibra de la contaminación. Finalmente se encuentra la cubierta

exterior, que dependiendo de su uso puede estar hecha de algunos de estos

materiales: teflón, plástico, tubería de metal, malla metálica, entre otros.

La información se propaga en forma de luz y viaja a través del núcleo,

para esto se usan los ángulos de incidencia y reflexión y dependiendo del

medio (menos denso o más denso) va a varias la información; la misma se

codifica en destellos de luz de encendido-apagado, que representan los bits

uno y cero.

Aunque la fibra óptica es uno de los mejores medios para transmitir datos,

gracias a que proporciona menor atenuación de la señal, inmunidad al ruido

y ancho de banda mayor, sus principales desventajas son: su costo, que es

excesivo, la instalación y mantenimiento son complejos, además de su

fragilidad; al mismo tiempo presentan ventajas que favorecen al que la utiliza,

entre las dos principales ventajas que realzan la fibra óptica esta su fácil

instalación a la hora de ser implementadas y por otra parte su insensibilidad

a la interferencia electromagnética. Como ocurre cuando un alambre

telefónico pierde parte de su señal a otro.

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Figura 4. Fibra óptica. Fuente: Forouzan (2002)

2.1.3.2 MEDIOS NO GUIADOS

Por otra parte, se encuentran los medios no guiados, Forouzan (2002,

p.194) los medios no guiados o comúnmente sin cable, transportan ondas

electromagnéticas sin usar un conductor físico. En su lugar, las señales se

radian a través del aire (o, en unos pocos casos, el agua) y, por tanto, están

disponibles para cualquiera que tenga un dispositivo capaz de aceptarlas.

(A) MICROONDAS TERRESTRES Forouzan (2002, p.199) las microondas terrestres no siguen la curvatura

de la tierra y por tanto necesitan equipo de transmisión y recepción por vía

directa. La distancia que se puede cubrir con una señal por visión directa

depende principalmente por la altura de la antena: cuanto más alta sea la

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antena, más larga es la distancia que puede ver. Las señales de microondas

se propagan en una dirección concreta, lo que significa que hacen falta dos

frecuencias para una comunicación en dos sentidos como por ejemplo una

conversación telefónica. Una frecuencia se reserva para la transmisión por

microondas en una dirección y la otra para la transmisión en la otra.

Figura 5 . Bandas de comunicación por radio. Fuente: Forouzan (2002)

(B) REPETIDORES Para incrementar la distancia útil de las microondas terrestres, se puede

instalar un sistema de repetidores con cada antena. La señal recibida por

una antena se puede convertir de nuevo en una forma transmisible y

entregarla a la antena siguiente. La distancia mínima entre los repetidores

varía con la frecuencia de la señal y el entorno en el cual se encuentran las

antenas.

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Un repetidor puede radiar la señal regenerada a la frecuencia original o

con una nueva frecuencia, dependiendo del sistema.

Las microondas terrestres con repetidores constituyen la base de la

mayoría de los sistemas de telefonía contemporánea alrededor del mundo.

Figura 6. Microondas terrestres. Fuente: Forouzan (2002)

(C) ANTENAS Forouzan (2002, p.199) para las comunicaciones con microondas

terrestres se usan dos tipos de antenas: parabólicas y de cornete.

Parabólica: se basa en la geometría de una parábola y son utilizadas como

antenas receptoras y transmisoras a altas frecuencias y teniendo las mismas

una ganancia alta. De cornete: se parece a una cuchara gigante. Las

transmisiones recibidas son recolectadas por la forma de cuchara del

cornete, de forma similar a la antena parabólica, y son deflexionadas mástil

abajo.

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Figura 7. Antena de disco parabólico. Fuente: Forouzan (2002)

(D) COMUNICACIÓN VÍA SATÉLITE

Según Forouzan (2002, p.200) las transmisiones vía satélite se parecen

mucho más a las transmisiones con microondas por visión directa en que las

estaciones son satelitales que están orbitando la tierra. El principio es el

mismo que con las microondas terrestres, excepto que hay un satélite

actuando como una antena súper alta y como repetidor. De esta forma, los

satélites retransmisores permiten que las señales de microondas se puedan

transmitir a través de continentes y océanos con un único salto .

Figura 8. Comunicación vía satélite . Fuente: Forouzan (2002)

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(E) SISTEMA TELEFÓNICO CELULAR Forouzan (2002, p.202) plantea que la telefonía celular se diseñó para

proporcionar conexiones de comunicaciones estables entre dos dispositivos

móviles o entre una unidad móvil y una unidad estacionaria (tierra). Un

proveedor de servicios debe ser capaz de localizar y seguir al que llama,

asignando un canal a la llamada y transfiriendo la señal de un canal a otro a

medida que el dispositivo se mueve fuera del rango de un canal y dentro del

rango de otro.

Para que este seguimiento sea posible, cada área de servicio celular se

divide en regiones pequeñas denominadas celular. Cada célula contiene una

antena y está controlada por una pequeña central, denominada central de

célula. A su vez, cada central de célula está controlada por una central de

conmutación denominada central de conmutación de telefonía móvil (MTSO,

Mobile TelephoneSwitching Office). La MTSO coordina las comunicaciones

entre todas las centrales de célula y la central telefónica. Es un centro

computarizado que es responsable de conectar las llamadas y de grabar

información sobre la llamada y la facturación.

El tamaño de la célula no es fijo y puede ser mayor o menor dependiendo

de la población del área. El radio típico de una célula esta entre 2 y 20

kilómetros. Las áreas con alta densidad necesitan más células

geográficamente más pequeñas para satisfacer las demandas de tráfico que

las áreas de baja densidad de población. Una vez calculado, el tamaño de

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celular se puede optimizar para prevenir las interferencias de la señales de

las células adyacentes. La potencia de la transmisión de cada célula se

mantiene baja para prevenir que su señal interfiera a las de otras células .

Figura 9 . Sistema telefónico celular. Fuente: Forouzan (2002)

2.1.4 NIVELES DE UNA RED DE ACCESO

Según Forouzan (2002, p.41) una red de acceso presenta siete niveles

cada uno con sus funciones específicas el nivel físico coordina las funciones

necesarias para transmitir un flujo de bits sobre un medio físico, el nivel de

enlace es responsable de la entrega de unidades de datos de una estación a

la siguiente sin error, el nivel de red es responsable de la entrega de

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paquetes del origen al destino a través de múltiples enlaces de red, el nivel

de transporte es responsable de la entrega de origen a destino de todo el

mensaje, el nivel de sesión estable, mantiene y sincroniza las interacciones

entre dispositivos de comunicación, el nivel de presentación asegura la

interoperabilidad entre distintos dispositivos de comunicación mediante la

transformación de datos a un formato común y el nivel de aplicación permite

que los usuarios acceden a la red.

2.1.5 MODELO OSI El modelo de referencia de Interconexión de Sistemas Abiertos (OSI)

lanzado en 1984 fue el modelo de red descriptivo creado por ISO.

Proporciono a los fabricantes un conjunto de estándares que aseguraron una

mayor compatibilidad e interoperabilidad entre los distintos tipos de

tecnología de red producidos por las empresas a nivel mundial. Dicho

modelo se ha convertido en el modelo principal para las comunicaciones por

red.

Piensa en las siete capas que componen el modelo OSI como una línea

de ensamblaje en un ordenador. En cada una de las capas, ciertas cosas

pasan a los datos que se preparan para ir a la siguiente capa. Las siete

capas se pueden separar en dos grupos bien definidos, grupo de aplicación y

grupo de transporte.El modelo presenta siete niveles cada una con su

determinada función descrito a continuación:

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Figura 10. Capas del Modelo OSI. Fuente: Forouzan (2002)

NIVEL FÍSICO:define el medio de comunicación utilizado para la

transferencia de información, dispone del control de este medio y especifica

bits de control.

NIVEL ENLACE DE DATOS:este nivel proporciona facilidades para la

transmisión de bloques de datos entre dos estaciones de red. Esto es,

organiza los unos y los ceros del nivel físico en formatos o grupos lógicos de

información.

NIVEL DE RED:este nivel define el enrutamiento y el envío de paquetes

entre redes.

NIVEL DE TRANSPORTE: este nivel actúa como un puente entre los tres

niveles inferiores totalmente orientados a las comunicaciones y los tres

niveles superiores totalmente orientados al procesamiento. Además,

garantiza una entrega confiable de la información.

NIVEL DE SESIÓN: provee los servicios utilizados para la organización y

sincronización del dialogo entre usuarios y el manejo e intercambio de datos.

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NIVEL PRESENTACIÓN:traduce el formato y asignan una sintaxis a los

datos para su transmisión en la red.

NIVEL APLICACIÓN:proporciona servicios al usuario del modelo OSI y

ofrece a las aplicaciones las posibilidades de acceder a servicios de las

demás capas y define los protocolos que utilizan las aplicaciones para

intercambiar datos.

Este modelo entre otras cosas minimiza la complejidad al momento de

elaborar un diseño de red y simplifica la enseñanza y el aprendizaje.

Globalmente es usado para describir el uso de datos entre la conexión física

de la red y la aplicación del usuario final.Un ejemplo de lo anterior, son los

sistemas de radio móvil de líneas troncales, en los cuales algunos canales de

radio son compartidos con diferentes grupos de usuarios por ejemplo:

multicanalización estadística sobre una base (FDMA).

En estos sistemas de enlace se utilizan transmisores de potencia

relativamente alta, de tal suerte que cada canal de radio cubra toda una

ciudad. Se podría ampliar este servicio a un mayor número de usuarios si la

cobertura de cada transmisor se redujese a áreas más pequeñas (una

célula), de manera que el mismo canal de radiofrecuencia se pudiera

reutilizar por otro individuo en otra célula distante. Cada usuario se comunica

a través de un teléfono celular establecido a la estación base del sitio de la

célula. La estación base se conecta vía línea telefónica a la central de

conmutación del teléfono móvil (MTSO). La MTSO conecta al usuario a la

parte que desea llamar.

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Si está en tierra, la conexión se establece vía oficina central (CO), a la red

telefónica terrestre, si la parte a la que se llame es móvil la conexión se

realiza por el lugar de la célula que cubre el área en la cual se localiza la

parte llamada, utilizando un canal de radio disponible en la célula.

En teoría este concepto celular permite que cualquier número de usuarios

móviles sean acomodados para un grupo determinado de canales de radio;

esto es, entre más canales se requieran, más se divide la célula y más

células pequeñas adicionales se agregan, así que los canales existentes

pueden utilizarse con más eficiencia. Mientras el usuario móvil viaja de una

célula a otra, el MTSO automáticamente cambia al usuario a un canal

disponible a una célula y la conversación telefónica continua sin interrupción.

El concepto celular tiene las siguientes ventajas: gran capacidad de

usuarios. Uso eficiente del espectro de radio, disponibilidad nacional,

servicios para teléfonos portátiles y de vehículos, teléfonos de alta capacidad

y servicio de información para el usuario móvil a costo relativamente bajo.

2.2 SERVICIO DE TELECOMUNICACIÓN

Según Serra y Bosch (2002, p.25) es el valor añadido que percibe el

usuario; por ejemplo: telefonía, facsímil (fax), transmisión datos (modem)

entre computadores. Obsérvese la diferencia entre servicio y red; los tres

servicios citados anteriormente son habitualmente soportados por la red

telefónica tradicional (aunque esta fuera inicialmente diseñada y optimizada

40

para soportar el servicio de telefonía) y cabría pensar en redes más

adecuadas para soportar los dos últimos servicios. En relación con los

servicios, en ocasiones se habla de:

2.2.1 CLASIFICACIÓN DE LOS SERVICIOS

2.2.1.1 TELESERVICIOS

Coincidiendo básicamente con la definición genérica de servicio que se ha

dado.

2.2.1.2 SERVICIOS PORTADORES

Aquellos que se ofrecen entre puntos de acceso a la red, no entre

terminales. Retomando los ejemplos anteriores, puede decirse que el servicio

portador de la red telefónica tradicional es aquel que permite el envío, entre

puntos situados prácticamente en cualquier lugar del globo terráqueo, de

señales analógicas en el rango de frecuencias comprendido entre 300 y

3.400 Hz, en modo full-duplex, con retardo inferior a unos 200ms y con una

distorsión y adición de ruido determinados. Evidentemente este servicio

portador es el más adecuado para ofrecer el teleservicio de telefonía aunque,

con el uso de módems, se adapte al ofrecimiento de otros teleservicios, como

se ha comentado anteriormente.

41

2.2.1.3 SERVICIOS SUPLEMENTARIOS (O DE VALOR AÑADIDO) No son servicios en sí mismos, sino más bien mejoras o complementos de

algún teleservicio. Por ejemplo, todas las facilidades de marcación abreviada,

desviación de llamadas, cobro revertido, indicación de llamada en espera,

conferencia a tres, identificación del llamante, etc., asociadas al teleservicio

de telefonía constituyen servicios suplementarios.

Figura 11. Servicio Portador y Teleservicio. Fuente: Serra y Bosch (2002)

2.2.1.4 SERVICIOS ORIENTADOS Y NO ORIENTADOS A CONEXIÓN Serra y Bosch (2002, p.26) definen que los servicios también puede

clasificarse según la forma en que se establecen y finalizan. Así puede

hablarse de:

42

(A) SERVICIOS ORIENTADOS A CONEXIÓN Aquellos que refieren una fase de establecimiento (antes de estar

disponibles) y una de finalización. Por ejemplo, el servicio de telefonía

requiere de una fase de establecimiento (en la que se especifica la dirección

del destino, se analiza la viabilidad de establecer el servicio, se reservan los

recursos necesarios en la red, se notifica al destinatario, etc.), a esta fase le

sigue la de transferencia (en la que se ofrece el servicio propiamente) y,

después, la fase de la liberación (en la que se desocupan los recursos

reservados en la red, se almacenan los datos de facturación del usuario,

etc.).

(B) SERVICIOS NO ORIENTADOS A CONEXIÓN Aquellos que están disponibles sin ningún procedimiento previo y carecen

de fases. Por ejemplo, las redes de datos IP (Internet Protocol), donde los

datagramas, conteniendo la dirección de destino, se envían por la red sin

ningún proceso previo ni posterior.

2.2.2 TELETRÁFICO

Serra y Bosch (2002, p.30) establecen una clasificación del tráfico en

clases, con el único fin de perfilar los distintos tipos de tráfico que puedan ser

43

transportados por una red, se puede establecer una posible clasificación con

las siguientes 3 clases de tráfico:

2.2.2.1 CLASE I (TIEMPO REAL) De mensajes largos o continuos, en tiempo real (no tolera retardos

superiores, a 200ms), admite errores, admite bloqueo, muy interactivo:

hombre-hombre (telefonía, videoconferencia), adecuado para la conmutación

de circuitos.

2.2.2.2 CLASE II (INTERACTIVO, RACHEADO) De mensajes cortos y racheados (a ráfagas), interactivo (tolera cierto

retardo, de 1 a 3 s.), no suele admitir errores, admite cierto bloqueo,

interactivo: hombre-máquina, máquina-máquina (terminal de datos, cajero

electrónico, navegación web), adecuado para la conmutación de paquetes.

2.2.2.3 CLASE III (PESADO, DIFERIDO) De mensajes muy largos, no requiere tiempo real (tolera retardos

elevados, hasta de minutos), no admite errores, no admite bloqueo, no

interactivo: máquina-máquina (transferencia de archivos, correo electrónico),

adecuado para la conmutación de paquetes o circuitos.

44

2.3 DVB (DIGITAL VIDEO BROADCASTING)

Hung (2009, p.90) afirma que el origen del DVB se remonta a principios de

la década de 1990, cuando los principales operadores e industrias

involucradas en el desarrollo de equipos de recepción discutían acerca de la

elaboración de una plataforma paneuropea que permitiese sentar las bases

para la implantación de la televisión digital en la región. Desde entonces se

constituyo la principal asociación dedicada al desarrollo de la televisión

digital: DVB (Digital Video Broadcasting), formada por más de doscientos

miembros, entre fabricantes de equipos electrónicos, operadores y

administraciones púbicas de todo el mundo.

Según Moscoso (2006, p.7) El estándar DVB para la transmisión de

televisión digital, es el estándar acogido por Europa, se podría decir que es la

versión digital de PAL (Phase Alternating Line o Fase de la Línea

Alterna).Este estándar fue elaborado respetando las normas básicas del

estándar analógico PAL, es decir, cada canal de ocupar 8MHz de ancho de

banda y cumplir con ciertos criterios de potencia de transmisión y cobertura;

y la composición de la señal de video debe hacerse bajo ciertos parámetros

como una relación de aspecto u otra, dependiendo si se desea video de alta

definición estándar, etc.

El objetivo de crear un estándar para la transmisión digital de señal de

televisión es la de usar mas eficientemente el espectro radioeléctrico de tal

forma que se pueda implementar mejoras en el servicio de televisión gracias

45

a los avances en la tecnología digital.Huidobro (2005, p.174) plantea que el

proyecto DVB esta desarrollando un conjunto de métodos para llevar

televisión digital hacia los hogares y esta trabajando sobre estándares para

proporcionar servicios IP en sistemas por satélite, sistemas por cable,

transiciones terrestres digitales, servicios de sistemas de información,

sistemas comunes de encriptado e interfaces de acceso condicional.

El proyecto DVB tomo el estándar MPEG-2 como procedimiento de

codificación de video y audio, adaptándolo a sus necesidades. Varias

razones han concurrido para que el DVB adoptase el MPEG-2 como

codificación fuente para la transmisión de señales digitales (audio, video y

datos) vía satélite, cable y terrestre:

• La estructura paquetizada de DVB facilita las tareas de sincronización y

permite el transporte de todos los componentes en una misma trama binaria.

• Es un sistema idóneo para el almacenamiento, ya que la trama binaria

incluye la propia información de presentación para posibilitar el ordenamiento

de la misma.

• Permite la introducción de información de servicio de una forma flexible

para todas las configuraciones de servicio y componentes de servicio (audio,

video y datos).

El DVB ha propuesto un estándar internacional, llamado empaquetamiento

de la información, que consiste en la integración de la información

transmitida como (video, audio y datos) en los paquetes de flujo de

transporte.

46

En la Figura 11 se muestra un sistema DVB típico, en el que se integran

canales de datos, de televisión por satélite y señales de televisión terrestre.

Figura 12. Sistema DVB Típico. Fuente: Huidobro (2005)

2.3.1 ETAPAS DEL DVB

Moscoso (2006, p.7) expone que al estándar prácticamente se le podría

descomponer en tres etapas muy generales las cuales son: la codificación de

la fuente, la codificación del canal y finalmente la Transmisión/Recepción.

El estándar especifica como codificar la información captada, luego

prepara este torrente de unos y ceros en información codificada para

enfrentarse a las asperezas del canal; para así, finalmente adecuarse a la

portadora o sistema de portadoras para su transmisión.

47

Una vez que la señal es recibida por el receptor, básicamente sufre un

proceso inverso al anterior mencionado. Siendo recibida la señal debe

decodificarse, quitándole la redundancia que permitirá corregir en caso de

ser necesario la información contenida en unos y ceros para luego así ser

decodificada una vez mas en la información final que vera el usuario final.

2.3.1.1 CODIFICACIÓN DE LA FUENTE

La codificación de la fuente es muy importante en toda transmisión digital,

pues permite la interpretación de diferentes símbolos en un lenguaje digital,

es decir, en unos ceros, para su posterior transmisión.

La codificación de fuente que se usa en este estándar es MPEG (en sus

diferentes versiones), permitiendo incluso la codificación de un formato de

alta definición. Una vez obtenida la información de la fuente, se debe armar

la trama de datos que según el formato MPEG-2, debe ser de 1 byte de

sincronismo y 187 bytes restantes de información, según como se muestra

en la figura 13 debe que luego ingresan a la parte de aleatorización o

scrambler.

Figura 13. Trama de 188 bytes de formato MPEG-2. Fuente: Moscoso (2006)

48

El proceso de scrambler consiste en reordenar bajo un orden conocido los

bits de cada trama para darle un orden aleatorio, con el objetivo de asegurar

la dispersión de energía. Una vez que los bits salen de la etapa de

scrambler, están listos para ingresar a la siguiente fase, conocida como

codificación del canal. En la figura 14 se puede observar un pequeño

diagrama de bloques de lo descrito anteriormente.

Figura 14. Diagrama de bloque general de la codificación de la fuente.Fuente: Moscoso (2006)

Cuando los bits salen de la etapa del scrambler, su destino es la

codificación del canal que se detalla a continuación.

2.3.1.2 CODIFICACIÓN DEL CANAL Una vez que los bits fueron generados según los símbolos de entrada,

compuestos en una trama y aleatorizados para la distribución de energía,

esta preparados para ingresar a la codificación del canal. Esta etapa se

encarga de preparar a los bits de información para su salida al medio o

canal.

49

El canal puede presentar diferentes altibajos que imposibilitan la llegada

correcta de los bits generándose errores en el receptor. La codificación del

canal esta compuesta por varias etapas que son:

• Codificador externo (Reed-Salomon).

• Interlaving.

• Codificador interno (Codificador convolucional y el puncturing).

Cada una de las cuatro etapas que conforman la codificación del canal

descrito por el estándar DVB para la transmisión de señal de televisión

digital, contiene un propósito para que la información si fue afectada durante

su paso por el canal sea corregida y bien interpretada en el receptor.

Figura 15. Diagrama de bloque general de la codificación del canal. Fuente: Moscoso (2006)

En la Figura 15 se puede apreciar el orden de las etapas del codificador del canal.

2.3.1.3 TRANSMISIÓN/RECEPCIÓN

El estándar DVB para la transmisión de señales de televisión digital utiliza

OFDM que es un sistema de modulación en múltiples portadoras ortogonales

entre si, por división de frecuencia.

50

La implementación de la modulación OFDM era muy complicada ya que

requería gran precisión para lograr la ortogonalización entre las múltiples

portadoras. Y finalmente el sistema no era muy estable, pero con la actual

tecnología e investigaciones, se ha logrado implementar OFDM por medio de

la FFT (Fast Fourier Transform).

Previo a la transmisión se debe realizar un mapeo de la información

codificada de acuerdo a la modulación a usar QAM, QPSK, etc. Luego se

lleva a cabo la inserción de portadoras piloto, cuya función es sincronizar al

receptor en frecuencia y fase. Luego la información ya mapeada ingresa a la

etapa de la IFFT (Inverse Fast Fourier Transform) la cual descompone la

señal en una sumatoria de portadoras ya moduladas por la

informaciónmapeada, donde cada frecuencia de portadora es múltiplo en

enteros naturales consecutivos de una frecuencia base.

Teniendo lista la señal a transmitir se le añade un intervalo de guarda, es

decir, un intervalo de tiempo en el que se repite una porción de la señal, que

ayudara a eliminar el problema de distorsión por multicamino.

Figura 16. Etapa previa a la transmisión. Fuente : Moscoso (2006)

51

En resumen la figura 16 muestra el orden a seguir de las etapas de la

transmisión de la señal según el estándar DVB.

2.3.2 CLASIFICACIÓN DEL DVB Hung (2009, p.90) soporta que en la actualidad, el DVB posee un gran

impacto en el mundo de la difusión, así como en las diferentes tecnologías y

mercados relacionados con el ámbito digital. Junto con el consorcio ATSC

(Advanced Television Systems Committee o Comité de Sistemas Avanzados

de Televisión) es uno de los grupos que están estableciendo los principales

estándares normativos para el desarrollo de lo digital en cada uno de sus

soportes (satélite, cable y terrestre).

La consolidación mundial de este organismo ha propiciado que se

convierta en el principal foro de instauración de los estándares

precompetitivos de las diferentes aplicaciones y medios digitales que hoy

surgen como posibles o ya realizables.

El DVB ha venido desarrollando desde su inicio estándares enfocados a

cada uno de los soportes digitales conocidos actualmente: DVB-C (TV digital

por cable), DVB-S (TV digital por satélite), DVB-IP (TV digital a través de la

red IP), DVB-H (TV digital para equipos portátiles) y DVB-T (TV digital

terrenal). El establecimiento de estas normativas tiene un origen común: las

expectativas comerciales existentes alrededor del ámbito digital en el mundo.

Estos estándares serán desarrollados a continuación:

52

2.3.2.1 DVB-IP

Alcober, Granaiola, Rincón, y Rodríguez (2011, p. 1)plantean que el DVB-

IP (también conocido como DVB-IPI o DVBIPTV) es un estándar abierto

creado por el consorcio DVB (Digital Video Broadcasting) e impulsado por el

ETSI (European Telecommunications Standards Insitute) para la transmisión

de servicios multimedia encapsulados en MPEG2-TS sobre redes IP

bidireccionales de banda ancha.

El objetivo de DVB-IP no es la transmisión de streaming sobre Internet del

tipo YouTube o similar, de calidad relativamente baja, sino de servicios de TV

convencional o de alta definición ofrecidos sobre redes IP con calidad de

servicio, de manera que la experiencia del usuario sea similar a la TDT o la

TV por satélite, con ladiferencia de que en este caso se usa una red IP y no

una transmisión por radio.

2.3.2.2 DVB-H

Hung (2009, p.94) es uno de los primeros estándares enfocado al

desarrollo de servicios y contenidos digitales en dispositivos móviles como

los teléfonos móviles de tercera generación, los 3GSM. Los servicios y

contenidos digitales a que podrán tenerse acceso a través de este estándar

son semejantes a los que puede producirse y consumirse en la televisión

digital. Solo que, en este caso, se podrá tener acceso no sólo vía internet,

53

sino también a través del móvil, por ejemplo. Este sistema ofrece una

combinación eficaz en el consumo de energía de las baterías de estos

dispositivos y crea nuevas oportunidades económicas para los operadores

de red y sus proveedores de contenidos, hardware y software.

2.3.2.3 DVB-S Según Ruiz (2000, p.379) el estándar para la transmisión para televisión

digital por satélite es, sin duda, y probablemente, su éxito, ha sido el

detonante de la progresiva implantación del resto de sistemas DVB.

Actualmente esta siendo utilizado por proveedores de servicios en todos los

continentes. En Europa es el único sistema de televisión digital por satélite

implantado.

Se puede considerar que el sistema DVB-S parte de la trama de

transporte proporcionada por el MPEG-2, introduciendo distintas capas de

protección a la señal para adecuarla a las características del canal por el que

debe transmitirse.

En el receptor deben realizarse las operaciones inversas para tener

acceso a la trama de transporte que soporta la información de los programas

de televisión en formato MPEG-2. El estándar DVB-S proporciona suficiente

flexibilidad como para que el operador del servicio pueda decidir el contenido

de los programas de televisión que proporciona. Por tanto, es posible que se

transmitan señales con definición mejorada, de alta definición o de definición

54

convencional. En función de las características del enlace puede

seleccionarse el código de protección de errores interno. En transmisiones

con un ancho de banda de 36MHz es habitual utilizar códigos internos ¾ (3

bytes de datos, 1 de redundancia), con lo que se consiguen tasas de datos

de unos 39Mbps.

Moran (2009, p.3) promueve que el medio de transmisión utilizado por

satélite es caracterizado por una anchura de banda disponible relativamente

elevada sin embargo por una potencia de emisión limitada, por eso, para su

utilización con tazas de error reducidas es necesaria una codificación de

canal robusta y una modulación con buena inmunidad al ruido usando

QPSK,PSK o 16QAM, y la versión mejorada DVBS2 usa QPSK, 8PSK,

16APSK o 32APSK, siendo QPSK y 8PSK las versiones regularmente

utilizadas.

2.3.2.4 DVB-C Según Ruiz (2000, p.380) el estándar de transmisión de televisión digital

por cable esta basado en el DVB-S y comparte muchos aspectos comunes.

Las diferencias fundamentales entre ambos estándares radican en que en la

transmisión por cable se sustituye la modulación QPSK por una modulación

64QAM y que no se utilizan los códigos de corrección internos.

La supresión de estos códigos de protección se debe a que la relación

señal a ruido que se obtiene en un sistema por cable es muy superior a la de

55

un sistema por satélite de modo que, es suficiente con los códigos externos

para garantizar una correcta recepción, exenta de errores, de los datos.Para

canales de 8MHz de ancho de banda (equivalente a los canales cable

analógicos) puede obtenerse una capacidad de unos 38.5Mbps (usando

modulaciones del tipo 64QAM). El estándar también contempla el uso de

modulaciones digitales con tasas de datos superiores 128QAM y 256QAM

así como modulaciones con menores tasas (16QAM, 32QAM).

Por su parte Moran (2009, p.3) promueve que la transmisión por cable

presenta a lado de la transmisión por satélite, principalmente la relación

señal/ruido mas elevada y menor ancho de banda. En ese sentido, es

necesario alcanzar niveles de eficiencia espectral mas elevados, solicitando

las modulaciones mas complejas y disminuyendo la protección contra errores

C usando QAM, 16QAM, 32QAM, 64QAM, 128QAM o 256QAM.

2.3.2.5 DVB-T Ruiz (2000, p.380) plantea que el estándar DVB-T comparte el mismo

proceso de aleatorización, protección externa e interna de datos y códigos

convolucionales de entrelazado que el DVB-S. La diferencia fundamental es

que, en éste caso, se utiliza una modulación COFDM (Coded Orthogonal

Frequency Division Multiplexing) con un total de 1705 (modo 2K) o 8817

portadoras (modo 8K). Esta modulación permite, mediante el uso de

56

múltiples portadoras que dispersan los datos de la trama a transmitir, operar

en escenarios con un elevado índice de señal multicamino.

La protección frente a este tipo de interferencias se consigue insertando

intervalos de guarda entre los datos que, eventualmente, reducen la

capacidad del canal. Esta reducción de la capacidad es tanto menor cuanto

mayor es el número de portadoras utilizadas. No obstante, el aumento del

número de portadoras incrementa la complejidad del receptor.

El modo 2K esta pensado para transmisiones simples que cubran áreas

geográficas reducidas (potencias reducidas) mientras que el modo 8K puede

usarse para áreas geográficas extensas usando una única frecuencia

portadora por canal, común en toda la red.

La fuerte protección del COFDM permite que el sistema pueda operar

manteniendo la misma frecuencia portadora en toda una región geográfica

extensa (cubierta por varios radioenlaces). El receptor interpreta la señal

procedente del radioenlace más débil como una señal multicamino y puede

rechazarla. Si los radioenlaces están muy alejados, las diferencias de tiempo

de recepción pueden ser considerables y es necesario aumentar los

intervalos de guarda entre los datos digitales, perdiendo cierta eficiencia en

la transmisión.

Moran (2009, p.3) establece que el DVB-T necesita transmisión robusta de

la señal desde los transmisores hasta los receptores, algo que no es tarea

sencilla debido al medio de propagación utilizado presenta varias

contrariedades a la transmisión, como es el caso de propagación multi-

57

recorrido y desvanecimiento. En ese sentido, las especificaciones son muy

exigentes en cuanto a la utilización de mecanismos de codificación de canal

y modulación usando 16QAM o 64QAM en combinación con COFDM y

modulación jerárquica.

2.4 ESTÁNDAR IEEE 1901 Al Mawali (2011, p. 71) instaura que las tecnologías PLC han estado

disponibles en el mercado durante varios años. La tecnología recibió una

aceptación razonable de los usuarios en diferentes partes del mundo debido

a la creciente demanda de aplicaciones de banda ancha de alta velocidad. A

pesar del éxito moderado de las actuales soluciones PLC, no ha habido un

estándar unificado como una base para estas tecnologías.

Por esta razón, el IEEE establece el estándar IEEE P1901 Grupo de

Trabajo de Estándar Corporativo con el objetivo de desarrollar un estándar

unificado para alta velocidad (100 Mbps) de dispositivos PLC con frecuencias

por debajo de 100MHz. La norma se ocupa tanto de la agrupación en el

hogar con la creación de redes de baja tensión en el cableado local, así

como el grupo de acceso que tiene que ver con la entrega de

comunicaciones de banda ancha a través de la BT y MT ciñendo de poder a

las instalaciones del consumidor.

El Grupo de Trabajo IEEE P1901 se formó en junio de 2005. El 30 de

septiembre de 2010, el estándar IEEE para redes de banda ancha sobre

58

línea eléctrica: La MAC y las especificaciones de la capa física fue aprobado

por la Junta de Estándares de la Asociación de Estándares IEEE.

El estándar IEEE P1901 proporciona una solución con un enfoque común

y la capa MAC es capaz de soportar dos capas físicas. Las dos capas físicas

incluyen uno que se basa en la FFT OFDM y otro que se basa en wavelet-

OFDM. La razón de tenerse dos capas físicas es la compatibilidad con los

actuales dispositivos PLC que se basan en las dos técnicas de transmisión.

Las especificaciones de HomePlug se basan en FFTOFDM, mientras que los

dispositivos basados en la especificación HD-PLC de la industria Alliance

emplean wavelet-OFDM. La capa MAC interactúa con las dos capas físicas a

través de una capa de transición conocida como el Protocolo de capa de

convergencia física (PLCP).

De acuerdo con la propuesta de APC-OFDM la capa física se basa en un

número máximo de subportadoras de 1983 y aprovecha la banda de

frecuencia 1.8-48MHz para ofrecer velocidades de datos sustanciales de

hasta 400Mbps.

Esta capa física cuenta con periodicidad flexible al enlazarse para tener en

cuenta las necesidades regionales y las aplicaciones. Emplea intervalos de

guarda flexible y poca carga con la capacidad de llevar a 1, 2, 3, 4, 6, 8 de 10

bits por símbolo de datos mediante el uso de modulación QAM. El esquema

de FEC utilizado en esta capa física es el código turbo convolucional. El ruido

periódico impulsivo que es sincrónico con el ciclo de CA se explica por la

sincronización con el ciclo de alimentación.

59

La capa física en el anteproyecto de Norma IEEE 1901 está basada en

wavelet-OFDM. La característica principal de wavelet OFDM es su espectro

de contención superior y su capacidad para combatir la ISI sin la adición de

una extensión cíclica que puede degradar el rendimiento del sistema. La

propuesta de wavelet-OFDM de IEEE 1901 utiliza 512 subportadoras (sólo

338 de ellos se utiliza para transportar información) equidistantes entre la

banda de frecuencias de 2-28MHz.

Una banda opcional de hasta 60Hz puede ser ocupada para impulsar la

velocidad de datos por encima de los 500 Mbps. La modulación utilizada es

la amplitud del pulso de modulación (M-PAM) con constelaciones reales M =

2, 4, 8, 16 o 32 bits por símbolo de datos. La FEC se logra utilizando el

sistema de código Reed-Salomón/Convolutional y una opción de baja

densidad de código de verificación de paridad (LDPC).

La capa MAC en el proyecto de Norma IEEE 1901 incorpora un control de

acceso híbrido que emplea tanto CSMA/CA y los sistemas TDMA. Para

controlar el tráfico de manera eficiente con los requisitos de transmisión

diferentes, la MAC define una contienda libre y un periodo de contención.

2.4.1 PLC (POWER LINE COMMUNICATIONS) Según Al Mawali (2011, p. 1) En los últimos años, la demanda de

aplicaciones multimedia de banda ancha ha aumentado significativamente y

continúa creciendo a un ritmo rápido. Acceso a Internet en banda ancha, por

60

ejemplo, está teniendo una tremenda demanda y cada vez es una necesidad

para los hogares y negocios. Actualmente una gran variedad de tecnologías

permiten la conectividad de banda ancha hacia y dentro de los hogares y

oficinas.

Entre las tecnologías de la comunicación, las líneas de comunicaciones de

energía (PLC) están recibiendo un enorme interés en la investigación y

presenta una solución muy atractiva de la conectividad multimedia para el

problema de la última milla.

Las hazañas de PLC ya existentes en las redes eléctricas ofrecen una alta

velocidad de banda ancha. Además de resolver el problema de conectividad

de última milla, PLC utiliza el cableado del edificio eléctrico como una red de

área local de alta velocidad que incluye el acceso Internet de banda ancha,

voz sobre servicios de entretenimiento de propiedad intelectual y en el hogar

utiliza casi todos los enchufes en los edificios residenciales o de negocios. La

ventaja de conducción de PLC es que utiliza una infraestructura que es

mucho más omnipresente que cualquier otro cable infraestructura, por lo

tanto, no requiere un nuevo cableado.

El concepto de utilizar las líneas eléctricas (PL) para los servicios de

comunicación no es uno que acaba de salir. Las primeras aplicaciones de la

fecha de regreso del PLC sobre Hace cien años, cuando las comunicaciones

analógicas fueron empleados para la medición de distancia y la

automatización del hogar. También era importante para la alimentación

empresas de servicios públicos tienen una relación de comunicación

61

adecuada para mantener la operación de alta tensión LP. Sin embargo, la

atención en la última década ha sido se centró en el uso de PLC para el

acceso rápido a Internet de banda ancha, así como otros servicios

multimedia.

PLC ofrece una alternativa competitiva y rentable para acceso a Internet

LAN y aplicaciones. Sin embargo, la gran expansión y la adopción

generalizada de esta tecnología hasta ahora ha estado limitada por la falta

de un acuerdo universal, expedidos por un organismo de normalización

reconocido a nivel mundial. La mayor parte de los productos PLC disponibles

en el mercado ahora se basan en la norma HomePlug, con su variante

(HomePlug 1.0, HomePlug AV y HomePlug BPL). Recientemente, el primer

estándar de IEEE para la banda ancha sobre redes de línea eléctrica ha sido

aprobado.

A pesar de las ventajas presentadas por el PLC, esta tecnología transmite

las señales de comunicación a través de un medio que nunca fue diseñado

para funciones de telecomunicaciones. Las líneas eléctricas difieren

significativamente en su estructura y las características físicas de los medios

de comunicación habituales, como cables de fibra óptica y coaxial. Entender

las propiedades es esencial para el diseño de sistemas PLC.

Los factores más importantes que afectan a las comunicaciones por líneas

eléctricas son la atenuación, desvanecimiento multitrayecto y el ruido. Los

cables PL sufren una considerable atenuación de la frecuencia y que se

incrementa utilizando altas frecuencias y puede ser grave para

62

comunicaciones de larga distancia. Además, el desajuste de la impedancia

se presenta de una manera común en las redes de PL causando enormes

reflexiones de la señal, dando lugar a desvanecimiento multitrayecto. Otra

deficiencia persistente de los sistemas PLC es el ruido generado por fuentes

internas y externas que están bien conectados o muy cerca al medio de

transmisión PLC.

El ruido en cualquier toma de corriente es la suma de los ruidos

producidos por los diferentes aparatos conectados a la línea más el ruido de

fondo en la línea. Cinco tipos de ruido se encuentran a menudo en canales

PL: el ruido de fondo de color, ruido de banda estrecha, ruido periódico

asíncrono impulsivo a la frecuencia de la red, el ruido periódico síncrono

impulsivo con la frecuencia de red y el ruido impulsivo asíncrono . Los tres

primeros tipos son casi estacionario y se clasifican como fondo ruido. Los dos

últimos tipos tienen un comportamiento variable en el tiempo al azar y son a

menudo clasificados como ruido impulsivo.

Ruido impulsivo constituye uno de los principales retos para los sistemas

PLC. Es generalmente el resultado de los transitorios de conmutación en

aparatos de poder. Los impulsos de este tipo tienen cortos períodos de

tiempo que van desde algunos microsegundos hasta unos pocos

milisegundos y se caracterizan con amplitudes muy altas. Durante la

aparición de ruido impulsivo, la densidad espectral de potencia (PSD) de este

tipo de ruido puede ser de hasta 50 dB mayor que el ruido de fondo.

63

Debido a la presencia de ruido impulsivo y otras características

indeseables de las redes de PL, es crucial para la alta velocidad del PLC

seleccionar una modulación técnica que pueden hacer frente a tales

peculiaridades. Un número de modulaciones técnicas, incluyendo las de una

sola portadora, multi -portadora y de espectro ensanchado son de interés

para los ingenieros e investigadores del PLC. Entre ellos, la multiplexación

por división de frecuencia ortogonal (OFDM) se presenta como un excelente

candidato del PLC. El principio básico de OFDM es dividir datos de alta

velocidad de símbolos en flujos de datos lentos que a su vez modulan

múltiples bandas estrechas con subportadoras ortogonales simultáneamente.

Esto reduce el efecto de desvanecimiento de multitrayecto mediante la

ampliación de la duración del símbolo de modo que, dependiendo del retardo

del canal extendido, sólo una pequeña porción del símbolo se ve afectada.

Con la adición de un protector de tiempo cíclico, el problema de la

multitrayectoria puede eliminarse por completo en OFDM. Además, el efecto

del ruido impulsivo se minimiza en la señal OFDM recibida, además de que el

ruido añadido se divide por el número de los sub-canales a través de la

transformada de Fourier discreta (DFT) en la operación del receptor. OFDM

ofrece robustez, así como de implantación sencilla que hacen de esta técnica

un candidato favorito para el PLC.

OFDM puede ser fructífera en combinación con técnicas de modulación

adaptativa que permiten subportadoras individuales tengan diferentes

tamaños constelación, transmitir potencias, tasa de bits erróneos instantánea

64

(BER), el código de canal y así sucesivamente. Esto resuelve el problema de

selectividad de frecuencias asociadas con las redes de PLC. Por su parte los

subcanales que se ven afectados por la decoloración o interferentes de

banda estrecha puede llevar menos bits o incluso puede ser puesto a cero

en casos extremos o si las sub-bandas se utilizan para los operadores

inalámbricos. Para habilitar el PLC de alta velocidad por líneas eléctricas, los

algoritmos de adaptación de carga pueden explotar de manera eficiente el

espectro disponible y optimizar el rendimiento que tiene que ser introducido.

Bajo las condiciones duras del canal, la fiabilidad de los sistemas PLC

pueden ser mejorados por la utilización de métodos corrección de errores

(FEC). Debido a la aparición de ruido impulsivo a ráfagas en los canales de

PL, el intercalado necesita ser empleado para reducir el canal de memoria y

ayudar a la codificación de esquemas, que están diseñados para luchar

contra los errores individuales, para hacer frente a los errores causados por

las perturbaciones de ráfaga.

2.4.1.1 APLICACIONES DE PLC

En los primeros días de la tecnología PLC, el uso de redes eléctricas para

fines de comunicación fue motivada por la necesidad de un vínculo de

comunicación conveniente para mantener la función de las redes eléctricas.

Luego, otras aplicaciones de banda estrecha utilizando PLC surgieron, como

las comunicaciones de una sola dirección o unidireccionales, ejemplos de

65

estas son: lectura de medidores y las diversas aplicaciones de

automatización del hogar (por ejemplo: alarma de intrusión, detección de

incendios y así sucesivamente). Hoy en día, las tecnologías PLC abarcan

una amplia gama de aplicaciones, incluyendo voz, video, multimedia, redes y

así sucesivamente, gracias a la creciente demanda de aplicaciones de datos

de banda ancha de alta velocidad. En esta sección se ofrece una visión

general de las aplicaciones actuales y potenciales de PLC.

(A) PLC BASADO EN LAN Una aplicación común y generalizada de PLC es la creación de una red de

área local (LAN) en la casa u oficina utilizando el cableado eléctrico en

interiores. La ventaja de conducir PLC para esta aplicación es la

disponibilidad de tomas de corriente en todas partes del hogar o en la oficina

lo que hace que sea fácil que diversos equipos funcionen en una red local a

través de las líneas eléctricas ya existentes. Al igual que otras tecnologías de

red local, las redes LAN basadas en PLC permiten la compartición de

archivos e impresoras, sin embargo, sin la necesidad de nuevos cables.

Compartir archivos e impresoras es particularmente importante en las redes

de ordenadores profesionales.

Los ordenadores conectados a una red de PLC pueden compartir una

única conexión a Internet. Independientemente de la tecnología utilizada para

proporcionar Internet a las instalaciones del cliente, un dispositivo PLC puede

66

redirigir el flujo de datos en la red eléctrica. De esta manera, el acceso a

Internet está disponible para todos los puntos existentes en la casa u oficina.

La Figura 17 ilustra una red basada en PLC permitiendo compartir archivos e

impresoras, así como una conexión a Internet compartida por los usuarios de

la red.

La difusión de diferentes fuentes de datos es otra aplicación de las LAN

basadas en la tecnología PLC. Un ejemplo de esto es transmitir señales de

audio en diferentes formatos desde un servidor de archivos de audio a todos

los ordenadores conectados a la red eléctrica en el hogar o la oficina.

Además, los dispositivos de audio se pueden conectar entre sí u a otros

ordenadores a través de la red PLC. Otras aplicaciones recreativas como

juegos en red, se pueden reproducir entre diferentes estaciones de la red,

utilizando la conexión PLC.

Figura 17. Red LAN, que incluye el intercambio de archivos , impresora e Internet con base de PLC. Fuente : Al Mawali (2011)

67

PLC puede integrarse con otras tecnologías LAN de diferentes maneras.

Puede desempeñar el papel de una columna vertebral de las ampliamente

utilizadas redes Wi-Fi, como se muestra en la Figura 18. A pesar de que las

redes Wi-Fi proporcionan movilidad y flexibilidad a los usuarios dentro de un

edificio, la cobertura total de los edificios de gran tamaño no puede ser

garantizada sin necesidad de utilizar múltiples routers inalámbricos

interconectados a través de una red troncal cableada. El cableado eléctrico

puede ser ese vínculo entre la columna vertebral de routers Wi-Fi con

dispositivos PLC.

Figura 18. Red Wi-Fi con aplicación a PLC. Fuente: Al Mawali (2011)

(B) VOZ, VIDEO Y MULTIMEDIA

68

Las altas tasas de datos ofrecidas por el PLC pueden soportar

aplicaciones como voz, vídeo y multimedia. Por ejemplo, la telefonía a través

de PLC es una de las primeras aplicaciones que utilizan el PLC y se puso a

prueba por primera vez en 1928. La transmisión de voz telefónica requiere

una velocidad de bits que puede ser tan baja como 5.6Kbps, y que pueden

ser fácilmente soportadas por PLC. Sin embargo, la tasa de datos no es la

única preocupación para el transporte de las conversaciones telefónicas

sobre el PLC.

Para una aplicación confiable con la interacción humana, el tiempo

máximo permitido entre la transmisión de la información y la recepción de la

misma información es 300 ms. Esto significa que la punta redonda de bits en

una conversación telefónica sobre el PLC no debe tomar más de 300 ms.

Además, la sincronización en el receptor es otro problema para las

comunicaciones de voz a través del PLC. La información transmitida tiene

que llegar al receptor en tiempos de sincronización precisa.

La voz puede ser transmitida a través de PLC como paquetes IP utilizando

la tecnología VoIP (voz sobre IP). Usando esta técnologia, el discurso se

divide en paquetes IP, que viajan a lo largo del PLC y otras redes. El acceso

a la red a menudo se administran mediante el protocolo de CSMA / CA.

PLC también puede soportar mayores velocidades de datos adecuados

para aplicaciones de video tales como streaming de video, vigilancia por

video, televisión por cable y servicio de videoconferencia. Si la aplicación

69

requiere un único flujo de información direccional, como en el caso de

transmisión de vídeo, la restricción de tiempo de retardo puede ser relajada.

El tiempo de espera para el momento en que la fuente comienza a enviar la

información y el momento en el vídeo se reproduce en el extremo receptor

puede llegar a ser de varios segundos. Este tiempo permite que el receptor

tenga suficientes paquetes en la memoria antes de ver el video, por lo tanto,

se evita interrupciones durante el tiempo de reproducción de vídeo.

Otra aplicación uni-direccional es la vigilancia de vídeo utilizando las

líneas eléctricas. El uso de PLC para esta aplicación ofrece una gran

flexibilidad en relación con la ubicación de la cámara, ya que la toma de

corriente tiene que estar en estrecha proximidad a la toma de poder de la

cámara. Otra ventaja obtenida por el PLC en este contexto es que no hay

necesidad de cables adicionales como en otras tecnologías alámbricas que

se utilizan a menudo en la vigilancia de vídeo.

El vídeo a menudo se codifica utilizando los estándares MPEG.

Dependiendo de la técnica de compresión empleada y la relación, la calidad

de las imágenes, el vídeo puede variar. En general, cuanto menor sea la

compresión, mayor será la calidad de la imagen.

Otro parámetro importante que afecta a la calidad de las imágenes es la

velocidad de datos alcanzable que puede ser utilizada para transmitir

imágenes de vídeo. PLC se basa en normas recientes como HomePlug AV e

IEEE 1901, no debe existir dificultades en términos de los requisitos de

velocidad de datos para la transmisión de vídeo con una calidad de

70

televisión, siempre y cuando la red PLC no se use en exceso. HDDTV

(televisión de alta definición digital) también puede ser apoyada por estas

normas de control. Sin embargo, debido a la alta tasa de bits requerida para

HDDTV (5-10Mbps), el número de usuarios en una red es muy limitado.

Anteriores normas del PLC, como HomePlug 1.0 tiene una capacidad

limitada a los tipos de datos y no puede apoyar HDDTV.

La videoconferencia es otra función que puede emplear el uso de sistemas

PLC. Con el fin de tener una calidad tan buena como la televisión, se

requieren altas velocidades de datos de varios megabits por segundo. Para

cine de calidad de videoconferencia, la tasa de datos requerida puede ser tan

alta como 50 Mbps. Al igual que en el caso de la telefonía a través de PLC, la

videoconferencia incluye la interactividad humana, que impone la restricción

de tiempo de retraso (300 ms para ida y vuelta).

La sincronización es otro motivo de preocupación para la videoconferencia

y tiene que ser controlado con eficacia. La tecnología PLC también es

compatible con la transmisión de archivos multimedia que incorporan voz,

video y otros tipos de datos. Las aplicaciones multimedia suelen necesitar

altas tasas de bits, dependiendo de los tipos de datos incluidos. Altas tasas

de datos se puede realizar utilizando dispositivos PLC basadas en las

normas recientes. Sin embargo, cuando se transmite archivos multimedia, es

necesario sincronizar las aplicaciones simultáneas que comprenden un

proceso multimedia.

71

(C) ACCESO A INTERNET

La tecnología PLC puede usar las redes eléctricas de baja tensión que

proporciona una red de acceso a Internet y otros servicios de IP a los clientes

en el área de la última milla. Esto se consigue mediante la inyección de la

señal PLC en la red eléctrica de BT usando un dispositivo PLC (maestro). La

Figura 18 ilustra este escenario. En el extremo del abonado, otro dispositivo

PLC (esclavo) recupera la señal de Internet y lo distribuye en la red en la

construcción eléctrica, donde los diferentes dispositivos de comunicación

pueden utilizar los tomacorrientes para obtener acceso a la red.

La comunicación está controlada por el dispositivo maestro del PLC que

se encuentra cerca del transformador MT / BT. Este equipo PLC maestro

actúa como una estación base para los dispositivos de los suscriptores del

PLC. La comunicación entre la estación base y la red de área extensa (WAN)

se puede lograr por métodos de comunicación convencionales, tales como

fibras ópticas, enlaces de radio y así sucesivamente, o por el uso de redes

eléctricas de MT.

72

Figura 19. PLC proporciona acceso a internet para los suscriptores en la

red de baja tensión. Fuente: Al Mawali (2011)

2.4.2 HOMEPLUG Según Al Mawali (2011, p. 66) plantea que con el surgimiento de

tecnologías de alta velocidad del PLC en todo el año 2000, un grupo de

empresas deciden formar la alianza HomePlug, con el objetivo de establecer

las especificaciones técnicas para la tecnología de redes en el hogar para las

líneas de alimentación y promover su disponibilidad y su adopción en todo el

mundo. La alianza HomePlug fue fundada en marzo de 2000 y consta

actualmente de más de 65 empresas miembros. La junta directiva de la

alianza incluye a representantes de Cisco, Comcast, GE Energy, Gigle, Intel,

Intellon, Motorola, NEC, Sharp y Texas Instruments.

La primera especificación desarrollada por la alianza HomePlug fue

HomePlug 1.0 que fue destinada a proporcionar comunicaciones de banda

73

ancha entre dispositivos en la red doméstica. El estándar HomePlug 1.0 fue

lanzada a la industria en junio de 2001, y proporcionó una velocidad en capa

física de hasta 14 Mbps y utiliza un control de acceso al medio (MAC) que se

basa en Carrier Sense Multiple Access con Collision Avoidance (CSMA / CA).

La especificación HomePlug 1.0 fue entonces ligeramente modificada y

actualizada para crear el HomePlug 1.0.1.

En 2005, la HomePlug AV (HPAV) estándar fue lanzada a la industria con

el objetivo de proveer alta calidad, multi-stream en red utilizando la línea de

alta tensión redes existentes en el hogar. HPAV PHY proporciona

velocidades de datos de alrededor de 200 Mbps para datos, audio y video

que permite la creación de redes de entretenimiento orientado a aplicaciones

como televisión de alta definición (HDTV) y Voz sobre Protocolo de Internet

(VoIP). La alianza HomePlug también está trabajando en el desarrollo de la

no-LAN, incluyendo las especificaciones HomePlug BPL y el Comando de

HomePlug y de control.

2.4.2.1 HOMEPLUG 1.0

Esta norma utiliza la multiplexación por división ortogonal de frecuencia

(OFDM), con 84 subportadoras igualmente espaciadas para proporcionar

14Mbps en capa física de velocidad de datos. HomePlug 1.0 utiliza la banda

de frecuencia 4.5MHz a 21 Mhz. Para eliminar la interferencia entre símbolos

causada por propagaciones multitrayecto, la norma emplea técnicas de

74

modulación diferencial (DBPSK, y DQPSK) para cancelar la necesidad de

ecualización en el receptor.

HomePlug 1.0 aborda las variaciones del canal y la decoloración selectiva

mediante la utilización de un enfoque de tono de la asignación de

adaptación, en el que subportadoras con muy baja SNR se puede apagar.

Eventos impulsivos de ruido son combatidos mediante el uso de FEC,

además de entrelazado de datos. Una modulación robusta (ROBO) utiliza

fuertes códigos de corrección de errores, así como la diversidad de tiempo

que lleva a siembra, velocidad de datos se define en HomePlug 1.0. El modo

de ROBO se utiliza para la transmisión de mensajes de gestión importantes.

El esquema CSMA/CA con cuatro niveles de prioridad se utiliza para la capa

MAC en HomePlug 1.0.

En este esquema de acceso, los nodos son necesarios para detectar el

medio antes de transmitir los datos. Si el medio está ocupado entonces la

transmisión se retrasa hasta que el medio se vuelve inactivo. En esta etapa,

el nodo puede comenzar la transmisión después de una duración elegidos al

azar para evitar colisiones con los paquetes procedentes de otros nodos de

espera. Además, HomePlug 1.0 utiliza un tamaño de ventana de adaptación

técnica de gestión.

La seguridad y encriptación de la información es fundamental y necesaria

en la especificación de HomePlug 1.0 y esta se consigue mediante el cifrado

de datos basado en el estándar de cifrado de 56 bits de datos (DES de 56

bits).

75

En el nivel de aplicación, la tasa global de datos teórico alcanzado por

HomePlug 1.0 es de alrededor de 8 Mbps, mientras que las mediciones

prácticas en las redes habituales de origen de la línea de energía mostraron

tasas de datos reales de 4 de 7 Mbps.El estándar HomePlug 1.0 se ha

actualizado hacia una nueva generación para generar HomePlug 1.0.1 que

fue utilizado como base para HomePlug Turbo que fue lanzado por Intellon

que ofrece velocidades de hasta 80Mbps. El aumento en las tasas de datos

en HomePlug Turbo, en comparación con 14Mpbs en la especificación

original de HomePlug 1.0, se logró mediante el uso de esquemas de

modulación de orden superior.

2.4.2.2 HOMEPLUG AV Tras el éxito de su primera especificación, en el año 2005 HomePlug

Alliance lanzó una especificación de la tecnología mucho más avanzada,

HomePlug AV (audio/vídeo). HPAV representa la segunda generación de la

tecnología PLC puestos a disposición por la Alianza HomePlug que utiliza

avanzadas tecnologías de PHY y MAC para lograr su objetivo de crear redes

domésticas que utilizan las líneas de corriente alterna con PHY velocidades

de datos de hasta 200Mbps adecuados para los servicios de banda ancha de

alta calidad, incluyendo alta velocidad de datos, audio, video y otras

aplicaciones multimedia.

HPAV aspira a ser la tecnología de red preferida para aplicaciones de

datos de entretenimiento multi-stream, tales como HDTV, SDTV y VoIP.

76

HPAV utiliza la banda de frecuencias de 2-28MHz, que es bastante más

ancha que la banda de frecuencia utilizada por HomePlug 1.0.

La capa física proporciona una velocidad de 150 Mbps de información de

la tarifa total del canal de 200Mbps. Esta tasa de velocidad de 200Mbps se

logra mediante el uso de ventana OFDM con 917 subportadoras en

conjunción con adaptativa de bits de carga. Los diferentes tipos de

constelación van desde 1 bit (usando BPSK modulación) a 10 bits (utilizando

1024-modulación QAM) se pueden asignar a cada subportadora

individualmente dependiendo de las condiciones del subcanal de

desvanecimiento. Esto, mejora notablemente el rendimiento de REC en

general desde las subportadoras fuertemente descoloridas que de otra

manera dominan el BER se apagan.

Por otra parte, las portadoras que tienen un alto valor SNR puede ser

asignado a transportar hasta 10 bits por símbolo QAM que resulten en

mejoras significativas en la tasa de datos del sistema. La capa PHY también

emplea un prefijo cíclico flexible para tener en cuenta la variación en el

retardo de propagación Cannel y eliminar cualquier ISI. Para mitigar el efecto

del ruido impulsivo, HPAV FEC emplea el uso de potentes codificaciones con

turbo convolucional con tasas de códigos diferentes.

En la capa MAC, HPAV tiene una gran eficiencia usando el tiempo se dio

cuenta de acceso múltiple por división (TDMA) y los esquemas basados en

CSMA sincronizadas con el ciclo de la línea de CA. TDMA ofrece garantías

77

de calidad de servicio (QoS) en forma de alta confiabilidad y reserva de

ancho de banda garantizado.

En cuanto a la gestión de la red, HPAV incorpora la gestión avanzada de

red capaz de proporcionar las configuraciones plug-and-play, así como las

configuraciones del proveedor de servicios. La seguridad del tráfico de datos

en las redes PLC basados en la especificación HPAV está garantizado con

128-bit Advanced Encryption Standard (AES). HPAV es compatible con la

versión anterior de HomePlug 1.0 y tiene modos opcionales y obligatorios

que permiten la coexistencia con otros tipos de red. Un resumen de la

arquitectura del sistema HPAV se obtiene ilustrado en el diagrama de la

Figura 20.

Figura 20. Arquitectura de la especificación HomePlug AV. Fuente : Al Mawali (2011)

2.4.2.3 HOMEPLUG CON ACCESO A BPL

78

Con las líneas de alimentación de CA como un enlace de comunicación de

banda ancha para el hogar o la oficina que normalmente se conoce como

banda ancha por líneas eléctricas (BPL). Además de los estándares de redes

en el hogar, HomePlug Alliance formó un grupo de trabajo para hacer frente

a la parte de acceso BPL del PLC HomePlug BPL system. Este grupo de

trabajo se formó en 2004 con el propósito de desarrollar los requisitos del

mercado para la especificación HomePlug BPL.

Un documento de requerimientos del mercado se finalizó en junio de 2005.

Más tarde, en marzo de 2007, el grupo de trabajo completó el primer

borrador del estándar HomePlug BPL access. El proyecto de norma se

integró en el estándar de IEEE para redes de banda ancha sobre línea

eléctrica a través del grupo de trabajo IEEE 1901.

La Alianza también lanzó el HomePlug HomePlug verde PHY de serie con

el objetivo de convertirse en el principal estándar para la ejecución de las

aplicaciones Smart Grid que trabajan para optimizar el uso de energía.

2.5 BROADBAND POWERLINE (BPL) Según Hrasnica, Haidine y lehnert (2004, p.31) esto se refiere a la

utilización de las redes eléctricas para propósitos de comunicación. En este

caso, las mallas de distribución eléctrica son adicionalmente utilizadas como

79

medio de transmisión para la transferencia de varios servicios de

comunicación. La idea principal detrás de BPL es la reducción de costos en

la realización de nuevas redes de telecomunicaciones.

2.5.1 CARACTERÍSTICAS DE REDES BPL A continuación se describe las características de las redes BPL utilizando

redes de bajo voltaje como medio de transmisión. Estas redes son

caracterizadas por su propia topología de rasgos específicos si el proveedor

de energía se utiliza como medio de transmisión para comunicaciones.

Por otro lado, una red de acceso BPL actúa como una antena,

produciendo emisión electromagnética, el cual crea distorsión en otros

servicios de comunicaciones que estén operando en el mismo rango de

frecuencia (hasta 30MHz). Como consecuencia, los sistemas BPL tienen que

operar con una señal de poder limitada que los hace sensible a distorsiones.

Las redes BPL son sensibles a distorsiones provenientes del ambiente y

de la propia red de bajo voltaje.Las siguientes características son

consideradas:

• Topología de la red.

• Canal de transmisión.

• Compatibilidad electromagnética.

• Ruido ocasionado por la propia red.

80

2.5.2 TOPOLOGÍA DE REDES BPL

La topología de una red de acceso BPL esta dada por la misma topología

del proveedor del servicio de baja tensión utilizado como medio de

transmisión. Sin embargo, una red de acceso BPL puede ser organizada de

diferentes maneras (por ejemplo, posición diferente de la estación base,

segmentación de la red y así), el cual pueden influenciar la operación de la

red.Las redes de baja tensión son realizadas utilizando varias tecnologías

(diferentes tipos de cables, unidades transformadoras y así), y son instaladas

de acuerdo a los estándares existentes, el cual difiere de un país a otro.

También se encuentran diferentes tipos de cableados en baja tensión.

Entonces, hay redes realizadas con líneas de sobre-cabeza o líneas de

puesta a tierra, el cual tienen diferentes características de transmisión,

además de soluciones de cableado combinado sobre-cabeza/tierra.La

topología de las redes de baja tensión también difieren de lugar a lugar y

depende de varios factores, tales como:

2.5.2.1 UBICACIÓN DE LA RED Una red BPL puede ser localizada en áreas residenciales, industriales y de

negocios. Además hay diferencia entre área rural y área urbana. Las áreas

industriales o de negocios son caracterizados por un alto número de clientes

81

quienes con usuarios potenciales para el servicio BPL. También es esperado

que los suscriptores del área de negocios tengan diferentes requerimientos

que los del área industrial y especialmente diferentes que los suscriptores del

área residencial. Diferente similares pueden ser encontradas entre áreas

rurales y urbanas.

2.5.2.2 DENSIDAD DE SUSCRIPTORES El número de usuarios/suscriptores en una red de baja tensión además de

la concentración de usuarios, varía de red a red. Los suscriptores pueden ser

mayormente localizados en casas (baja densidad de suscriptores), el cual es

típico para la aplicación de áreas rurales, dentro de pequeños bloques

incluyendo algunos clientes individuales (por ejemplo, áreas residenciales),

en edificios con un gran numero de cubículos u oficinas o de apartamentos o

torres empresariales (muy alta densidad de suscriptores).

2.5.2.3 LONGITUD DE LA RED La mayor distancia entre un transformador y un cliente dentro de una red

de baja tensión también difiere de un lugar a otro. Usualmente, hay una

diferencia significativa entre la distancia para la aplicación de una área rural a

un área urbana.

82

2.5.2.4 DISEÑO DE LA RED

Las redes de baja tensión usualmente consisten en secciones de varias

redes. El cual difiere de red a red.

2.5.3 CANAL DE COMUNICACIONES Según Hrasnica, Haidine y Lehnert (2004, p.35) como en todo canal de

comunicación, el medio por BPL introduce atenuación y desplazamiento de

fase de la señal. El medio de la línea eléctrica es un canal de transmisión

inestable debido a la variación de impedancia causada por la variedad de

artefactos que pueden ser conectados a esta línea. Como estas han sido

diseñadas para transmitir energía y no datos, hay desfavorables

características en el canal con ruido considerable y alta atenuación. La

impedancia es principalmente influenciada por la impedancia características

del cable, la topología de la parte considerada de la red y naturalmente la

carga eléctrica conectada.

La propagación de la señal sobre la línea eléctrica introduce atenuación, el

cual se incrementa con la longitud de la línea y la frecuencia. Esta

atenuación es una función de características de impedancia de la línea ZL y

la constante de propagación ? ’. Estos dos parámetros pueden ser definidos

por la resistencia primaria R’ por unidad de longitud, la conductancia G’ por

83

unidad de longitud, la inductancia L’ por unidad de longitud y la capacitancia

C’ por unidad de longitud, el cual son generalmente frecuencias

dependientes, como se formula en las ecuaciones 1 y 2.

(1)

y

(2)

(3)

Considerando la posibilidad de una línea de transmisión corresponde que

su equivalente solo respecto a la propagación de la onda desde el origen al

destino, la función de transferencia de una línea con longitud L puede ser

formulada como sigue:

(4) En investigaciones y mediciones de las propiedades de energía de los

cables, estas han sido concluidas como R’(f) en la banda de frecuencia

considerada para BPL (1-30MHz). Además, de la dependencia de L’ y C’ en

la frecuencia es descuidada de modo que la impedancia características ZL y

84

la constante de propagación (?) puede ser determinada utilizando la

aproximación:

(5)

(6) Re(?) Im(?)

Para obtener la parte real Re{} de la constante de propagación como una

función directa de la frecuencia f, se sustituye R’(f) por la formula dada en la

ecuación (7), donde (? ) y K representan la constante de permeabilidad y

conductividad; respectivamente y r es el radio del cable.

(7) Las medidas muestran que G’(f) – f y esto también es sustituido en la

parte real, como se expresa en la ecuación (8).

(8) Resumiendo los parámetros del cable (ZL,r, etc ) dentro de constantes k1,

k2, k3, la parte real e imaginaria de la constante de propagación puede ser

expresada por;

85

(9)

(10) Los resultados obtenidos de diversas mediciones logradas de la

propagación perdida fueron comparadas con el valor obtenido de la ecuación

(9), y una aproximación fue hecha con el fin de obtener una ecuación que

representa el comportamiento real de la perdida de la propagación en el

dominio de la frecuencia, el cual fue presentada. La aproximación formulada

de esta perdida fue dada en la ecuación (11) donde a0 , a1 y k son

constantes.

(11) Si la perdida de propagación calculada arriba representa la perdida del

medio por unidad de longitud l, por una adecuada selección de los

parámetros de atenuación a0, a1 y k, la atenuación de la línea de corriente,

representando la amplitud de la función de transferencia del canal, puede ser

definida por la ecuación (12).

(12)

2.5.4 COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNÉTICA (CEM)

86

La tecnología BPL utiliza la malla de energía para la transmisión de

señales de información. Desde un punto de vista de electromagnética, la

inserción de señales eléctricas BPL en el cable de energía resulta en la

radiación de un campo magnético en el ambiente, donde el cable de energía

comienza a actuar como una antena. Este campo es visto como una

perturbación para el ambiente y por esta razón su nivel no debe exceder

cierto límite a fin de crear lo que se llama compatibilidad electromagnética

(EMC, por sus siglas en ingles).

Se tiene entonces que la compatibilidad electromagnética es la capacidad

que tiene un dispositivo o sistema para operar satisfactoriamente en su

entorno electromagnético sin causar perturbación electromagnética

intolerable en la forma de interferencia a cualquier otro sistema o dispositivo

en ese ambiente incluyendo al mismo.

EMC, significa vivir en armonía con otros y esto es visto en dos

aspectos;Operar satisfactoriamente, significa que el equipo es tolerante de

otros el equipo no es susceptible a señales electromagnéticas que otros

equipos colocan dentro del entorno.

Sin causar perturbación electromagnética intolerable, significa que el

equipo no molesta a otros equipos. La emisión de señales electromagnéticas

del equipo no causa problemas de interferencia electromagnética en otros

equipos que estén presentes.

87

El ruido electromagnético puede ser propagado por conducción o por

radiación, y por lo tanto la emisión puede tener consecuencias en ambos

sistemas, tanto internos y/o externos, conteniendo la fuente de la

perturbación.

2.5.5 CARACTERIZACIÓN DE LAS PERTURBACIONES Dado que los cables de alimentación se diseñaron solo para la transmisión

de la energía, no se ha mostrado interés en las propiedades de este medio

en la gama de alta frecuencia. Además una amplia variedad de aparatos, con

diferentes propiedades, son conectados a la red de energía.

Por lo tanto, antes de utilizar este medio para la transmisión de

información, una investigación intensiva del fenómeno presente en su

entorno ha de ser logrado. Además de la distorsión de la señal de

información.

2.5.6 ESTRUCTURA DE LAS REDES DE ACCESO BPL Las redes de suministro de baja tensión consisten de una unidad de

transformación (transformador de voltaje) y una serie de cables de

alimentación enlazados a los usuarios finales, que están conectados a la red

a través de las unidades de transformación.

Un sistema de transmisión eléctrica aplicada a una red de baja tensión es

utilizada como un medio para la realización de las redes de acceso BPL. De

88

esta manera, la red de baja tensión se pueden utilizar para la realización de

la denominada “last mile” redes de comunicaciones.El suministro de baja

tensión esta conectado a las redes de mediana y alta tensión a través de un

transformador. Las redes de acceso BPL están conectados a la columna

vertebral de redes de comunicaciones (WAN) a través de una base / estación

maestra (BS) muy a menudo se encuentra en el transformador.

3. SISTEMA DE VARIABLES En estainvestigación la variable de estudio se define a continuación desde

tres puntos de vista como lo son nominal, conceptual y operacional.

3.1 DEFINICIÓN NOMINAL

Red de acceso.

3.2 DEFINICIÓN CONCEPTUAL

“El tramo que conecta al usuario final con la información (proveedor de

servicios), y que a su vez se define como: la encargada de conectar el

equipo de abonado con la red de conmutación de banda ancha”. Huidobro

(2003 p.162).

3.3 DEFINICIÓN OPERACIONAL

89

El tramo que esta conformado por un conjunto de equipos que darán

acceso al servicio de DVB a través de componentes que permitirán la

transmisión de dicho servicio y que llegará al usuario final (cliente). Para este

servicio se utilizará como plataforma de transmisión o medio la red MT (120

V) en una red residencial.