ES2247047T3 - Red bidireccional para distribuir señales de catv a locales por medio de fibras opticas. - Google Patents
Red bidireccional para distribuir señales de catv a locales por medio de fibras opticas.Info
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Abstract
Red bidireccional de CATV para distribuir señales ópticas multicanal de CATV de banda ancha desde un repetidor optoelectrónico dual de banda ancha hasta el local de un abonado por medio de fibra óptica, y para distribuir las señales por la trayectoria de retorno desde el local del abonado hasta la cabecera de red por medio de fibra óptica, que comprende un circuito electrónico impreso multicapa sobre el cual se montan los sistemas de recepción y de transmisión, y un sistema de conexión para facilitar la configuración del sistema.
Description
Red bidireccional para distribuir señales de CATV
a locales por medio de fibras ópticas.
La presente invención se refiere de forma general
a las redes de telecomunicaciones para la distribución por cable de
señales de televisión. Más particularmente, la presente invención se
refiere a una red bidireccional de fibra óptica para distribuir
señales de televisión a los domicilios de los abonados sin utilizar
cable coaxial, que facilita la transmisión de señales de CATV y la
trayectoria de retorno de banda ancha y reduce al mínimo las
distorsiones, mejorando de ese modo la calidad de la imagen de
televisión y el ancho de banda accesible por cada abonado.
La presente invención es particularmente adecuada
para los sistemas de distribución de CATV, en los que se generan o
transmiten señales AM (con modulación de amplitud) y de tipo
DOCSIS.
En la actualidad, la configuración de una red de
señales de televisión consta de una parte de fibra óptica y una
parte de cable coaxial que llega hasta el cliente. La liberalización
en el campo de las telecomunicaciones experimentada en los últimos
años ha permitido a los propietarios de estas redes ofrecer nuevos
servicios, además de proveer programas de radio y de televisión de
la forma convencional. Esto ha sido posible gracias a la transmisión
de datos por medio de módems adecuados con señales de modulación de
radiofrecuencia. En la práctica, la separación de la banda de
trabajo de un cable coaxial en dos partes proporciona una
trayectoria de salida, en la cual están presentes los canales de
radio y televisión, junto con el canal de transmisión de datos y una
trayectoria de retorno, con un ancho de banda menor, para la
transmisión de datos.
Esto ha permitido conservar a corto plazo los
cables coaxiales existentes en la parte final. En estos momentos,
prácticamente todas las redes de señales de televisión utilizan un
sistema de transmisión de datos por medio de cables coaxiales para
la parte final, mientras que cada vez está más ampliamente extendido
el uso de cables de fibra óptica para la primera parte en sistemas
tales como el propuesto en la patente US nº 5.262.883, "CATV
distribution networks using light wave transmission lines".
El uso de lo que en realidad es un sistema
híbrido de transmisión de datos por fibra
óptica-cable coaxial ha puesto de manifiesto ciertas
condiciones críticas y problemas de carácter técnico en el sistema
de distribución. Las condiciones críticas tienen que ver,
fundamentalmente, con el ruido acumulado en la trayectoria de
retorno, las alteraciones provocadas por insuficiente blindaje del
cable coaxial y la limitación del ancho de banda útil. Estos
problemas se incrementan con el incremento del número de usuarios
conectados vía módem.
La presente invención que ahora se da a conocer
propone la sustitución de los cables coaxiales existentes por un
cierto número de fibras ópticas, que presentan la ventaja de
proporcionar una alta capacidad de transmisión de datos, incluso en
las presentes condiciones, sin ningún problema particular y de una
forma bastante simple. La presente invención permite también la
transmisión de señales analógicas y digitales de televisión y
asegura la compatibilidad con el sistema de transmisión de datos
basado en módem de radiofrecuencia. Para distribuir una señal óptica
al usuario, es necesario disponer de un sistema de amplificación que
compensa la pérdida por bifurcación. Todas las soluciones existentes
proponen la utilización de los costosos amplificadores ópticos de
baja distorsión, como es el caso, por ejemplo, del artículo "SUPER
PON-A Fiber to the Home Cable Network for CATV and
POTS/ISDN/VOD as Economical as a Coaxial Cable Network" de la
publicación Journal of Lightwave Technology, vol.15, nº 2, febrero
de 1997, o de la patente US nº 5.914.799 titulado "Optical
Network". Otras soluciones comprenden la utilización de la fibra
hasta el edificio del abonado, pero no proporcionan ninguna
trayectoria de retorno. Puede obtenerse un ejemplo de estas
soluciones, que suelen ser de tipo árbol, en la patente US nº
5.331.449, titulado "Optical fiber tree and branch network for AM
signal distribution". El documento
US-A-6 041 056 (Sistanizadeh Kamran
et al.) describe una red que presenta ciertas características
destinadas a resolver el mismo tipo de problemas resueltos por esta
solicitud EMC, pero, como puede deducirse a partir de la siguiente
descripción, esta solicitud da a conocer la utilización de varios
sistemas interconectados diferentes que permiten alcanzar las
ventajas deseadas. La solución propuesta por la presente invención
permite la transmisión por medios ópticos de la señal de televisión
hasta el edificio del abonado, y permite disponer de una trayectoria
de retorno compuesta enteramente por fibra óptica para transmitir
los datos desde el edificio del abonado, de una forma que resulta
económica y que mantiene la flexibilidad con el tipo de red
existente.
Más particularmente, la presente invención adopta
la forma de un equipo para uso externo, que presenta una primera
entrada de fibra óptica para la introducción de señales ópticas AM
de televisión de banda ancha desde el último nodo óptico, un grupo N
de salidas de fibra óptica para la transmisión de las señales
ópticas cuyo número depende del número de abonados que se van a
conectar, un grupo M de entradas de fibra óptica que conectan una
interfaz óptica presente en el edificio de cada abonado individual
con el equipo en cuestión, una salida de fibra óptica a la cual se
envía la señal óptica que contiene los datos desde los edificios de
los abonados individuales y una salida de conector coaxial para
mantener la compatibilidad del sistema con las señales eléctricas
convencionales. Dicha salida de conector coaxial se utiliza si la
primera parte de la red de CATV es de tipo coaxial. En la presente
descripción y en las reivindicaciones, dicho equipo para uso externo
se denomina "repetidor optoelectrónico dual de banda ancha".
Los términos "cabecera de red" o "módulo de cabecera de red
de CATV" o "estación" se utilizarán para denominar el lugar
y los dispositivos que transmiten ópticamente la señal AM de
televisión de banda ancha en la red de fibra óptica, y en los que se
lleva a cabo la recepción y la demodulación de la suma de las
señales ópticas que llegan desde los abonados individuales. Además,
el término "trayectoria de salida" indica los componentes de la
red que transmiten la señal de CATV de banda ancha desde la estación
(cabecera de red) hasta los edificios de cada usuario, y el término
"trayectoria de retorno" indica los componentes de la red que
transmiten las señales que contienen datos desde los edificios de
los abonados individuales hasta la estación (cabecera de red). Dicha
primera entrada de fibra óptica se termina con un receptor
optoelectrónico que puede convertir las señales ópticas AM de CATV
de banda ancha en señales eléctricas. Las señales eléctricas
generadas de esta forma se amplifican. Dichas señales eléctricas
amplificadas son divididas, a continuación, por un divisor de RF y
enviadas a N fuentes de láser. Dichas N fuentes de láser son
suministradas de forma independiente por medio de un circuito de
control de potencia óptica de salida. Una CPU conectada a dicho
circuito de control de potencia óptica de salida permite activar y
desactivar a distancia dichas N fuentes de láser, permitiendo de ese
modo la desconexión y la conexión remota simple de cada abonado.
Dichas N fuentes de láser implementan la conversión de la señal
eléctrica recibida en una señal óptica y el envío de ésta, por medio
de N salidas de fibra óptica, directamente a cada abonado. Dicho
equipo para uso externo presenta otras M entradas de fibra óptica
que transmiten la señal de trayectoria de retorno desde los abonados
individuales, que es convertida en una señal eléctrica por un
conjunto de M receptores optoelectrónicos. Dichos M receptores
optoelectrónicos también son activados y desactivados de forma
independiente y remota por dicha CPU. Un combinador de RF suma las M
señales eléctricas generadas por dichos M receptores M
optoelectrónicos y envía la suma resultante a un amplificador. Dicho
amplificador está conectado a un conmutador que puede pasar dicha
suma a un filtro separador o a un transmisor láser para la
trayectoria de retorno. Dicho transmisor láser para la trayectoria
de retorno convierte dicha suma en una señal óptica y la transmite
por medio de una fibra óptica a la estación. Dicho filtro separador
está conectado a dicha salida mediante un conector coaxial. El
repetidor optoelectrónico dual de banda ancha en cuestión permite
utilizar toda la banda de señales proporcionada por una fibra óptica
y, por consiguiente, presenta la ventaja de permitir la asignación
de frecuencias de las señales portadoras en los rangos de frecuencia
en los que los fenómenos no lineales tienen menor efecto, mejorando
de ese modo la no linealidad del sistema tanto en la trayectoria de
salida como en la trayectoria de retorno. Por otra parte, gracias al
gran ancho de banda de la fibra óptica, es posible mantener la
igualdad en el nivel de los canales en toda la banda, sin necesidad
de utilizar sistemas de ecualización adicionales, proporcionando de
ese modo una calidad uniforme de la imagen de televisión en todos
los canales. Otra ventaja de la presente invención es que, además de
proporcionar a los abonados individuales el acceso a la totalidad
del ancho de banda disponible de la fibra óptica para la
transferencia de datos, permite utilizar una topología de red de
tipo punto a punto en la que los abonados individuales disponen de
un canal de fibra óptica dedicado, sin ramas entre la toma instalada
en sus edificios y el transmisor o receptor óptico final del
repetidor optoelectrónico dual de banda ancha. Esta topología es
adecuada para la utilización de numerosos protocolos en el nivel de
transporte y es flexible y sólida en términos de seguridad. La
topología de punto a punto permite también la desconexión remota
simple de cada abonado según los requisitos del controlador de la
red. Por último, debe hacerse mención especial a la ausencia de
componentes ópticos pasivos costosos, tales como aisladores, filtros
y amplificadores; la compatibilidad con las redes de cable coaxial y
la inmunidad intrínseca de la fibra óptica frente a las alteraciones
electromagnéticas.
A continuación, se ilustrarán otras ventajas,
características y variantes de la presente invención, haciendo
referencia a las formas de realización representadas a título de
ejemplo y sin carácter limitativo en los dibujos adjuntos, en los
que:
- la Figura 1 representa un diagrama de bloques
de una red de CATV con un enlace de fibra óptica con el abonado,
según la presente invención;
- la Figura 2 representa un diagrama de bloques
de una red de CATV con un enlace de fibra óptica con el abonado
según la presente invención, en una segunda forma de
realización;
- la Figura 3 representa un diagrama de bloques
de una red de CATV con un enlace de fibra óptica con el abonado
según la presente invención, en una tercera forma de
realización;
- la Figura 4 representa un diagrama de bloques
de una parte de la red de CATV con un enlace de fibra óptica con el
abonado, denominado en la Figura 1 "repetidor optoelectrónico dual
de banda ancha", que representa una forma de realización de la
presente invención en una primera forma de construcción;
- la Figura 5 representa un diagrama de bloques
de una parte de la red de CATV con un enlace de fibra óptica con el
abonado, denominado en la Figura 1 "repetidor optoelectrónico dual
de banda ancha", que representa una forma de realización de la
presente invención en una segunda forma de construcción y
- la Figura 6 representa un diagrama de bloques
de una parte de la red de CATV con un enlace de fibra óptica con el
abonado, denominado en la Figura 1 "repetidor optoelectrónico dual
de banda ancha", que representa una forma de realización de la
presente invención en una tercera forma de construcción.
Haciendo referencia a la Figura 1, se representa
una red de CATV de fibra óptica con un enlace de fibra óptica con el
abonado. Todos los canales de CATV de banda ancha con modulación de
amplitud se envían por medio de fibra óptica desde la estación o la
"cabecera de red" indicada mediante la referencia 2000. En la
forma de realización de la presente invención, se efectúa una prueba
de transmisión con los canales de vídeo y radio en una banda
comprendida entre los 47 MHz y los 860 MHz. La señal formada por
estos canales combinados se aplica a un transmisor óptico, que envía
dicha señal a lo largo de la fibra óptica 100. El equipo según la
presente invención 1000 regenera las señales ópticas que están
presentes en su entrada y que han sido transmitidas por la fibra 100
desde la cabecera de red, y las envía por medio de un conjunto de
transmisores ópticos a lo largo de N fibras 200 hasta los edificios
de los abonados individuales, que están provistos de las tomas de
los abonados 3000, mediante las cuales se establece la comunicación
con los aparatos de televisión y los sistemas de transmisión y
recepción de datos. El número N de fibras 200 depende del número de
abonados que se van a conectar y de la topología de la red final. El
número N es igual al número de abonados que se van a conectar según
la forma de realización de la Figura 1, que proporciona unos medios
simples para inhabilitar el servicio para cada abonado y una
topología de punto a punto en la trayectoria de salida. Asimismo,
existe un conductor coaxial RF 8 para conectar el repetidor 1000 a
una red de cable coaxial. Las señales se transmiten desde la toma
del abonado 3000 a lo largo de la trayectoria de retorno de fibra
óptica. Estas señales llegan al repetidor 1000 que las suma y las
envía, a través de medios ópticos también, a lo largo de la fibra
óptica 101 hasta la cabecera de red 2000. La Figura 2 representa una
variante de dicha topología de punto a punto que utiliza acopladores
300 ópticos 1xK, siendo K un número genérico que determina que el
número de fibras 200 sea menor que el número de abonados. Este tipo
de disposición con los acopladores es menos cara, puesto que reduce
el número de transmisores ópticos del repetidor optoelectrónico y
las fibras, pero no permite al controlador desconectar a distancia
los abonados individuales. En la Figura 3, se representa otra
variante en la que se utilizan acopladores ópticos 301, de tal forma
que es posible utilizar la misma fibra 400 para la trayectoria de
salida, pudiéndose hacer lo mismo, aunque no necesariamente, para la
fibra 100, en la que puede insertarse un acoplador 302 y la parte de
fibra 600 puede utilizarse para transmitir la señal en ambas
direcciones. Esta solución proporciona un ahorro en fibras ópticas,
puesto que sólo se utiliza una fibra (compartida por la trayectoria
de salida y la trayectoria de retorno), pero lleva consigo el gasto
adicional de los acopladores ópticos 301 y 302.
La Figura 4 representa un diagrama de bloques de
los elementos que componen el equipo para uso externo 1000,
denominado "repetidor optoelectrónico dual de banda ancha", en
una primera forma de construcción, que permite la utilización de los
tipos de red de CATV con enlaces de fibra óptica con el abonado
representados en la Figura 1, la Figura 2 y la Figura 3.
Un grupo de 42 portadoras CENELEC con una banda
de 47 MHz a 860 MHz modula, con una OMI del 5%, un transmisor óptico
de CATV fabricado por la empresa EMC, con una potencia de salida de
13 dBm, generándose entonces una señal óptica que se propaga a lo
largo de la fibra óptica 100 hasta la entrada del repetidor 1000.
Dicha señal óptica es convertida en una señal eléctrica por un
receptor analógico de banda ancha y alta linealidad 10, que
comprende un fotodiodo y un preamplificador analógico. En esta
primera conversión, se obtiene un CTB de 65 dB, un CSO de 62 dB y
una relación SEÑAL/RUIDO de 51. El receptor analógico 10 forma parte
de un transceptor analógico 20 que forma la interfaz
óptico-eléctrica entre el repetidor optoelectrónico
y la red óptica que se origina en la cabecera de red. Dichas señales
convertidas en señales eléctricas pasan del receptor 10 a la entrada
del atenuador variable 11, a un corrector de cable 12, a un
amplificador de banda ancha 13 y, finalmente, a un circuito de
control de ganancia (AGC) 17 que consta de un atenuador variable 14,
un segundo amplificador 15 y un detector de RF 16. Al abandonar el
circuito de control de ganancia 17, las señales ópticas convertidas
en señales eléctricas son divididas por un divisor de RF 19, por un
factor de 8 en la forma de realización en cuestión, y son enviadas a
8 transmisores de telecomunicaciones láser de tipo VCSEL 30. Cada
uno de dichos transmisores de telecomunicaciones láser 30 es
activado por un controlador de corriente sujeto a control de
retroalimentación por medio de su fotodiodo interno que mantiene
constante la potencia óptica de salida. Los controladores láser
están conectados a la salida de un microprocesador (CPU) 6000 con 8
salidas, que es programado por medio del ordenador 5000 para
mantener activados la totalidad de los 8 láseres de
telecomunicaciones VCSEL 30. Dichos transmisores de
telecomunicaciones láser convierten la señal eléctrica en una señal
óptica y la envían por medio de 8 fibras de salida 200 a 8 tomas de
abonado 3000, en cada una de las cuales existe un fotodiodo que
reconvierte la señal óptica en una señal eléctrica. En esta segunda
conversión, se obtienen un CTB de 58 dB, un CSO de 57 dB y una
relación SEÑAL/RUIDO de 46 dB.
El equipo 1000 de la Figura 4 comprende un
conjunto de 8 fotodiodos de banda ancha 21 que convierten la señal
óptica presente en la toma de abonado 3000 en una señal eléctrica,
mediante la fibra óptica 201 que se extiende desde la toma del
abonado 3000. Se envía una señal modulada a la frecuencia de 100 MHz
desde la toma de abonado 3000 a uno de los 8 fotodiodos 21, mientras
que, de forma simultánea, se envía potencia óptica a todos los
fotodiodos desde otras 7 tomas 3000. Los 8 fotodiodos 21 convierten
las señales ópticas de las 8 tomas 3000 en señales eléctricas.
La suma de la salida eléctrica de los fotodiodos
21 es calculada por un combinador de RF 22 y enviada a un atenuador
variable 23 y a un amplificador 24. La banda de los 8 fotodiodos 21
en paralelo es de 125 MHz y su relación SEÑAL/RUIDO es de 46 dB.
La salida del amplificador 24 es enviada al
conmutador 31 que permite pasar la salida del amplificador 24 al
filtro separador 25, que presenta una salida RF para el conector
coaxial 8 de tipo 3,5/12, o al transmisor óptico de banda ancha y
alta linealidad 20 provisto de un aislador de salida. La operación
de conmutación puede utilizarse para seleccionar la configuración
del repetidor 1000 entre una configuración de red de CATV, en la que
la primera parte se compone de cable coaxial, y una configuración de
red de CATV más moderna, en la que la primera parte se compone de
fibra óptica. Dicho transmisor óptico 20 convierte la señal
eléctrica del amplificador 24 en una señal óptica y la transmite a
lo largo de la trayectoria de retorno de fibra óptica 101 que,
finalmente, la envía de nuevo hacia la cabecera de red.
La Figura 5 representa una variante de la forma
de realización representada en la Figura 4, en la que se instalan
acopladores ópticos 301 en la trayectoria de retorno.
La Figura 6 representa otra variante, en la que 4
fibras terminan en un fotodiodo de banda ancha 41. En este caso, se
ha comprobado que se obtiene una banda equivalente a 4 fotodiodos en
paralelo, con el consiguiente ahorro en componentes, mientras que el
nivel S/N se mantiene igual siempre que el fotodiodo no se
sature.
Claims (9)
1. Red bidireccional de CATV para distribuir
señales ópticas multicanal de CATV de banda ancha desde un repetidor
optoelectrónico dual de banda ancha hasta el local de un abonado por
medio de fibra óptica, y para distribuir las señales por la
trayectoria de retorno desde el local del abonado hasta la cabecera
de red por medio de fibra óptica, que comprende un circuito
electrónico impreso multicapa sobre el cual se montan los sistemas
de recepción y de transmisión, y un sistema de conexión para
facilitar la configuración del sistema, caracterizada porque
comprende además:
- -
- un sistema (20) situado en dicho repetidor optoelectrónico dual de banda ancha para convertir dichas señales ópticas multicanal de CATV de banda ancha en señales eléctricas con modulación de amplitud;
- -
- un sistema (11, 12, 13, 17) situado en dicho repetidor optoelectrónico dual de banda ancha para amplificar dichas señales eléctricas con modulación de amplitud y derivarlas hacia una pluralidad de líneas;
- -
- un sistema (19, 30) situado en dicho repetidor optoelectrónico dual de banda ancha para convertir dichas señales eléctricas con modulación de amplitud derivadas hacia una pluralidad de líneas en señales ópticas con modulación de amplitud, y para transmitir dichas señales ópticas con modulación de amplitud a lo largo de una pluralidad de cables de fibra óptica de salida (200) hasta una toma de abonado situada en el domicilio de cada uno de dichos abonados;
- -
- un sistema (21) situado en dicho repetidor optoelectrónico dual de banda ancha para convertir en señales eléctricas las señales ópticas que llegan desde las tomas de los abonados situadas en los domicilios de dichos abonados, y que se transmiten a lo largo de una pluralidad de cables de fibra óptica de entrada;
- -
- un sistema (22, 23, 24) situado en dicho repetidor optoelectrónico dual de banda ancha para sumar y amplificar dichas señales eléctricas y generar una señal eléctrica de suma amplificada;
- -
- un sistema (20) situado en dicho repetidor optoelectrónico dual de banda ancha para convertir dicha señal eléctrica de suma amplificada en una señal óptica de suma, y para transmitir dicha señal óptica de suma hasta la cabecera de red a lo largo de fibras ópticas (101);
- -
- un sistema (25) situado en dicho repetidor optoelectrónico dual de banda ancha para convertir dicha señal eléctrica de suma amplificada en una salida eléctrica con un conector de cable coaxial;
- -
- un sistema (5000, 6000) situado en dicho repetidor optoelectrónico dual de banda ancha para activar y desactivar a distancia la señal óptica presente en dicha pluralidad de cables de fibra óptica de salida; y
- -
- un sistema situado en dicho repetidor optoelectrónico dual de banda ancha para desconectar y conectar a distancia la señal óptica presente en dicha pluralidad de cables de fibra óptica de entrada desde dicho repetidor optoelectrónico dual de banda ancha y viceversa.
2. Red de CATV según la reivindicación 1,
caracterizada por una o más fibras monomodo que conectan
dicho repetidor optoelectrónico dual de banda ancha con dicha toma
de abonado.
3. Red de CATV según la reivindicación 1,
caracterizada por una o más fibras multimodo que conectan
dicho repetidor optoelectrónico dual de banda ancha con dicha toma
de abonado.
4. Red de CATV según las reivindicaciones 1, 2 ó
3, caracterizada por láseres de tipo VCSEL destinados a
convertir dichas señales eléctricas con modulación de amplitud
derivadas hacia una pluralidad de líneas en dichas señales ópticas
con modulación de amplitud que se transmiten a lo largo de dicha
pluralidad de cables de fibra óptica de salida.
5. Red de CATV según las reivindicaciones 1, 2 ó
3, caracterizada por láseres de tipo Fabry Perot destinados a
convertir dichas señales eléctricas con modulación de amplitud
derivadas hacia una pluralidad de líneas en dichas señales ópticas
con modulación de amplitud que se transmiten a lo largo de dicha
pluralidad de cables de fibra óptica de salida.
6. Red de CATV según las reivindicaciones 1, 2 ó
3, caracterizada por láseres de tipo DFB (de
retroalimentación distribuida) destinados a convertir dichas señales
eléctricas con modulación de amplitud derivadas hacia una pluralidad
de líneas en dichas señales ópticas con modulación de amplitud que
se transmiten a lo largo de dicha pluralidad de cables de fibra
óptica de salida.
7. Red de CATV según la reivindicación 1,
caracterizada por un circuito de control de microprocesador
programable destinado a activar y desactivar dichas señales ópticas
con modulación de amplitud que se transmiten a lo largo de dicha
pluralidad de cables de fibra óptica de salida.
8. Red de CATV según la reivindicación 1,
caracterizada por un circuito de control de microprocesador
programable destinado a desconectar y conectar a distancia la señal
óptica presente en dicha pluralidad de líneas de fibra óptica de
entrada.
9. Red de CATV según la reivindicación 1,
caracterizada porque dicha señal de suma se genera alineando
una pluralidad de fibras en un solo fotodiodo.
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