Fundamentos de la comprobación de cables en campo HOME

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1 Fundamentos de la comprobación de cables en campo HOME

2 Indice Introducción... 4 Cómo determinar si la transmisión es fiable... 4 Normas y certificación... 5 Modelos de enlace... 6 Ancho de banda y velocidad de transferencia de datos Propiedades eléctricas del cableado LAN Conectividad extremo a extremo Impedancia característica Pérdida de retorno Longitud del cable Retardo de propagación y diferencia de retardo Atenuación Diafonía (NEXT) Relación de atenuación a diafonía (ACR) Equilibrio entre señales Interferencia electromagnética Parámetros del enlace que se comprueban según TSB Precisión de los comprobadores de campo Niveles de precisión Importancia de la precisión La precisión depende del hardware del comprobador Las conexiones terminales y los dos modelos de enlace Verifique la precisión de su comprobador Fundamentos de la comprobación de cables en campo 1

3 Introducción Fundamentos de la comprobación de cables en campo 3

4 Introducción El principal objetivo de este cuaderno técnico es facilitar la comprensión de las características eléctricas relacionadas con la calidad de transmisión de los enlaces por cable de las redes locales (LAN) y en la medida de esas características en campo. La expresión en campo implica el requisito de verificar que un enlace instalado (compuesto de cable, conectores, terminaciones e interconexiones) satisface el nivel de calidad convenido. También repasaremos el nivel de calidad especificado o prescrito por diversas normas industriales. La calidad de una instalación de cableado viene determinada por lo siguiente: 1. El nivel de calidad y rendimiento de los componentes de hardware utilizados en la instalación (cable, material de conexión) 2. La mano de obra de la instalación (tensión de los cables durante la tracción, destrenzado de los mismos en las terminaciones, radios de curvatura del cable instalado, etc.) 3. La inmunidad de la instalación a la interferencia electromagnética y otras fuentes de ruido eléctrico Es importante señalar que la comprobación no genera calidad; solo sirve para confirmar que el elemento creado o construido cumple los objetivos deseados en cuanto a sus características y funcionalidad. Además, los resultados o conclusiones extraídos de las pruebas solo son válidos si se aplica la metodología de comprobación adecuada y se utiliza el equipo de verificación apropiado para la tarea. La presente exposición tiene por objeto aclarar estos puntos. Cómo determinar si la transmisión es fiable La fiabilidad de la transmisión en la comunicación de datos o digital viene determinada en última instancia por la tasa de errores de bit (BER), un valor estadístico de la transmisión digital que indica cuántos bits pueden transmitirse antes de que se detecte (es decir, se transmita) un bit erróneo. Normalmente, se espera que la calidad de transmisión de las redes de área local sea mejor que 1 error de bit por cada mil millones de bits transmitidos. Esta tasa de errores se expresa como BER igual a Las especificaciones de las redes para el Modo de Transferencia Asíncrona (ATM), por ejemplo, definen como objetivo una tasa máxima de 1 error de bit por diez mil millones, o lo que es igual, un valor BER de Los comprobadores de BER no son muy prácticos para verificar instalaciones de cableado LAN. En poco tiempo pueden alcanzar un coste prohibitivo dado que hay muchos estándares LAN diferentes y cada uno utiliza una forma distinta de codificar la información digital a transmitir por el cableado o recurso de la LAN. Para certificar que una instalación de cableado alcanza el nivel de rendimiento exigido, un comprobador BER tendría que soportar las técnicas de codificación de señal de todas las redes de interés. La incapacidad para alcanzar el límite de comprobación de la BER obligaría a utilizar un costoso equipo adicional para aislar los posibles defectos del cableado o la instalación a fin de corregir el problema. 4 Fundamentos de la comprobación de cables en campo

5 Organizaciones de normalización tales como la Telecommunications Industry Association (TIA) en Estados Unidos, han creado estándares de cableado estructurado con objeto de definir un sistema de cableado genérico capaz de soportar numerosas aplicaciones de red y sistemas de distintos proveedores. También se han desarrollado normas internacionales con metas y objetivos muy similares. Tales normas prescriben el rendimiento de las características y parámetros eléctricos fundamentales que determinan la calidad de transmisión de un enlace por cable, como ancho de banda, atenuación, diafonía y relación señal ruido. Asimismo especifican qué parámetros se han de medir y los correspondientes criterios pasafalla para cada uno de esos parámetros. Los distintos tipos de cable presentan características diferentes, y puesto que los cables de pares trenzados son los preferidos para la distribución horizontal, nos centraremos en los parámetros y características fundamentales de ese tipo de sistemas de cableado. Normas y certificación Para certificar una instalación de cableado se requiere una norma aceptada con carácter general que defina el nivel mínimo de rendimiento admisible, el método de medición y las prestaciones que deben ofrecer las herramientas de medida. La publicación de normas para sistemas de cableado de par trenzado sin pantalla (Unshielded Twisted Pair, UTP) beneficia por igual a usuarios finales e instaladores. En Estados Unidos, la TIA encargó a un grupo de trabajo denominado Link Performance Task Group (Grupo de trabajo sobre rendimiento de enlaces), subcomité del Comité de normas TIA TR41.8 para sistemas de distribución en edificios comerciales y residenciales, el desarrollo de un boletín de sistemas de telecomunicaciones como compendio para la norma TIA-568-A. Dicho boletín, titulado Transmission Performance Specifications for Field Testing of Unshielded Twisted-Pair Cabling Systems (Especificaciones de calidad de transmisión para la comprobación en campo de sistemas de cableado de par trenzado sin pantalla) y designado con la referencia TSB-67, fue aprobado y publicado en octubre de Define las especificaciones de calidad de transmisión que ha de cumplir un sistema de cableado UTP instalado. En paralelo con este desarrollo llevado a cabo en Estados Unidos, las organizaciones de normalización internacionales también han desarrollado y adoptado normas que prescriben la calidad de transmisión de los sistemas de cableado instalados y los métodos que han de utilizarse para medir y verificar la conformidad con esas normas. Por ejemplo, la International Electrotechnical Commission (IEC) ha ratificado la norma ISO Fundamentos de la comprobación de cables en campo 5

6 Además de explicar las principales características eléctricas de transmisión, este cuaderno se centrará en varias cuestiones relativas a la llamada certificación de instalaciones de cableado y a las normas aplicables correspondientes. El documento TIA TSB-67 contempla expresamente los siguientes aspectos: 1. La definición de dos modelos o configuraciones de enlace 2. Los parámetros de transmisión del enlace que se han de medir 3. Los límites de comprobación pasa-falla para cada uno de estos parámetros por cada configuración y categoría de enlace (Categorías 3, 4 y 5) 4. Los requisitos mínimos de generación de informes sobre las comprobaciones 5. Los requisitos de rendimiento que deben cumplir los comprobadores de campo y cómo han de medirse estos requisitos 6. Métodos para comparar los resultados de los comprobadores de campo con los montajes de laboratorio. A partir de esta comparación puede obtenerse una precisión de medida observada en la práctica Obsérvese asimismo que las precisiones determinadas en 5 y 6 han de estar en mutua armonía. TSB-67 complementa las normas TIA- 568-A y contiene especificaciones para la verificación de enlaces de cableado UTP instalados, constituidos por componentes (cables y hardware de conexión) que cumplen los requisitos de rendimiento especificados en la norma TIA-568-A. En teoría, TSB-67 solo es aplicable a los sistemas UTP de 4 pares de 100 Ω, si bien estos requisitos pueden aplicarse también a los enlaces de par trenzado con pantalla (de lámina metálica) de 100 Ω (FTP o ScTP), solo que la TSB-67 no contempla las pruebas relativas a la integridad o eficacia del apantallamiento. Modelos de enlace Tres niveles de rendimiento La norma TIA-568-A define tres categorías de rendimiento para los cables UTP y el hardware de conexión. Los cables y componentes de la Categoría 5 son los que proporcionan los máximos niveles de rendimiento en la banda de frecuencia más Categoría Rango de frecuencia Ejemplos de aplicaciones LAN * 3 1 a 16 MHz IEEE 802.3, 10BASE-T (Ethernet a 10 Mbps CSMA/CD) IEEE 802.3, 100BASE-T4 (Ethernet a 100 Mbps CSMA/CD) IEEE 802.5, 4 Mbps Token Ring IEEE , 100VG-AnyLAN, Prioridad de demanda ATM o ATM o ATM a 20 MHz IEEE 802.5, Token Ring a 16 Mbps 5 1 a 100 MHz IEEE 802.3, 100-BASE-TX Ethernet, CSMA/CD ANSI X3T9 TP-PMD (CDDI) ATM-155 *Las aplicaciones no se mencionan en TSB-67 Tabla 1. Categorías de enlaces según TIA-568-A. 6 Fundamentos de la comprobación de cables en campo

7 amplia (1 a 100 MHz) mientras que los de la Categoría 4 están especificados para una banda de 1 a 20 MHz y los de la Categoría 3 para una banda de 1 a 16 MHz. También los enlaces se especifican como de Categoría 3, 4, o 5. Un enlace de Categoría 3 ha de estar construido con componentes (cables y hardware de conexión) clasificados como de Categoría 3 o mejores. Análogamente, los enlaces clasificados en la Categoría 4 han de estar construidos con componentes de Categoría 4 o mejores y los enlaces de Categoría 5 con hardware de Categoría 5. La tabla 1 ofrece una visión general de las tres categorías de enlaces definidas en TIA- 568-A, junto con algunas aplicaciones típicas de cada uno de estos sistemas de cableado. Configuraciones de los enlaces Además de lo anterior, TSB-67 define dos modelos o configuraciones de enlaces: el Canal y el Enlace básico. Los límites de comprobación pasa-falla se definen por separado para cada una de estas configuraciones. La figura 1 representa el canal. Este es el enlace extremo a extremo por el que se comunican los datos en la red. Conecta la tarjeta de interface (o adaptadora) de una estación de la red - como un ordenador personal, impresora o estación de trabajo- al concentrador de cableado (concentrador Ethernet). Dado que a muchos instaladores se les pide que certifiquen su trabajo antes de que los ordenadores, el equipo de la red y los cables del mismo estén colocados en su lugar, se definió un segundo modelo con sus propios criterios pasa-falla para cada Telecomunicaciones Armario Zona de trabajo Comprobador de campo Interconexión horizontal Toma de telecomunicaciones A B C D E Comprobador de campo Cableado horizontal Comienzo del canal Fin del canal Definición de canal A Cable de conexión de equipo del usuario B 1 o 2 conexiones con cable de equipo de 2 m como máximo C Cableado horizontal Máx. A + B + E = 10 metros D Cable de transición desde toma de pared hasta conexión interior del mueble o bajo moqueta E Cable de conexión de equipo del usuario Figura 1. Definición de Canal Definición de Enlace básico Segmentos de cable A, C y E únicamente Longitudes máximas Máx. C + D = 90 metros Fundamentos de la comprobación de cables en campo 7

8 Armario de telecomunicaciones Zona de tabajo Comprobador de campo Interconexión horizontal Toma de telecomunicaciones Cableado horizontal A C E Comprobador (Remoto Comienzo del enlace básico Final del Enlace básico Definición de enlace básico A,E Cables del comprobador C Cableado horizontal Longitudes máximas Máx. C = 90 metros Máx. A + E = 4 metros Figura 2. Configuración del Enlace básico parámetro eléctrico de transmisión. Dicho modelo, denominado Enlace básico, comprende el cableado fijo y las terminaciones de los que normalmente se responsabiliza al contratista instalador del cableado. El Enlace básico abarca desde una toma de telecomunicaciones de pared en un área de trabajo u oficina hasta la primera terminación de un armario de cableado en el otro extremo. La configuración del Enlace básico se representa en la figura 2. La característica distintiva más importante es que el modelo de Canal define dos transiciones (conexiones) en cada extremo y prevé la conexión de cables de prueba y de equipos, de varias almas (multifilamento), mientras que el Enlace básico define una sola transición en cada extremo del enlace, conectada por un tendido ininterrumpido de cable horizontal de alma maciza. El Enlace básico se definió únicamente con fines de comprobación e incluye dos cables de prueba de 2 metros para la conexión del comprobador de campo al Enlace básico en pruebas. El Enlace básico es un subgrupo del modelo Canal. Los límites de comprobación del Enlace básico y del Canal son distintos a causa del número de transiciones o conexiones. Además, en el modelo Canal se prevé un margen especial para la atenuación producida por los cables de conexión de los equipos y los cables de prueba (representados como segmentos A, B y E en la figura 1). Los requisitos de calidad y los límites de comprobación para cada uno de estos dos modelos de enlace están definidos en el documento TSB-67. Aunque se permiten otras configuraciones del enlace, en teoría los límites de rendimiento de tales configuraciones habrían de calcularse utilizando las fórmulas y ecuaciones generales establecidas en TSB-67. Es muy importante entender bien las diferencias entre las configuraciones del Canal y del Enlace básico, ya que existen importantes diferencias en el modo de comprobar estos enlaces y en los requisitos que han de cumplir los equipos de verificación en función de tales diferencias. 8 Fundamentos de la comprobación de cables en campo

9 Conector unido al cable de equipo Cable de equipo local Conector unido al cable de equipo Conector del equipo en el extremo local Comienzo del enlace Primer conector del enlace Conector unido al cable de equipo Conector unido al cable de equipo Cable remoto de conexión de equipo Final del enlace Ultimo conector del enlace Conector del equipo en el extremo remoto Figura 3. Definición del comienzo y el final de un enlace Los conectores terminales no están incluidos en la definición del enlace Una definición que se aplica uniformemente a las configuraciones de todos los enlaces según las normas TIA- 568-A y TSB-67, y la norma internacional, es ésta: el conector del cable de pruebas que se acopla al equipo de la red se considera parte de éste y no del enlace. Ver figura 3. La razón de esta definición es que la calidad de transmisión de la conexión, formada por un conector macho y uno hembra, se especifica actualmente para ambos elementos acoplados. Puesto que el conector del equipo y su calidad de transmisión están claramente definidos por el diseño y construcción del equipo, se considera que el conector correspondiente del extremo del cable del equipo también forma parte de éste, aunque está conectado al cable permanentemente. Esta definición plantea retos interesantes a la comprobación en campo. Los parámetros de transmisión del enlace han de verificarse a través del conector del instrumento de comprobación en campo y del conector correspondiente del cable de pruebas, pero es preciso excluir de algún modo de las mediciones los efectos de los conectores del instrumento y del cable ya que, sin esta exclusión, se introduce un error adicional en las medidas. La influencia de este requisito en la precisión y, especialmente, en la de las medidas de diafonía, se tratará más adelante. Fundamentos de la comprobación de cables en campo 9

10 Ancho de banda y velocidad de transferencia de datos La promulgación de normas sobre conexiones en red más rápidas y de mayor capacidad, ha suscitado la necesidad de entender que la velocidad de transferencia de datos expresada en Mbps y el ancho de banda necesario para soportar una elevada velocidad de transferencia, son magnitudes diferentes aunque relacionadas entre sí. Muchos usuarios confunden los términos Mbps y MHz. El primero de ellos (Mbps) es una medida de la velocidad con que pueden transmitirse datos binarios. Esta velocidad se expresa en millones de bits por segundo, abreviado Mb/s o Mbps. El segundo (MHz) expresa la frecuencia de una señal sinusoidal pura. Un ancho de banda de 100 MHz indica que un sistema de cableado - en general, un medio de transmisión - puede transmitir señales sinusoidales de hasta 100 MHz de frecuencia con un nivel de calidad aceptable. La expresión nivel de calidad aceptable resulta vaga y general, por lo que es preciso definirla con claridad. Para esta complicada tarea solemos recurrir a una norma establecida o a una especificación detallada de cada una de las principales características de transmisión. La relación entre Mbps y MHz del sistema de cableado de una red depende de la codificación de señal utilizada para los datos binarios y de la velocidad de transferencia deseada. La codificación de señal de los sistemas 10BASE-T Ethernet y de la red Token Ring a 16 Mbps impone como mínimo una relación biunívoca entre ancho de banda y velocidad de transferencia, lo que significa que el sistema 10BASE-T Ethernet requiere un sistema de cableado que soporte un ancho de banda de 10 MHz (con la calidad de transmisión especificada en las normas IEEE 802.3i). Análogamente, la red Token Ring a 16 Mbps requiere una instalación de cableado con capacidad para un ancho de banda de 16 MHz (aunque la norma IEEE define un nivel de rendimento deseado de hasta 25 Mhz para los principales parámetros eléctricos). Esta relación biunívoca entre Mbps y MHz no es un requisito general, sino una necesidad impuesta por las técnicas de codificación de Manchester que utilizan las redes Ethernet y Token Ring. Por otro lado, la norma para Ethernet rápida denominada 100BASE-TX especifica un esquema distinto de codificación de la señal (el llamado MLT-3), que permite transmitir 100 millones de bits por segundo con un ancho de banda de 80 MHz según IEEE 802.3u (además, la mayor parte de la energía transmitida tiene una frecuencia inferior a 32 MHz). Cuando mayor es la velocidad de transferencia de datos expresada en Mbps, más corto es el tiempo disponible para transmitir un solo bit y más rápidos los tiempos de subida y de bajada (tiempos de transición) de los impulsos que han de transmitirse a través del enlace por cable. Un método de medida para verificar que dicho enlace es capaz de transmitir impulsos tan cortos con rápidos tiempos de subida y bajada, consiste en medir la calidad de transmisión de una señal sinusoidal de la frecuencia adecuada. Así pues, la mayoría de las normas genéricas de cableado especifican la calidad de transmisión de los enlaces de cableado en función de la banda de frecuencia de señales sinusoidales que puede transmitirse por el enlace con un nivel de calidad especificado.los parámetros que se utilizan para caracterizar este nivel de calidad son atenuación, diafonía, y/o el efecto combinado de estos dos parámetros, denominado relación de atenuación a diafonía (ACR). Estos y otros parámetros se explican en las siguientes secciones. 10 Fundamentos de la comprobación de cables en campo

11 Propiedades eléctricas del cableado LAN Fundamentos de la comprobación de cables en campo 11

12 Propiedades eléctricas del cableado LAN Los parámetros eléctricos que determinan las características de transmisión de los sistemas de cableado de pares trenzados instalados son los siguientes: Conectividad extremo a extremo Impedancia característica Pérdida de retorno Atenuación Diafonía Balance entre señales Retardo de propagación (longitud de cable y diferencia de retardo) Interferencia electromagnética (ruido eléctrico) A continuación definiremos y examinaremos la importancia de cada uno de estos parámetros. Conectividad extremo a extremo La primera condición para una transmisión con éxito a través de un enlace por cable es que éste esté debidamente conectado en cada uno de sus puntos de conexión y de terminación, de manera que proporcione la necesaria continuidad extremo a extremo en cada par del enlace. En los enlaces de pares trenzados es muy importante que se mantenga rigurosamente el emparejado de los cables de un extremo a otro del enlace. Lo que permite que los pares trenzados transmitan señales de alta frecuencia con la debida integridad, fidelidad y ausencia de interferencia electromagnética es el hecho de que los hilos están cuidadosamente trenzados y que la relación de trenzado se mantiene correctamente a lo largo de toda la longitud del enlace. Este cuidadoso trenzado de los pares de hilos aporta la característica más importante de un enlace balanceado. La prueba del mapa de cableado Una prueba denominado mapa de cableado permite verificar que hay continuidad en todos los hilos del enlace en pruebas, de un extremo al otro. Esta prueba detecta y notifica fallos de los hilos o defectos de cableado tales como un circuito abierto (una interrupción o una conexión abierta), un cortocircuito o errores de cableado, como pares cruzados, pares invertidos (inversiones de polaridad o de Cableado correcto Inversión punta/anillo Pares cruzados Figura 4. Ejemplos de cableado correcto e incorrecto 12 Fundamentos de la comprobación de cables en campo

13 Figura 5. Error de cableado: par dividido anillos de punta), y pares divididos. La prueba del mapa de cableado verifica si se cumple la condición de que se ha de mantener el correcto emparejado de los hilos a lo largo del enlace. El problema de los pares divididos suele detectarse realizando las mediciones de diafonía que se describen más adelante. Los instrumentos tipo wire mapper baratos, que no permiten realizar ninguna medición de diafonía, no pueden detectar un fallo de cableado del tipo de un par dividido. La prueba del mapa de cableado va más allá de una simple comprobación de continuidad que asegure que cada patilla del conector de un extremo del enlace está conectada a la patilla correspondiente del otro extremo y no a otro conductor o a la pantalla del cable. La mera continuidad entre patillas de uno a otro extremo del cable Par 2 Par 3 Par 1 Par no es suficiente para la comunicación de datos. Además de esto, la prueba del mapa de cableado debe garantizar que en el enlace se mantiene el correcto emparejado de los conductores. Para que se mantenga el emparejado ininterrumpido a todo lo largo del enlace, cada conductor de un par ha de estar conectado a las patillas correctas de los conectores o de las regletas de interconexión. La norma TIA-568-A define dos configuraciones de cableado para las conexiones modulares de 8 patillas. La norma de cableado preferida es la denominada T568A y representada en la figura 6, mientras que la práctica de cableado alternativa (opcional) se conoce como T568B y puede verse en la figura 7. Una vez hecha la elección, la alternativa escogida deberá utilizarse uniformemente en todo el cableado del local o edificio. Los errores de cableado, tales como pares cruzados, se producen cuando se utilizan ambas normas en un mismo enlace. El error de cableado conocido como par dividido consiste en que las patillas de un conector que se supone se han de conectar a un par trenzado para transmisión se conectan a hilos que no están trenzados formando un par balanceado. Como puede Par 3 Par 2 Par 1 Par W/G G W/O BL W/BL O Posiciones del conector 7 8 W/BR BR W/O O W/G BL W/BL G Posiciones del conector 7 8 W/BR BR Figura 6. Asignación de patillas/pares según T568A Figura 7. Asignación de patillas/pares según T568B Fundamentos de la comprobación de cables en campo 13

14 apreciarse en las figuras 6 y 7, la norma TIA-568 define los pares de hilos como patillas 1 y 2, 3 y 6, 4 y 5, y 7 y 8. La figura 5 muestra un ejemplo de error de par dividido entre el par balanceado que se espera encontrar en las patillas 3 y 6 y el par balanceado esperado en las patillas 4 y 5. Aunque el cableado expuesto en la figura 5 presenta una continuidad correcta entre patillas (la patilla 3 de un extremo está conectada a la patilla 3 del otro extremo del enlace, etc.), originará errores de transmisión de datos porque las señales no viajan por pares balanceado y se degradan debido a una diafonía excesiva. Impedancia característica La impedancia mide la resistencia que se opone a la circulación de la corriente alterna (ac), y los datos de la red son un tipo de ac de alta frecuencia. La impedancia característica de un cable es una propiedad compleja resultante de los efectos combinados de los valores inductivos, capacitivos y resistivos del cable. Estos valores los determinan ciertos parámetros físicos, tales como el tamaño de los conductores, la distancia entre conductores y las propiedades del material del aislamiento del cable. Para la adecuada transmisión de las señales y el correcto funcionamiento de la red se require una impedancia característica constante en todo el enlace por cable (los cables y conectores del sistema) por cada frecuencia. Los cables UTP especificados para LAN han de tener una impedancia característica de 100 Ω ±15% en el margen de frecuencias desde 1 MHz hasta la frecuencia referenciada más alta (medida según el Método 3 de la norma ASTM D 4566). A bajas frecuencias, la impedancia característica de un enlace UTP suele ser alta (hasta 115 Ω a 1 Mhz); a frecuencias altas, la impedancia característica tiende a ser baja (incluso de solo 85 Ω a 100 MHz). Las variaciones bruscas de la impedancia característica (denominadas discontinuidades de impedancia o anomalías de impedancia) provocan reflexiones de la señal. Si la señal que viaja por un enlace encuentra un cambio repentino de impedancia característica, parte de esta señal es reflejada y rebota en la dirección de la que provenía. Esto es comparable a lo que sucede cuando una onda en la superficie de un estanque o de un lago tropieza con un objeto; la onda es reflejada por él. La señal reflejada se superpone a las que van llegando y degrada su fidelidad (más exactamente, origina fluctuación o jitter en las señales). Esta fluctuación y los otros efectos de las reflexiones pueden causar problemas cuando los circuitos del receptor intentan decodificar las señales, y el fallo de un receptor o de la decodificación provoca a su vez fallos en las comunicaciones. Las normas TIA TSB-67 no exigen Figura 8. Visualización de los resultados de la prueba de impedancia. 14 Fundamentos de la comprobación de cables en campo

15 ninguna medición de la impedancia característica del sistema de cableado instalado. Los comprobadores Fluke DSP Series miden la impedancia característica utilizando el método de respuesta transitoria, aproximadamente a 4m del principio del enlace. Esta es una medida de impedancia de entrada que proporciona un valor medio de la impedancia característica de un enlace por cable instalado, con el fin primordial de detectar reflexiones de las señales y anomalías de impedancia. El resultado típico de una prueba de impedancia característica obtenido con un Fluke DSP-100 o DSP-2000 LAN CableMeter proporciona datos numéricos de cada par de hilos y el intervalo permitido por el tipo de cable, como puede verse en la figura 8. El hecho de que las señales se reflejan en un punto en el que la impedancia característica cambia repentinamente, se aprovecha en el método de comprobación denominado Reflectometría en el Dominio del Tiempo, o TDR. La técnica TDR es la que se utiliza con más frecuencia para localizar conexiones abiertas o hilos interrumpidos en un enlace, así como cortocircuitos (conexiones indeseadas) y anomalías de impedancia o disparidades entre cables o defectos de cableado que causan un cambio de impedancia. Por supuesto, las conexiones abiertas y los cortocircuitos implican drásticos cambios de impedancia. Las LAN de alta velocidad son aún más sensibles a los cambios de impedancia característica. Se han de reducir al mínimo los tramos de hilos no trenzados y nunca deben mezclarse tramos de cable con distinta impedancia característica. Esta casi siempre sufre alguna perturbación en las terminaciones. Una red de área local tolera algo de perturbación, pero es vital para el instalador destrenzar un cable UTP lo menos posible, sobre todo al instalar enlaces para LAN de alta velocidad. De hecho, en el caso de los cables de la Categoría 5 sólo se permite que el enlace tenga como máximo 13 milímetros (aproximadamente media pulgada) de hilo no trenzado en cada interconexión (según TIA/EIA-568-A, párrafo , Prácticas de Terminación de Conectores). Por ejemplo, utilizar un conector hembra-hembra para conectar entre sí dos cables con conectores modulares de 8 patillas (RJ-45), vulnera este límite. Los conectores hembra-hembra suelen comportarse de un modo particularmente negativo en cuanto a diafonía NEXT con los pares conectados a las patillas 3,6 y 4,5 y nunca deben usarse en una instalación de Categoría 5. Pérdida de retorno Los efectos de unos valores incorrectos de impedancia característica se miden y representan con más exactitud por medio de la magnitud denominada pérdida de retorno. La pérdida de retorno (RL) es una medida de todas las reflexiones provocadas por disparidades de impedancia en todos los puntos a lo largo del enlace, y se expresa en decibelios (db). El valor de las impedancias en los extremos del enlace ha de ser igual a la impedancia característica del enlace. Con frecuencia, esta impedancia está inserta en el interface del equipo que se ha de conectar a la LAN. Una buena correspondencia entre la impedancia característica y la resistencia de terminación del equipo propicia una correcta transferencia de energía hacia y desde el enlace y reduce al mínimo las reflexiones. La medida de la pérdida de retorno varía considerablemente con la frecuencia.una de las causas de pérdida de retorno son las (pequeñas) variaciones del valor de la Fundamentos de la comprobación de cables en campo 15

16 Valores de RL medidos en db Cursor Límite pasa-falla de la prueba Figura 9. Representación gráfica representation de la medición de RL. impedancia característica que se producen a lo largo del cable. La propiedad denominada Pérdida de Retorno Estructural (SRL) resume la uniformidad constructiva del cable, y debe medirse y controlarse durante el proceso de fabricación de éste. Otra causa son las reflexiones internas del enlace instalado, principalmente las producidas en los conectores. Tal como se mencionó anteriormente, la impedancia característica de los enlaces UTP tiende a variar entre valores altos a bajas frecuencias y valores bajos a altas frecuencias. Las discrepancias ocurren principalmente en los puntos donde hay conectores, aunque también pueden producirse cuando las variaciones de impedancia característica a lo largo del cable son excesivas. La principal consecuencia de la pérdida de retorno no es una pérdida de intensidad de la señal sino la introducción de jitter en ella. Las reflexiones causan, en efecto, una pérdida de intensidad en la señal pero, generalmente, esta pérdida debida a la pérdida de retorno no plantea un problema importante. La figura 9 presenta el resultado típico de una comprobación de pérdida de retorno, obtenido con el Fluke DSP-100 o DSP La curva inferior (líneas rectas) representa el límite de pérdida de retorno según ISO/IEC 11801, y la curva superior el resultado de la medida efectuada para esta prueba. El cursor (línea vertical) está situado inicialmente en la frecuencia en que se ha detectado el margen más desfavorable para la pérdida de retorno. El margen se define como la diferencia entre el valor medido y el límite pasa-falla a esa frecuencia. Cuando la pérdida de retorno es mejor que el límite pasa-falla (resultado satisfactorio) el margen comunicado es positivo, mientras que un margen negativo indica que la RL medida excede del límite (no pasa la prueba). Los comprobadores de la serie DSP también indican el par de hilos y la frecuencia en que se ha medido el margen de pérdida de retorno más 16 Fundamentos de la comprobación de cables en campo

17 desfavorable. Se puede mover el cursor a lo largo del eje de frecuencia en la pantalla utilizando las teclas de flecha derecha/ izquierda del panel frontal del instrumento. La línea de la pantalla debajo de la figura actualiza el valor numérico del margen a la frencuencia en que se ha situado el cursor. La pérdida de retorno no es una de las medidas requeridas por la norma TIA TSB- 67, en cambio otras normas, como las publicadas por la International Standards Organization (ISO), European Norm (EN), y Australian Standards (AUS) exigen la medición en campo de la pérdida de retorno en la forma aquí explicada. Todas estas normas tienen soporte en los comprobadores Fluke DSP Series. Longitud del cable Se debe registrar la longitud de cada enlace en el sistema de administración (norma de referencia TIA/EIA 606). La longitud de un enlace puede estimarse midiendo su longitud eléctrica. Los comprobadores de campo miden la longitud eléctrica basándose en el retardo de propagación de ida y vuelta del enlace, es decir, el tiempo que tarda un impulso eléctrico en llegar al otro extremo del enlace y volver al comprobador. Un enlace que tenga un circuito abierto en el extremo reflejará la señal entrante hacia el instrumento. El comprobador remoto presenta un circuito abierto al par de conductores cuando se mide su longitud. Esta técnica de medida se denomina Reflectometría en el Dominio del Tiempo, o TDR. El método de comprobación TDR es comparable a un impulso de radar. El comprobador mide el tiempo que transcurre desde el instante en que se lanza este impulso hasta que se detecta el reflejado. Para convertir una medida de tiempo en otra de distancia (longitud), es preciso saber a qué velocidad viaja la señal por el enlace. La NVP, acrónimo de Nominal Velocity of Propagation (velocidad nominal de propagación), expresa la velocidad a que viajan las señales eléctricas por el cable en comparación con la velocidad de la luz en el espacio o en el vacío. Midiendo el tiempo que tarda una señal en efectuar un recorrido completo de ida y vuelta por el enlace, y conociendo la NVP del cable, podemos calcular la longitud eléctrica del enlace. Como la señal ha viajado por el cable en ambos sentidos (es decir, ha recorrido el doble de su longitud), la ecuación para hallar la longitud será: Tiempo medido * NVP * velocidad de la luz Longitud = 2 La velocidad de la luz en el espacio (o en el vacío) es de 300,000,000 metros por segundo o 0.3 metros por nanosegundo (un nanosegundo [ns] es la milmillonésima parte de un segundo). La NVP de un cable UTP de Categoría 5 es de aproximadamente el 69%, lo que significa que una señal eléctrica viaja por un cable de Categoría 5 a una velocidad aproximada de 0,2 m/ nanosegundo, u 8 pulgadas/nanosegundo. Medición La medición de una longitud física por medios electrónicos plantea algunos retos, concretamente: La velocidad de propagación de las señales eléctricas varía ligeramente de un lote de cables a otro (aunque sean de la misma marca y modelo). Es perfectamente normal que haya diferencias del 5 al 8%. La forma de un impulso TDR cambia considerablemente mientras viaja hacia Fundamentos de la comprobación de cables en campo 17

18 el extremo del cable y regresa; por lo tanto no siempre es fácil detectar con exactitud el flanco inicial del impulso reflejado y medir el retardo con extrema precisión. Esto puede ser un problema para el comprobador, ya que su precisión de medida de longitudes depende de su capacidad o sensibilidad para detectar con exactitud el flanco inicial del impulso reflejado. La especificación de precisión de la medida del retardo de propagación debiera reflejar la capacidad de un comprobador en este sentido. Todos los pares de un cable de 4 pares tienen índices de torsión diferentes a fin de ofrecer un mejor comportamiento en paradiafonía, lo que hace que cada par tenga un valor de NVP ligeramente distinto. La diferencia de grado de torsión implica también que las longitudes de los hilos de cobre son distintas en cada par. La combinación de estos factores es la causa principal de que al medir las longitudes (eléctricas) de los distintos pares los resultados difieran ligeramente. Es frecuente encontrar diferencias del 2 al 4%. Criterios pasa-falla Las normas de cableado estructurado especifican que la longitud de extremo a extremo del enlace horizontal no deberá exceder de 100 metros o 328 pies. Este enlace de extremo a extremo es el que se define como Canal en el documento TIA TSB-67. Cuando se mide un canal, deben usarse los cables de pruebas y de equipo del usuario en lugar de los cables de medida del comprobador, y los conectores terminales del enlace deben enchufarse directamente en el comprobador de campo. Como se dijo anteriormente, el documento TIA TSB-67 define también un modelo de enlace llamado Enlace básico. La longitud máxima de un Enlace básico es de 90 metros (295 pies), más 4 metros para los cables de medida del equipo de pruebas, lo que hace un total de 94 metros (308 pies). La limitación de longitud establecida para el Enlace básico crea un margen de hasta 10 metros (30 pies y 10 pulgadas) para cables de equipos, interconexión y pruebas en la oficina o zona de trabajo, de manera que la longitud total del canal siga estando dentro del límite requerido de 100 metros. Teniendo en cuenta las limitaciones de precisión de las medidas de longitud eléctrica, y que la longitud no es el parámetro crítico, la TSB-67 establece lo siguiente (párrafo 6.3, página 10): Para tomar la decisión pasa-falla, se indicará y utilizará la longitud física del enlace calculada utilizando el par de menor retardo eléctrico. El criterio pasa-falla se basa en la longitud máxima permitida para el enlace básico o el canal, más el 10% de margen de incertidumbre de NVP. Los límites pasa-falla definidos en TSB- 67 añaden un 10 por ciento extra a las especificaciones de longitud del enlace para tener en cuenta la limitación de exactitud de la medida de la longitud eléctrica antes explicada, la cual está fuera del control del comprobador. Por último, el usuario ha de tener presente que la longitud no es un parámetro de transmisión. La atenuación es el parámetro de transmisión al que más suele afectar la longitud del enlace. Unos cuantos metros de más en este último no provocan el fallo de la transmisión si todos los demás parámetros - principalmente la atenuación - pasan la prueba. 18 Fundamentos de la comprobación de cables en campo

19 Cable de pares trenzados Coaxial Rango 0m a 100m (328 pies) 0m a 100m (328 pies) Resolución 0,1m o1 pie 0,1m or 1 pie Precisión ± (0,3m (1 pie) + 2% de la lectura) ± (0,3m (1 pie) + 2% de la lectura) Rango 100m a 760m (2500 pies) 100m a 1200m (4000 pies) Resolución 0,1m or 1 pie 0,1m or 1 pie Precisión ± (0,3m (1 pie) + 4% de la lectura) ± (0,3m (1 pie) + 4% de la lectura) Tabla 2. De acuerdo con esto, los comprobadores Fluke DSP Series determinan que una medida de longitud de un enlace básico pasa la prueba (especificación TIA) cuando el valor de longitud medido en el par más corto no excede de 338,8 pies (308 más el 10%). Informe de resultados Para que todos los datos del informe estén de acuerdo con TSB-67, el resultado de la comprobación de un parámetro deberá marcarse con un asterisco (*) cuando la diferencia entre el valor medido y el límite establecido para la prueba sea inferior a la precisión del comprobador. Cualquier indicación de Falla o Falla* obtenida como resultado de una medición, determina un diagnóstico general de Fallo para el enlace en pruebas (interpretación del párrafo 6.1 de TSB-67). La precisión del DSP-100 en medidas de longitud se resume en la Table 2. La especificación de precisión para enlaces UTP de menos de 100 metros de longitud, es de ±(1 pie + 2% de la lectura) y define el error para el caso más desfavorable en la medida de longitudes. El valor obtenido normalmente es mucho mejor que éste; los comprobadores Fluke vienen calibrados de fábrica con unos límites nuchos más estrictos para garantizar que la especificación publicada representa realmente el error en el caso más desfavorable. El límite de precisión del Fluke DSP-100 para la medida de longitud de un enlace de 332 pies es de ±(1 pie + 2% de 332), o ±7,64 pies. Esto significa que si la medida de longitud arroja un valor comprendido entre 331,16 pies (= 338,8-7,64) y 338,8 el comprobador dará un diagnóstico de Pasa*. Menos de 331,16 pies constituye un claro Pasa. Estos resultados se resumen en la tabla 3. Retardo de propagación y diferencia de retardo Como se ha explicado anteriormente, para calcular la longitud del enlace por cable el comprobador mide el retardo de propagación. Este, es decir, el tiempo que invierten las señales eléctricas en ir de un extremo del enlace al otro, es la mitad del retardo de propagación de ida vuelta medido al comprobar la longitud. La mayoría de las normas para redes definen Pasa Pasa* Límite Pasa-Falla Falla* Fallo resultado <331,16 pies 331,16<resultado< 338,8 pies >resultado <346,44 pies resultado> pies Tabla 3. Fundamentos de la comprobación de cables en campo 19

20 un retardo de propagación máximo entre terminales de una red de área local. Si la longitud del enlace horizontal está dentro del límite de los 100 m, dicho enlace no sobrepasará el retardo de propagación siempre que se utilice el cableado de datos adecuado (NVP superior al 61%). Una característica a la que cada vez se presta mayor atención es la diferencia entre el retardo de propagación de cada par de conductores, valor que recibe el nombre de diferencia de retardo. En algunos sistemas de redes de alta velocidad se consiguen velocidades de transferencia de datos muy altas transmitiendo los datos de modo concurrente por varios de los pares de conductores de un enlace por cable de cuatro pares, o por todos ellos. El transmisor descompone la corriente de bits y cada porción se envía simultáneamente por un par distinto. Como es lógico, para reconstruir el mensaje original el receptor ha de reensamblar adecuadamente estos trenes de datos. Uno de los requisitos para que esto sea posible es que se mantenga la relación de tiempos de un extremo a otro del enlace. Los bits han de viajar aproximadamente a la misma velocidad para que se reciban en el mismo orden en que se enviaron. Esta propiedad la mide la diferencia de retardo. Recientemente se ha añadido la diferencia de retardo a varias normas de comprobación porque algunos cables de Categoría 5 se construyen revistiendo los conductores de cobre con materiales aislantes diferentes. Esto se denomina construcción heterogénea. La construcción homogénea de los cables exige que todos los pares de hilos se construyan con el mismo tipo de material aislante, ya que éste influye considerablemente en la NVP del cable. Un ejemplo de cable de construcción heterogénea bastante común en el mercado es el llamado cable 2+2. En este tipo de Figura 10. Serie DSP. Resultados de la medida del retardo de propagación. construcción, los hilos de dos de los pares están aislados con Teflon FEP y los de los otros dos con un compuesto de polietileno. Se recurrió a este método de construcción heterogénea para cubrir la demanda de cable de Categoría 5 dada la escasez de Teflon que ha padecido la industria durante algunos años. Los pares de hilos aislados con Teflon FEP presentan el valor de NVP del 69% típico de la Categoría 5 mientras que los otros pares transmiten las señales con algo más de lentitud y tienen un valor de NVP varios puntos inferior (65% o 66%). La medida de la diferencia de retardo ayuda al usuario a asegurarse de que estos enlaces de cable podrán dar soporte a las futuras redes de alta velocidad que utilicen transmisión en paralelo. La figura 10 muestra los resultados de una medida típica de retardo de propagación. La medida de la diferencia de retardo del mismo enlace se representa figura 11. El par de hilos que presenta los valores más bajos de retardo de propagación es el que se utiliza para calcular la longitud del enlace. En el ejemplo de la figura 10, el par que tiene el retardo de propagación más bajo es el conectado a las patillas 1 y 2, con un valor de 481 ns, y es por lo tanto el que 20 Fundamentos de la comprobación de cables en campo

21 Figura 11. Serie DSP. Resultados de la diferencia de retardo proporciona el valor de referencia para los cálculos de retardo de propagación del enlace. Su retardo de propagación se toma como 0. El par de hilos conectado a las patillas 7 y 8 en el ejemplo de la figura 10 dio una lectura de diferencia de propagación de 484 ns, es decir, 3 ns más que el par más corto, por lo tanto, su diferencia de retardo es de 3 ns. Los otros dos pares tienen una diferencia de retardo de 5 y 13 ns. Todos estos valores son inferiores al límite pasa-falla de 50 ns, por lo que el enlace pasa la prueba de la diferencia de retardo. Atenuación Las señales eléctricas transmitidas por un enlace pierden algo de su energía al viajar por él. La atenuación mide la cantidad de energía que ha perdido la señal cuando llega al extremo receptor del enlace por cable. Este fenómeno de pérdida de energía eléctrica es análogo al del rozamiento en el mundo de la mecánica. Por ejemplo, si hacemos rodar una bola de un juego de bolos por una mullida alfombra colocada sobre una gruesa almohadilla, la bola se hunde en la alfombra y la almohadilla y experimenta una gran resistencia a su movimiento de avance. Una buena parte de la energía con que lanzamos la bola se disipa venciendo esa resistencia y la bola rueda una distancia más corta. Si, por el contrario, se lanzase esa bola con la misma fuerza por una pista de madera dura pulida rodaría mucho más lejos y la energía con que se lanzase se mantendría a lo largo de una distancia mucho mayor. Las señales eléctricas están sometidas a un tipo parecido de fricción o resistencia y algunos enlaces por cable transmiten la energía eléctrica a mucha más distancia que otros. La medida de la atenuación cuantifica el efecto de la resistencia que ofrece el cable del enlace a la transmisión de las señales eléctricas. Las características de atenuación de un enlace varían en función de la frecuencia de la señal a transmitir; concretamente, las señales de alta frecuencia experimentan una resistencia mucho mayor. Dicho de otro modo, cuanto mayor es la frecuencia de las señales, mayor atenuación presentan los enlaces. Por consiguiente, la atenuación ha de medirse sobre la gama de frecuencia aplicable. Así, por ejemplo, si se trata de un canal de Categoría 5, habrá que verificar la atenuación para las señales de 1 MHz a 100 Mhz, mientras que para los enlaces de Cat 3 la gama de frecuencia es de 1 a 16 MHz y para los de Cat 4 de 1 a 20 MHz. La atenuación aumenta también de un modo Relación (tensiones de señal) Decibelios 1/1 0 db 1/2-6 db 1/5-14 db 1/10-20 db 1/20-26 db Tabla 4. Valores en decibelios seleccionados Fundamentos de la comprobación de cables en campo 21

22 bastante lineal con la longitud del enlace. En otras palabras, si el enlace A es el doble de largo que el enlace B - y todas las demás características son iguales - la atenuación del enlace A será el doble de alta que la del enlace B. La atenuación se expresa en decibelios, o db. El decibelio es una expresión logarítmica del cociente entre la potencia de salida (potencia de la señal recibida en el extremo del enlace) y la potencia de entrada (potencia lanzada al cable por el transmisor). En la comprobación de cables, la expresión de la potencia es también igual a la expresión del cuadrado del nivel de tensión de las señales (tensión de salida/ tensión de entrada). La tabla 4 demuestra que la escala de decibelios no es lineal. Si la potencia recibida en el extremo del enlace se reduce a la mitad de aquélla con que fue lanzada la señal, la atenuación se expresará en términos técnicos como -6 db. Dado que la atenuación es siempre un valor negativo, en el uso común del término se omite el signo menos. Así, en este ejemplo en el que la mitad de la energía se ha disipado en el enlace, en lenguaje corriente diríamos que la pérdida por atenuación en el enlace es de 6 db. Análogamente, en un caso en el que solo se recibiera en el extremo lejano una vigésima parte (es decir, el 5 por ciento) de la energía lanzada al enlace, la pérdida por atenuación sería de 26 db. Naturalmente, se prefiere que la atenuación sea lo menor posible, ya que ello significa que se ha perdido poca energía en la transmisión por el enlace y que la señal que llega al extremo lejano contiene suficiente energía para ser convenientemente decodificada por los circuitos electrónicos del receptor. También significa, por lo tanto, que en las lecturas son mejores los valores de atenuación pequeños (expresados en db) que los grandes. La figura 12 muestra la curva de medidas de atenuación de los cuatro pares de un enlace UTP sobre la gama de frecuencias de 1 MHz a 100 Mhz, así como la curva de valores pasa-falla de la Atenuación de Enlace básico de Categoría 5 de 90m, todos los pares Atenuación en db Límite 1,2 3,6 4,5 7, Frecuencia en MHz Figura 12. Gráfico de la medida de atenuación 22 Fundamentos de la comprobación de cables en campo

23 Categoría 5 superpuestos a esta misma gama de frecuencias. Como los valores medidos son inferiores al límite pasa-falla establecido para la frecuencia correspondiente, el cableado del enlace pasa la prueba de atenuación. Medición Para comprobar el cableado sobre el terreno hacen falta dos equipos, un comprobador de cables principal con mandos y una pantalla o display, y una unidad remota conectada al extremo opuesto del enlace en pruebas. Estas unidades cooperan entre sí para medir los múltiples parámetros de transmisión. Al efectuar una medida de atenuación, la unidad remota lanza la señal de verificación, que viaja a lo largo del enlace en pruebas y se mide cuando la recibe la unidad principal. Esta necesita conocer el nivel de la señal de referencia con el que ha de compararse la señal recibida, por eso, cada uno de los dos componentes del sistema de comprobacion tiene que calibrarse con respecto al otro. Normalmente, para esta calibración de atenuación ambas unidades se conectan entre sí utilizando un cable de enlace muy corto. La calibración consiste en medir la intensidad de la señal recibida desde la unidad remota a través de este enlace tan corto que, prácticamente, no introduce ningna pérdida por atenuación. Esta medida de calibración establece la relación 1/1, o sea, el nivel de 0 db. Normas de comprobación TSB-67 define las fórmulas necesarias para calcular la atenuación admisible de un enlace instalado, definida para el Canal y para el Enlace Básico. Además, el documento TSB-67 publica una tabla de valores admisibles para el Enlace Básico y el Canal, que define los valores de atenuación admisibles a 20 ºC. La atenuación aumenta con la temperatura, normalmente a razón de 1,5% por grado centígrado en los cables de Categoría 3 y de 0,4% por grado centígrado en los cables de las Categorías 4 y 5. Asimismo, la atenuación del enlace aumenta el 2 o el 3 por ciento si el cableado se instala bajo tubo metálico, pero TSB-67 no incluye ninguna tolerancia especial por este efecto. El enlace en pruebas ha de cumplir los límites exigidos se instale o no bajo tubo metálico. Un instrumento de pruebas en campo ha de poder detectar la atenuación, en el caso más desfavorable, de cada par de hilos de un enlace instalado y emitir un diagnóstico de Pasa o Falla comparando el caso más desfavorable con los valores de atenuación admisibles. Por cada par de conductores el instrumento deberá indicar los siguientes datos: Si el resultado es PASA La atenuación más alta medida en la banda de frecuencia de interés La frecuencia a la que se produce esa atenuación máxima (que casi siempre será próxima a la frecuencia máxima) El límite de prueba a esa frecuencia Si el resultado es FALLA La atenuación medida al fallar la prueba La frecuencia a la que se produce el fallo El límite de prueba a esa frecuencia Es posible que el resultado medido esté muy próximo al límite de admisibilidad establecido para la prueba y que la diferencia entre el valor medido y dicho límite quede dentro del margen de incertidumbre (límite de precisión) del Fundamentos de la comprobación de cables en campo 23