Tema 4. Medios de transmisión

Transcripción

1 Tema 4. Medios de transmisión 4.1 Líneas abiertas de dos hilos 4.2 Líneas de par trenzado 4.3 Cable coaxial 4.4 Fibra óptica 4.5 Satélites 4.6 Microondas terrestres 4.7 Red de celdas

2 Medios de transmisión Para transmitir una señal eléctrica es necesario un medio de transmisión. La transmisión se consigue modificando alguno de los parámetros de la señal que transporta los datos (tensión, frecuencia o fase, y en algunos casos intensidad). Los medios más comunes son: líneas abiertas de dos hilos, cables de par trenzado, cable coaxial, fibra óptica, ondas de radio. De ellos, unos son más apropiados para la transmisión de señales analógicas y otros para la transmisión de señales digitales. La elección del medio de transmisión es fundamental, puesto que junto con la transformación utilizada para la transmisión, va a determinar la máxima distancia y velocidad de transmisión posible.

3 Líneas abiertas de dos hilos Es el medio de transmisión más simple. Los dos hilos están separados por un aislante y abiertos al espacio libre (p.e. cable telefónico). Se emplea para la conexión de equipos en distancias cortas (<50 m) y a velocidades reducidas (del orden de bps). Normalmente se emplea uno de los hilos con nivel de señal y el otro la referencia de tierra. La aplicación más frecuente es la conexión de terminales de transmisión de datos entre sí (DTE - DTE) o de terminales de transmisión de datos con terminales de comunicación (DTE - DCE), como por ejemplo la conexión entre un ordenador personal y un módem. El principal inconveniente que presentan es su escasa inmunidad a interferencias externas (son muy sensibles a ruidos de tipo EMI, que crean diferencias de potencial adicionales a las existentes en el conductor y dan lugar a errores en la transmisión).

4 Líneas de par trenzado Los conductores van arrollados o entrelazados. Son más inmunes a ruidos externos e interferencias, ya que estas son captadas por ambos cables de igual modo, de manera que si se utiliza transmisión en modo diferencia, dichas interferencias se anulan. Presentan mayor atenuación que las líneas abiertas de dos hilos, puesto que al ir arrollados la longitud de cobre es mayor. Existen versiones multihilo (desde 2 a 3000 pares en un mismo cable).

5 Líneas de par trenzado Estos cables son muy utilizados en redes de área local (10BaseT y 100baseT), así como en entornos industriales para transmisiones de tipo RS- 422, RS-423 y RS-485. La velocidad y distancias de transmisión depende mucho de los equipos de transmisión. Existen versiones de par trenzado: UTP (Unshielded Twiested Pair): par trenzado no apantallado. Se utiliza mucho en redes telefónicas y de datos. STP (Shielded Twisted Pair): par trenzado con pantalla. Es más inmune a ruidos. FTP (Foiled Twisted Pair): par trenzado con pantalla de lámina de aluminio. Primera clasificación: las categorías. Cada categoría especifica unas características eléctricas para el cable: atenuación, capacidad de la línea e impedancia. Actualmente se utilizan las categorías 3, 4, 5, que soportan frecuencias de 10, 20 y 100 MHz respectivamente. También se utiliza una categoría llamada 5E, que mejora algo las capacidades de la categoría 5. Se encuentran en estudio las categorías 6 y 7, que quedan abiertas a nuevos estándares con 250 y 600 MHz respectivamente.

6 Líneas de par trenzado Segunda clasificación: las clases. Cada clase especifica las distancias permitidas, el ancho de banda conseguido y las aplicaciones para las que es útil en función de estas características. Están especificadas las clases A a F. En la Tabla se especifican ejemplos que relacionan algunas clases con algunas categorías. Dado que el cable UTP de categoría 5 es barato y fácil de instalar, se está incrementando su utilización en las instalaciones de redes de área local con topología en estrella, mediante el uso de conmutadores y concentradores. Las aplicaciones típicas de la categoría 3 son transmisiones de datos hasta 10 Mbps (por ejemplo, la especificación 10BaseT); para la categoría 4, 16 Mbps; y para la categoría 5 (por ejemplo, la especificación 100BaseT), 100 Mbps.

7 Líneas de par trenzado Nivel de atenuación permitido según la velocidad de transmisión para un cable UTP. El cable UTP de categoría 5 viene especificado por las características de la Tabla (especificaciones TSB-36) referidas a un cable estándar de cien metros de longitud. El nivel de atenuación se mide en decibelios (1dB = 10 log P e ), que indica una P s medida de las pérdidas de señal a lo largo del cable. Así, una pérdida de 10 db indica que la energía de la señal transmitida es diez veces menor a la salida que a la entrada, una pérdida de 20 db supone que la energía de salida es un 1% de la entrada, 30 db implica un 0.1% de la entrada, etc.

8 Cable coaxial Por su constitución geométrica reduce los efectos de: Diafonía entre pares (interferencias que una señal circulante por un cable produce en un conductor adyacente). Efecto pelicular. A frecuencias elevadas la corriente tiende a circular por la superficie del cable, y no por su interior, de modo que no se aprovecha la sección disponible en el conductor y aumentan las pérdidas en el mismo. Sensibilidad a ruidos externos (interferencias EMI).

9 Cable coaxial La constitución del cable es la siguiente: Conductor central de cobre. Induce un campo electromagnético que se propaga por el aislante. Aislante interno (ideal=vacío). Pantalla o malla metálica. Evita pérdidas por radiación y protege el campo eléctrico interno de perturbaciones externas (por EMI o diafonía). Con este tipo de cables velocidades de transmisión por encima de los 10Mbps con distancias de varios cientos de metros. Se emplean en redes de tipo Ethernet 10Base2 y 10Base5 (10Mbps hasta 1 Km) para la transmisión de señales digitales. También se utilizan en aplicaciones de telefonía y de televisión por cable, donde se modula con portadoras de hasta 2GHz. las ventajas del cableado coaxial cuando es necesario cablear grandes distancias. Es capaz de llegar a anchos de banda comprendidos entre los 80 MHz y los 400 MHz dependiendo de si tenemos coaxial fino o grueso. Esto quiere decir que en transmisión de señal analógica seríamos capaces de tener como mínimo del orden de circuitos de voz.

10 Fibra óptica Los cables de fibra óptica transmiten los datos en forma de un haz de luz fluctuante en vez de cómo una señal eléctrica, utilizando el fenómeno de la refracción. Dicho haz puede ser de luz visible o infrarroja.

11 Fibra óptica La estructura de los cables es la siguiente: Núcleo. Zona de propagación del haz de luz (índice de refracción n 1 ). Puede ser de: Plástico: es el más utilizado en la industria. Es flexible, fácil de soldar y barato. Presenta mayor atenuación y por tanto menores distancias de transmisión. Vidrio o cuarzo: presenta menor atenuación, pero es más costoso, difícil de soldar. Envoltura (índice de refracción n 2 <n 1 ). Encargada de reguilar la luz dentro del cable. Cubierta protectora. Da consistencia al conjunto y evita la entrada de luz exterior.

12 Fibra óptica Funcionamiento: Diodo emisor: LED o diodo láser (IR) que modula la señal a emitir Receptor: fotodiodo o fototransistor que convierte a señales eléctricas (y posteriormente se demodula). Dependiendo del método que se utilice para transmitir la señal luminosa por el núcleo y del tipo de fibra óptica que se esté utilizando distinguimos: Monomodo. El diámetro del núcleo es extremadamente pequeño (3-10 μm), del orden del valor de la longitud de onda del haz. Solo un rayo o modo puede propagarse a través de la fibra. Sólo se utiliza con diodos láser.

13 Fibra óptica se emplean normalmente en enlaces de telecomunicación de larga distancia y/o levada velocidad de flujo. Multimodo. Más gruesa que la fibra monomodo (más fácil de soldar y empalmar). El diámetro del núcleo es superior a la longitud de onda de la señal entrando con diferentes ángulos lo que origina innumerables refracciones en su camino al otro extremo generando distintas fases y distintos modos. Todo haz emitido con un ángulo menor al crítico se refleja en la envoltura y se propaga reflejándose. Dos tipos: Fibras de índice discontinuo: el índice de refracción varía bruscamente entre el núcleo y la envoltura ( n 1 y n 2 son constantes). Se suelen emplear con diodos LED a velocidades de transmisión bajas.

14 Fibra óptica Fibras de índice continuo. El índice de refracción varía gradualmente desde el núcleo a la envoltura, con lo que los haces que recorren un camino más largo lo hacen más rápido, de modo que todos llegan al receptor simultáneamente. Se consiguen velocidades elevadas (Gbps) con un coste razonable. En general, los enlaces de fibra óptica se utilizan en aplicaciones que requieran altas velocidades y/o elevada inmunidad al ruido, como redes de ordenadores, redes industriales, televisión por cable. Como principales ventajas destacan: Ancho de banda (y tasa de transferencia) muy superior al de los cables eléctricos con una atenuación muy inferior. Las ondas luminosas son totalmente inmunes a ruidos producidos por interferencias electromagnéticas y por diafonía, puesto que son de naturaleza diferente a las señales eléctricas. Son ideales para transmisión de datos en entornos industriales, debido a las numerosas fuentes de ruidos existentes en estos.

15 Fibra óptica El principal inconveniente se presenta en su elevado coste y la dificultad en la realización de las instalaciones (conexionado que requiere personal y herramientas especializadas). Desde un principio las redes de fibra óptica han utilizado un sistema de multiplexación en el tiempo (TDM, Time División Multiplexing) para efectuar sus transmisiones. Los sistemas TDM actuales han llegado a velocidades de 10 Gbps, lo que está muy alejado de los 30 THz de ancho de banda teórico que soporta una fibra. Con el fin de aprovechar al máximo las conducciones de fibra se ha definido una nueva modulación para fibra llamada WDM (Wavelength División Multiplexing) o multiplexación en longitud de onda, que consiste en introducir en la fibra no una longitud de onda sino varias. Actualmente se llegan a multiplexar del orden de 50 longitudes de onda sobre la misma fibra (multiplexación densa en longitud de onda). A esta modulación, se superpone la ya tradicional en el tiempo TDM, consiguiendo sistemas de transmisión mixtos que arían entre los 40 y los 160 Gbps.

16 Medios de transmisión sin cable No utilizan una línea física para transportar la información transmitida, sino que emplean ondas de radio. Abreviat. Banda Nombre inglesa ITU Frecuencias Longitud de onda Baja frecuencia Low frequency LF khz 10 1 km Media frecuencia km MF 6 Medium frequency khz 100 m Alta frecuencia High frequency HF MHz m Muy alta frecuencia VHF MHz 10 1 m Very high frequency Ultra alta frecuencia m UHF 9 Ultra high frequency MHz 100 mm Super alta frecuencia SHF GHz mm Super high frequency Frecuencia extremadamente alta EHF GHz 10 1 mm Extremely high frequency

17 Medios de transmisión sin cable

18 Satélites.

19 Satélites.

20 Satélites. Se suelen emplear satélites geoestacionarios para transmisiones a grandes distancias. Se emplea la banda de microondas (>3GHz), por lo que las transmisiones son muy direccionales (antenas parabólicas). Se pueden transmitir muchos canales con tasas de transferencia muy elevadas (ancho de banda de 500 MHz).

21 Satélites. SATÉLITES DE ÓRBITA BAJA (LEO)* VENTAJAS DESVENTAJAS Satélites de menor costo (menor tamaño, Requiere de un monitoreo y control menor peso) muy preciso Lanzamientos múltiples y más baratos Precisión en el relevo Menor distancia recorrida por la señal Control de Tráfico satelital satelital Menores pérdidas de propagación No existe ancho de banda disponible (Banda L limitada a 30 MHz) Menor tiempo de retardo (despreciable) Menor cobertura, se requieren más satélites para cubrir más área Menor potencia requerida del satélite Uso temporal del satélite Terminal móvil de bajo costo** (menor Menor tiempo de vida útil del potencia, menor tamaño antena) satélite Menor ganancia y directividad antena de Problemas de soberanía nacional. la antena del satélite Basura cósmica LEOs: GlobalStar, Iridium, Teledesic, ICO, Ellipso, ORBCOMM (M2M)

22 Microondas terrestres Permiten distancias de hasta 50Km a alta velocidad. Son más sensibles a perturbaciones (atmosféricas) que los satélites. Se utilizan en aplicaciones en las que no es posible o resultaría muy costoso emplear otro medio físico. Los enlaces de radio suelen utilizar: Portadora en UHF (300MHz-3GHz) con distancias de 10 a 15 Km. Modulación en frecuencia (FM o FSK) por su alto rechazo al ruido, que permite transmitir mayores distancias con menor potencia. Las configuraciones más empleadas en transmisiones de este tipo son: Estación base con ordenador central (que se puede conectar a la red fija) y enlaces de radio a unidades distribuidas: Sistemas de riego. Control de invernaderos. Sistemas SOS.

23 Red de celdas Una red de celdas o red celular es una red formada por celdas de radio (o simplemente celdas) cada una con su propio transmisor, conocidas como estación base. Estas celdas son usadas con el fin de cubrir diferentes áreas para proveer cobertura de radio sobre un área más grande que el de una celda. Las redes de celdas son inherentemente asimétricas con un conjunto fijo de transceptores principales, cada uno sirviendo una celda y un conjunto de transceptores distribuidos (generalmente, pero no siempre, móviles). Reutilización de frecuencias.