Medios de transmisión

Transcripción

1 Medios de transmisión El medio de transmisión constituye el soporte físico a través del cual emisor y receptor pueden comunicarse en un sistema de transmisión de datos. Distinguimos dos tipos de medios: Guiados No Guiados. En ambos casos la transmisión se realiza por medio de ondas electromagnéticas. Los medios guiados conducen (guían) las ondas a través de un camino físico, esto quiere decir que las ondas se confinan en un medio solidó ejemplos de estos medios son el cable coaxial, la fibra óptica y el par trenzado. Los medios no guiados proporcionan un soporte para que las ondas se transmitan, pero no las dirigen; como ejemplo de ellos tenemos el aire y el vacío, que proporcionan un medio de transmisión de las señales pero sin confinarlas; esto se denomina tambien transmisión inalámbrica. La naturaleza del medio junto con la de la señal que se transmite a través de él constituyen los factores determinantes de las características y la calidad de la transmisión. En el caso de medios guiados es el propio medio el que determina principalmente las limitaciones de la transmisión: Velocidad de transmisión de los datos Ancho de banda que puede soportar y espaciado entre repetidores. Sin embargo, al utilizar medios no guiados resulta más determinante en la transmisión el espectro de frecuencia de la señal producida por la antena que el propio medio de transmisión.

2 Las características y calidad de la transmisión están determinadas tanto por el tipo de señal, como por las características del medio. En el caso de los medios guiados, el medio en si mismo es lo mas importante en la determinación de las limitaciones de la transmisión. En medios no guiados, el ancho de banda de la señal emitida por la antena es más importante que el propio medio a la hora de determinar las características de la transmisión. Una propiedad fundamental de las señales transmitidas mediante antenas es al directividad. En general, a frecuencias bajas las señales son omnidireccionales; es decir la señal desde la antena se emite y propaga en todas las direcciones. A frecuencias más altas, es posible concentrar la señal en un haz direccional. En el diseño de sistemas de transmisión es deseable que tanto la distancia como la velocidad de transmisión sean lo mas grandes posible. Hay una serie de factores relacionados con el medio de transmisión y con la señal que determinan tanto la distancia como la velocidad de transmisión: Dificultades en la transmisión: Las dificultades, como por ejemplo, la atenuación, limitan la distancia. En los medios guiados, el par trenzado sufre de mayores adversidades que el cable coaxial, que a su vez, es más vulnerable que la fibra óptica. Interferencias: Las interferencias resultantes de la presencia de señales en bandas de frecuencias próximas pueden distorsionar o destruir completamente la señal. Las interferencias son especialmente relevantes en lo medios de transmisión no guiados, pero a la vez son un problema a considerar en los medios guiados. Por ejemplo, frecuentemente múltiples cables de pares trenzados se embuten dentro de una misma cubierta, provocando posibles interferencias, no obstante, este problema se puede reducir utilizando un blindaje adecuando. Numero de receptores: En un medio guiado, se puede usar tanto para un enlace punto a punto como para un enlace compartido, mediante el uso de múltiples conectores. En este ultimo caso, cada uno de los conectores utilizados puede atenuar y distorsionar la señal por lo que la distancia y/o velocidad de transmisión disminuirán.

3 El ancho de banda: Si todos los otros factores se mantienen constantes, al aumentar el ancho de banda de la señal, la velocidad de transmisión se puede incrementar. En la figura anterior se muestra el espectro electromagnético, así como la frecuencia a la que operan diferentes técnicas de transmisión sobre medios guiados y no guiados. La naturaleza del medio junto con la de la señal que se transmite a través de él constituyen los factores determinantes de las características y la calidad de la transmisión. En el caso de medios guiados es el propio medio el que determina el que determina principalmente las limitaciones de la transmisión: velocidad de transmisión de los datos, ancho de banda que puede soportar y espaciado entre repetidores. Sin embargo, al utilizar medios no guiados resulta más determinante en la transmisión el espectro de frecuencia de la señal producida por la antena que el propio medio de transmisión.

4 Algunos medios de transmisión guiados son: Pares trenzados Este consiste en dos alambres de cobre aislados, en general de 1mm de espesor. Los alambres se entrelazan en forma helicoidal, como en una molécula de DNA. La forma trenzada del cable se utiliza para reducir la interferencia eléctrica con respecto a los pares cercanos que se encuentran a su alrededor. Los pares trenzados se pueden utilizar tanto para transmisión analógica como digital, y su ancho de banda depende del calibre del alambre y de la distancia que recorre; en muchos casos pueden obtenerse transmisiones de varios megabits, en distancias de pocos kilómetros. Debido a su adecuado comportamiento y bajo costo, los pares trenzados se utilizan ampliamente y es probable que se presencia permanezca por muchos años.

5 Cable coaxial El cable coaxial consta de un alambre de cobre duro en su parte central, es decir, que constituye el núcleo, el cual se encuentra rodeado por un material aislante. Este material aislante está rodeado por un conductor cilíndrico que frecuentemente se presenta como una malla de tejido trenzado. El conductor externo está cubierto por una capa de plástico protector. La construcción del cable coaxial produce una buena combinación y un gran ancho de banda y una excelente inmunidad al ruido. El ancho de banda que se puede obtener depende de la longitud del cable; para cables de 1km, por ejemplo, es factible obtener velocidades de datos de hasta 10Mbps, y en cables de longitudes menores, es posible obtener velocidades superiores. Se pueden utilizar cables con mayor longitud, pero se obtienen velocidades muy bajas. Los cables coaxiales se emplean ampliamente en redes de área local y para transmisiones de largas distancia del sistema telefónico. fibra óptica Un cable de fibra óptica consta de tres secciones concéntricas. La más interna, el núcleo, consiste en una o más hebras o fibras hechas de cristal o plástico. Cada una de ellas lleva un revestimiento de cristal o plástico con propiedades ópticas distintas a las del núcleo. La capa más exterior, que recubre una o más fibras, debe ser de un material opaco y resistente. Un sistema de transmisión por fibra óptica está formado por una fuente luminosa muy monocromática (generalmente un láser), la fibra encargada de transmitir la señal luminosa y un fotodiodo que reconstruye la señal eléctrica. Algunos medios no guiados:

6 Radio enlaces de VHF y UHF Estas bandas cubren aproximadamente desde 55 a 550 Mhz. Son también omnidireccionales, pero a diferencia de las anteriores la ionosfera es transparente a ellas. Su alcance máximo es de un centenar de kilómetros, y las velocidades que permite del orden de los 9600 bps. Su aplicación suele estar relacionada con los radioaficionados y con equipos de comunicación militares, también la televisión y los aviones. Microondas Además de su aplicación en hornos, las microondas nos permiten transmisiones tanto terrestres como con satélites. Dada su frecuencias, del orden de 1 a 10 Ghz, las microondas son muy direccionales y sólo se pueden emplear en situaciones en que existe una línea visual que une emisor y receptor. Los enlaces de microondas permiten grandes velocidades de transmisión, del orden de 10 Mbps Bluetooth (en inglés: diente azul) es una especificación industrial para Redes Inalámbricas de Área Personal (WPANs) que posibilita la transmisión de voz y datos entre diferentes dispositivos mediante un enlace por radiofrecuencia en la banda ISM de los 2,4 GHz. Los principales objetivos que se pretenden conseguir con esta norma son: Facilitar las comunicaciones entre equipos móviles y fijos. Eliminar cables y conectores entre éstos. Ofrecer la posibilidad de crear pequeñas redes inalámbricas y facilitar la sincronización de datos entre equipos personales. Los dispositivos que con mayor frecuencia utilizan esta tecnología pertenecen a sectores de las telecomunicaciones y la informática personal, como PDA, teléfonos móviles, computadoras portátiles, ordenadores personales, impresoras o cámaras digitales.

7 Ionosfera y comunicaciones Las características de la atmósfera cambian drásticamente a medida que subimos y nos alejaos del nivel del mar. La capa donde hay nubes, lluvias, vientos, huracanes, cambios de temperatura y fenómenos climáticos es la troposfera, que alcanza de 9 a 18 km de altura según sea sobre los polos o sobre el ecuador. En esta capa la temperatura disminuye con la altura hasta un valor límite de 70ºC bajo cero en su borde superior, la tropopausa. Los vuelos intercontinentales transcurren cerca de su límite inferior, a unos 10 km de altura. A esa altitud la presión atmosférica cae a una cuarta parte de lo normal, la densidad del aire se reduce a un tercio y la temperatura es de unos 50 grados bajo cero; la mitad del aire total de la atmósfera se encuentra por debajo de los 9 km, la altura aproximada del monte Everest en los Himalayas. Más arriba se encuentra la estratosfera, hasta los 50 km de altura, donde la temperatura vuelve a subir, llegando a los 0ºC. Esa capa está formada por estratos horizontales que no se mezclan entre si, con vientos que pueden alcanzar los 200 km/h, aunque el aire casi no se mueve en la dirección vertical. Esta particularidad hace que cualquier sustancia que llegue a esa capa se difunda por todo el globo con mucha rapidez. En la parte superior de la estratosfera se encuentra la importante capa de ozono, que absorbe un 99% de las componentes dañinas de la radiación solar.

8 Una vez atravesada la capa divisoria o estratopausa a los 50 km, se llega a la mesosfera, que alcanza hasta los 80 km, donde la temperatura desciende nuevamente hasta los -70 ºC. Esta región (50-80 km de altura) contiene sólo el 0.1% de la masa total del aire de la atmósfera; no obstante, es allí donde comienza a tener efecto la fricción del aire sobre los meteoritos, haciéndolos incandescentes. Aún más arriba se encuentra la ionosfera, que cubre de 80 a 160 km, donde el aire está enrarecido en extremo. La concentración de gases es tan pequeña y las colisiones entre las partículas tan escasas, que cuando los remanentes atmosféricos se ionizan por la radiación solar tienden a permanecer largo tiempo en ese estado. Más allá se extiende la exosfera, límite exterior de la atmósfera, donde el hidrógeno escapa continuamente al vacío interplanetario. Reflexión de las ondas de radio Las partículas ionizadas de la ionosfera poseen una importante propiedad: son conductoras y pueden reflejar parcialmente las ondas de radio, influyendo notablemente en las comunicaciones. Cuando en esa capa incide la radiación emitida por algún transmisor terrestre de alta frecuencia en el intervalo 3-30 megahertz (MHz), una pequeña parte de la energía se absorbe y la restante se refleja de vuelta a la superficie. Este efecto permite la recepción de señales de radio a distancias de hasta miles de kilómetros, mucho mayores que si las ondas viajaran en línea recta por la superficie terrestre. Es el intervalo de frecuencias utilizado en la navegación y aviación de largo alcance, en las emisoras comerciales de onda corta y por los radioaficionados. Debajo de los 3 MHz se encuentran las frecuencias de onda media de los radiorreceptores de amplitud modulada. A medida que aumenta la frecuencia, la radiación es capaz de penetrar más profundamente en la ionosfera y su alcance se reduce. En la región de muy alta frecuencia (Very High Frequency VHF, MHz) la penetración en la capa llega hasta los km. Las ondas VHF se emplean en la marina y en las comunicaciones aire-tierra a corta distancia, no más de algunos cientos de kilómetros.

9 En los MHz las ondas de radio no se reflejan en la ionosfera y escapan al exterior; es por eso que su recepción se limita a la línea del horizonte. Son las frecuencias de los teléfonos móviles, televisión y frecuencia modulada. Para lograr transmisiones a mayor distancia usando estas frecuencias, es necesario utilizar satélites como puntos intermedios de retransmisión. Las ondas reflejadas en la ionosfera alcanzan el suelo sólo a determinadas distancias del transmisor, que dependen tanto de la frecuencia como del ángulo de reflexión y la profundidad de penetración. Es por eso que una señal de radio puede no ser detectable a 100 km de la emisora, pero sí a 500 km, fenómeno conocido como skip. En otras regiones, las señales terrestres y las refractadas por la ionosfera pueden alcanzar el receptor casi conjuntamente e interferir una con otra, produciendo un fenómeno llamado fading. Como la ionización de la capa atmosférica y su altura sobre la superficie varía con la actividad solar, es común que las características de reflexión de las ondas de radio difieran en forma apreciable del día a la noche. Resumen Medio de transmisión Ancho de banda Capacidad máxima Capacidad usada Cable de pares 250 KHz 10 Mbps 9600 bps Cable coaxial 400 MHz 800 Mbps 10 Mbps Fibra óptica 2 GHz 2 Gbps 100 Mbps Microondas por satelital Microondas terrestres Láser 100 MHz 100 MHz 275 Gbps 20 Mbps 50 GHz 500 Mbps Observaciones - Apenas usados hoy en día. - Interferencias, ruidos. - Resistente a ruidos e interferencias - Atenuación. - Pequeño tamaño y peso, inmune a ruidos e interferencias, atenuación pequeña. - Caras. Manipulación complicada. - Se necesitan emisores/receptores. - Corta distancia y atenuación fuerte. - Difícil instalar. - Poca atenuación. - Requiere visibilidad directa emisor/ receptor.

10 Conceptos: Banda ISM: ISM (Industrial, Scientific and Medical) son bandas reservadas internacionalmente para uso no comercial de radiofrecuencia electromagnética en áreas industrial, científica y médica. En la actualidad estas bandas han sido popularizadas por su uso en comunicaciones WLAN (e.g. Wi- Fi) o WPAN (e.g. Bluetooth). Las bandas ISM fueron definidas por la ITU en el artículo 5 de las Regulaciones Radio (RR), concretamente puntos y El uso de estas bandas de frecuencia está abierto a todo el mundo sin necesidad de licencia, respetando las regulaciones que limitan los niveles de potencia transmitida. Este hecho fuerza a que este tipo de comunicaciones tengan cierta tolerancia frente a errores y que utilicen mecanismos de protección contra interferencias, como técnicas de ensanchado de espectro (ver RR 15.13).