Medios de Transmisión

Medios de Transmisión

Introducción Los medios de transmisión se encuentran localizados debajo de la capa física y son directamente controlados por la capa física Computadoras y otros dispositivos de telecomunicación utilizan señales para representar datos Estas señales son transmitidas de un dispositivo a otro en forma de energía electromagnética que es propagada a través de un medio de transmisión Emisor Receptor Capa Capa Física Física Capa Capa Física Física Medio de transmisión Cable o aire

Introducción Energía electromagnética Combinación de campos eléctricos y magnéticos vibrando en relación uno con el otro Incluye: Potencia Ondas de radio Luz infrarroja Luz visible Luz ultravioleta Rayos X, gamma y cósmicos Par Par trenzado trenzado Guiados Guiados (alambrados) Coaxial Coaxial Medios Medios de de Transmisión Fibra Fibra óptica óptica No No guiados guiados (inalámbricos) Aire Aire

Medios guiados

Medios guiados: Proveen un conducto de un dispositivo a otro Incluye: Coaxial, par trenzado y fibra óptica Una señal que viaja en cualquiera de estos medios es dirigida y contenida bajo los límites físicos de un medio

Medios guiados: Cable Coaxial

Cable Coaxial Cable formado por dos conductores concéntricos. Un conductor central o núcleo, formado por un hilo sólido o trenzado de cobre (llamado positivo o vivo), Un conductor exterior en forma de tubo o vaina, y formado por una malla trenzada de cobre o aluminio. Este conductor exterior produce un efecto de blindaje y además sirve como retorno de las corrientes. El primero está separado del segundo por una capa aislante llamada dieléctrico. De la calidad del dieléctrico dependerá principalmente la calidad del cable. Todo el conjunto está protegido por una cubierta aislante. Cable coaxial RG-59. A: Cubierta protectora de plástico B: Malla de cobre C: Aislante D: Núcleo de cobre

Existen múltiples tipos de cable coaxial, cada uno con un diámetro e impedancia diferentes. El cable coaxial no es habitualmente afectado por interferencias externas, y es capaz de lograr altas velocidades de transmisión n en largas distancias. Por esa razón, se utiliza en redes de comunicación de banda ancha (cable de televisión) y cables de banda base (Ethernet).

Estándares de cable coaxial Categoría Impedancia Uso RG-59 75 Ω TV por cable RG-58 50 Ω Thin Ethernet RG-11 50 Ω Thick Ethernet La cantidad de carga o corriente que fluye entre dos puntos en un circuito eléctrico depende de dos factores: voltaje y resistencia. La resistencia es cualquier obstáculo al flujo de cargas y depende del material por el que los electrones fluyen. La de un cable de cobre es mucho menor que la de un cable de hierro. En el cuerpo humano la resistencia se denomina impedancia. Se mide en ohmios y se designa con la letra griega omega mayúscula (Ω).

Conector BNC Consiste en un conector tipo macho instalado en cada extremo del cable. Un anillo que rota en la parte exterior del conector asegura el cable y permite la conexión a cualquier conector BNC tipo hembra. Los conectores BNC-T, los más populares, son conectores hembra para conectar dos cables a una tarjeta de red. Un extensor BNC, permite conectar un cable coaxial al extremo de otro, y así aumentar la longitud total de alcance. Los problemas de mantenimiento, limitaciones del cable coaxial en sí mismo, y la aparición del cable UTP en las redes Ethernet, prácticamente hizo desaparecer el conector BNC del plano de las redes. Hoy en día, apenas son utilizados en la conexión de algunos monitores de computadoras, para aumentar la señal enviada por la tarjeta de video.

Desempeño Una forma de medir el desempeño del cable coaxial es comparar su atenuación contra frecuencia y distancia

Medios guiados: Cable de Par Trenzado

Cable de par trenzado Consiste de dos conductores (normalmente de cobre) trenzados entre sí y cada uno con su propio aislador de plástico Aisladores Conductores

Cable de par trenzado Uno de los cables es utilizado para enviar señales al receptor y el otro es utilizado como referencia a tierra El receptor utiliza la diferencia entre los dos niveles Interferencia (ruido) y crosstalk pueden afectar ambos cables y crear señales no deseadas El receptor sólo trabaja con la diferencia entre las dos señales no deseadas. Esto significa que si dos alambres son afectados por ruido o crosstalk equitativamente entonces el receptor estará inmune (la diferencia es cero)

Cable de par trenzado S los dos cables son paralelos, el efecto de estas señales no deseadas no es el mismo en ambos cables ya que se encuentran en diferentes lugares relativos a las fuentes del ruido o crosstalk Esto resulta en una diferencia en la recepción. Al trenzar los cables se mantiene un balance

Cable de par trenzado Por ejemplo: Supongamos que en un trenzado un cable está más cercano a la fuente generadora del ruido y el otro esta más alejado; en el siguiente trenzado, lo contrario es verdadero El trenzar el cable hace probable que ambos cables sean igualmente afectados por influencias externas El número de trenzados por unidad de longitud determina la calidad del cable: Más trenzados significan mejor calidad

UTP vs. STP STP Shielded Twisted Pair UTP Unshielded Twisted Pair

STP La cubierta metálica que cubre al cable mejora la calidad del cable previniendo que el ruido o crosstalk penetre al cable Es más voluminoso y más caro Se emplea en redes de computadoras como Ethernet o Token Ring.

UTP Ventajas: el cable es más económico, flexible, delgado y fácil de instalar. Además no necesita mantenimiento, ya que ninguno de sus componentes precisa ser puesto a tierra. Desventajas: presenta menor protección frente a interferencias electromagnéticas, pero la que ofrece es suficiente para la mayoría de instalaciones. Se utiliza en telefonía y redes de computadoras, por ejemplo en LAN Ethernet (10BASET) y Fast Ethernet (100BASETX).

Categorías de UTP Categoría Ancho de banda Velocidad de Digital/ Uso transmisión Análogo 1 Muy baja < 100 Kbps Análogo Telefonía 2 < 2 MHz 2 Mbps Análogo/ T1 digital 3 16 MHz 10 Mbps Digital LANs 4 20 MHz 20 Mbps Digital LANs 5 100 MHz 100 Mbps Digital LANs 6 (draft) 200 MHz 200 Mbps Digital LANs 7 (draft) 600 MHz 600 Mbps Digital LANs

Conector RJ-45 Posee ocho 'pines' o conexiones eléctricas. Es utilizado comúnmente con estándares como EIA/TIA-568B, que define la disposición de los pines. Una aplicación común es su uso en cables de red Ethernet, donde suelen usarse 8 pines (4 pares). Otras aplicaciones incluyen terminaciones de teléfonos (4 pines o 2 pares), otros servicios de red como RDSI y T1 e incluso RS232.

Desempeño Se mide de igual forma que con el cable coaxial Conforme se aumenta la frecuencia, la atenuación aumenta considerablemente (decibeles por milla)

Especificaciones de los cables Qué velocidad de transmisión de datos se puede lograr con un tipo particular de cable? La velocidad de transmisión de bits por el cable es de suma importancia. El tipo de conducto utilizado afecta la velocidad de la transmisión. Qué tipo de transmisión se planea? Serán las transmisiones digitales o tendrán base analógica? La transmisión digital o de banda base y la transmisión con base analógica o de banda ancha son las dos opciones.

Banda base Se denomina banda base al conjunto de señales que no sufren ningún proceso de modulación a la salida de la fuente que las origina, es decir son señales que son transmitidas en su frecuencia original. Dichas señales se pueden codificar y ello da lugar a los códigos de banda base. Las frecuencias de banda base se caracterizan por ser generalmente mucho más bajas que las resultantes cuando éstas se utilizan para modular una portadora o subportadora. La señal usa todo el ancho de banda del medio de transmisión.

Banda ancha Se refiere a la transmisión de datos en el cual se envían simultáneamente varias piezas de información, con el objeto de incrementar la velocidad de transmisión efectiva. En ingeniería de redes este término se utiliza también para los métodos en donde dos o más señales comparten un medio de transmisión. Ejemplo Ethernet.

Qué distancia puede recorrer una señal a través de un tipo de cable en particular antes de que la atenuación de dicha señal se convierta en un problema? La distancia recorrida por la señal a través del cable afecta directamente la atenuación de la señal. La degradación de la señal está directamente relacionada con la distancia que recorre la señal y el tipo de cable que se utiliza.

Especificaciones Ethernet Ethernet es el nombre de una tecnología de redes de computadoras de área local (LANs) basada en tramas de datos. Define las características de cableado y señalización de nivel físico y los formatos de trama del nivel de enlace de datos del modelo OSI. Se refiere a las redes de área local y dispositivos bajo el estándar IEEE 802.3 que define el protocolo CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection).

Características básicas de Ethernet Topologías: Bus lineal o bus en estrella Tipo de arquitectura: Banda base. Método de acceso: CSMA/CD (estándar IEEE 802.3). Velocidad de transferencia: 10 Mbps ó 100 Mbs. Tipo de cable: Grueso, fino, UTP y STP. Longitud máxima cable coaxial: 500m Longitud máxima de STP: 100m Longitud máxima UTP: 100m

Medios guiados: Fibra óptica

Fibra óptica Una cable de fibra óptica está hecho de vidrio o plástico y transmite señales en forma de luz Para entender la fibra óptica hay que explorar varios aspectos de la naturaleza de la luz La luz viaja en línea recta siempre y cuando se mueva a través de una sustancia uniforme Si la luz viaja de una sustancia a otra entonces el rayo cambia de dirección

Fibra óptica Si el ángulo de incidencia (ángulo que el rayo hace con la línea perpendicular a la interfase entre las dos sustancias) es menor al ángulo crítico, el rayo se refracta y se mueve más cerca de la superficie Si el ángulo de incidencia es igual al ángulo crítico, el rayo se dobla a través de la interfase Si el ángulo de incidencia es mayor que el ángulo crítico, el rayo se refleja y viaja nuevamente sobre la sustancia más densa

Menos denso Más denso I I I I < ángulo critico, refracción I = ángulo critico, refracción I > ángulo critico, reflexión El ángulo crítico es una propiedad de la sustancia y su valor difiere de una sustancia a otra Fibra óptica utiliza reflexión para guiar luz a través de un canal

Un vidrio o plástico núcleo es cubierto por un cladding de menor densidad que el vidrio o plástico La diferencia en la densidad de los dos materiales debe ser tal que permita que un rayo de luz viajando a través del núcleo sea reflejado fuera del cladding en lugar de refractado hacia el.

Modos de propagación Mode Mode Multimode Single-mode Step-index Graded-index

Multimode Llamado así porque múltiples rayos de una fuente de luz se mueven a través del núcleo en diferentes caminos

En fibra multimode step-index: La densidad del núcleo se mantiene constante del centro hacia los extremos Un rayo de luz viaja a través de una densidad constante en línea recta hasta que llega a la interfase del núcleo y el cladding Al llegar a la interfase, se presenta un cambio abrupto hacia una densidad menor que altera el ángulo del rayo (de ahí el nombre)

En fibra multimode gradedindex: Reduce esta distorsión de la señal a través del cable Índice se refiere al índice de refracción Utiliza una variación de densidades Densidad más alta en el núcleo Reduce gradualmente en los extremos

Single-mode Utiliza fibra step-index y una fuente de luz altamente enfocada en un rango pequeño de ángulos, todos cercanos a la horizontal Se fabrica con un diámetro menor y una densidad sustancialmente menor que la de multimodo

Tipos de fibra Tipo Núcleo (μm) Cladding (μm) Modo 50/125 50 125 Multimode, graded-index 62.5/125 62.5 125 Multimode, graded-index 100/125 100 125 Multimode, graded-index 7/125 7 125 Single-mode

Composición del cable Núcleo (Core): es el elemento que transmite la luz y se encuentra en el centro de la fibra óptica, es un vidrio fabricado de una combinación de dióxido de silicio (sílice) y otros elementos Revestimiento (Cladding):( está fabricado con sílice pero con un índice de refracción menor que el del núcleo. El cable de fibra óptica multimodo estándar es el tipo de cable de fibra óptica que más se utiliza en las LAN. (62,5/125 ó 50/125 micrones). Amortiguador (Buffer): ayuda a proteger al núcleo y al revestimiento de cualquier daño (cable de amortiguación estrecha y de tubo libre).

Componentes Fibra de aramidio (Aramid Yam): rodea al amortiguador, evitando que el cable de fibra óptica se estire cuando los encargados de la instalación tiran de él. Fabricado de Kevlar. Envoltura (Jacket): rodea al cable para así proteger la fibra de abrasión, solventes y demás contaminantes, generalmente es de color anaranjado.

Transmisión por fibra óptica Para transmitir señales luminosas a través de fibras ópticas se requiere en su inicio un elemento emisor que convierta las señales eléctricas en ópticas (E/O) y otro en su final que convierta las señales ópticas en eléctricas nuevamente (O/E). Los conversores electro-ópticos se fabrican con base en la combinación de los elementos de los siguientes elementos: El Indio (In), Gálio (Ga), el Germanio (Ge), el Silício (Si), el Arsénico (As), el Fósforo (P), que han demostrado ser los más aptos para la fabricación de éstos dispositivos. La tecnología de los semiconductores posibilitó construir emisores y detectores de luz de pequeñas dimensiones y bajos costos.

Emisores y detectores de luz Deben cumplir con los siguientes requerimientos: Los fotoemisores deben emitir la luz a la misma longitud de onda (λ) que corresponda a la ventana de transmisión de la fibra óptica. La emisión de luz debe ser en el menor número de modos posible; preferiblemente uno sólo. Deben tener unos tiempos largos de vida útil, superiores a 105 horas. Deben tener posibilidad de transmisión analógica y digital. Los detectores deben ser de una sensibilidad muy alta.

Fuentes o Emisores ópticos Existen dos opciones de fuentes semiconductoras para ser utilizadas en fibras ópticas como emisores de luz. LED (Light Emiter Diodo, Diodo Emisor de Luz) Produce luz infrarroja con longitudes de onda de 850 nm o 1310 nm. (multimodo en las LAN). LASER (Light Amplification by Simulated Emission of Radiation) (Amplificación de luz por emisión estimulada de radiación) Fuente de luz que produce un fino haz de intensa luz infrarroja, generalmente, con longitudes de onda de 1310nm o 1550 nm. (monomodo para las grandes distancias de los backbones de universidades y WAN).

Detectores ópticos (Fotodiodos) Convierte la luz en electricidad. Vienen equipados con un lente que concentra la cantidad de luz que lo incide, de manera que su reacción a la luz sea más evidente. Estos dispositivos son muy rápidos, de alta sensibilidad y pequeñas dimensiones.

Conectores Subscriber channel (SC) connector Utilizado en TV por cable. Utiliza un sistema de push/pull para conectar Straight-tip (ST) connector Utilizado para conectar cable a dispositivos de red Utiliza un sistema de conexión bayoneta y es más confiable que SC MT-RJ Nuevo conector con el mismo tamaño que RJ45

Señales y ruido en las fibras ópticas Se pierde parte de la energía de la luz. Cuanto mayor es la distancia a la que se envía una señal a través de una fibra, más fuerza pierde la señal. Causas de pérdida: Dispersión (Scattering): es producida por defectos microscópicos en la uniformidad (distorsiones) de la fibra que reflejan y dispersan parte de la energía de la luz. Absorción: es cuando un rayo de luz choca con algunos tipos de impurezas químicas dentro de una fibra, estas impurezas absorben parte de la energía. Hace que la señal luminosa sea un poco más débil. Dispersión cromática: es cuando las longitudes de onda de la luz viajan a través del vidrio a velocidades levemente distintas a las de otras longitudes de onda. Se evita cuando la luz LASER o LED emiten luz de una sola frecuencia.

Desempeño de la fibra óptica

Medios no guiados

Medios no guiados: Transportan ondas electromagnéticas sin utilizar un conductor físico Normalmente referida a ella como comunicación inalámbrica Las ondas son difundidas a través del aire y están disponibles para todo aquel que tenga un dispositivo capaz de recibir la información

Espectro electromagnético para comunicaciones inalámbricas

Medios no guiados pueden viajar de fuente a destino en varias formas: Propagación por tierra Propagación por aire Propagación por línea directa Ionosfera Propagación por tierra (bajo 2 MHz) Las ondas de radio viajan a través de la porción más baja de la atmósfera. Las señales de baja frecuencia emanan en todas las direcciones desde la antena transmisora y siguen la curvatura del planeta La distancia depende de la cantidad de potencia de la señal: A mayor potencia, mayor distancia

Ionosfera Propagación por aire (2-30 MHz) Ondas de radio de alta frecuencia son irradiadas hacia la ionosfera en donde son reflejadas de regreso hacia la tierra Permite mayores distancias con menor potencia Señales de frecuencia MUY alta son transmitidas en línea directa de antena a antena. Las antenas deben ser direccionales y no afectadas por al curvatura de la tierra Ionosfera Propagación por línea directa (arriba de 30 MHz)

Bandas Banda Rango Propagación Aplicación VLF (Very Low Frequency) 3 30 KHz Tierra Radio de navegación de largo alcance LF (Low Frequency) 30 300 KHz Tierra Señalización de radio y localizadores de navegación MF (Middle Frequency) 300 KHz 3 MHz Aire Radio AM HF (High Frequency) 3 30 MHz Aire Citizens Band (CB), comunicación barcos/aviones VHF (Very High Frequency) 30 300 MHz Aire y línea directa TV VHF, radio FM UHF (Ultra High Frequency) 300 MHz 3 GHz Línea directa TV UHF, teléfonos celulares, radio localizadores, satélite SHF (Super High Frequency) EHF (Extremely High Frequency) 3-30 GHz Línea directa Comunicación satelital 30 300 GHz Línea directa Radar, satélite

Transmisión inalámbrica Transmisión inalámbrica Ondas Ondas de de radio radio Microondas Infrarrojo Infrarrojo

Ondas de radio Ondas electromagnéticas dentro del rango de frecuencias de 3 KHz y 1 GHz Son omnidireccionales Susceptibles a interferencia Pueden viajar distancias largas Pueden penetrar paredes Regulada por autoridades Utilizada en comunicaciones multicast: Radio, televisión y sistemas de localización personal Bandas muy angostas por lo tanto tasas de transmisión bajas

Microondas Ondas electromagnéticas dentro del rango de frecuencias de 1 a 300 GHz Son unidireccionales Se elimina la interferencia al tener que estar alineadas Son de línea directa Requiere considerar la curvatura de la tierra Se requieren repetidores para permitir comunicación a larga distancia No pueden penetrar paredes Bandas anchas por lo tanto tasas de transmisión altas Ciertas porciones están reguladas Utilizadas en comunicación unicast: Teléfonos celulares, redes satelitales y redes inalámbricas

Infrarrojo Ondas electromagnéticas dentro del rango de frecuencias de 300 GHz y 400 THz Utilizadas en comunicación a distancia corta Propagación por línea directa No pueden penetrar paredes No puede utilizarse en el exterior IrDA (Infrared Data Association)

Bibliografía http://es.wikipedia.org http://www.yio.com.ar/fo/index.html http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/fisica/document/fisicainteractiva/optgeometrica/reflex_refrac/r eflexion.htm http://www.hiru.com/es/fisika/ http://www.unicrom.com/art_fibraoptica.asp http://www.textoscientificos.com/redes/fibraoptica/empalmes-conexiones Curricula de Cisco Data Communications and Networking. Behrouz A. Forouzan. McGrawHill