ENTORNO TECNOLÓGICO
Medios de transmisión guiados
El medio de transmisión constituye el soporte físico a través del cual el emisor y receptor pueden comunicarse en un sistema de transmisión de datos. Distinguimos dos tipos de medios: guiados y 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, ejemplos de estos medios son el cable coaxial, la fibra óptica y el par trenzado (de los cuales hablaremos más adelante). 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. 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 los medios guiados es el propio medio el que determina principalmente las limitaciones de 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. También se clasifican según el sentido de la transmisión y podemos encontrarnos con 3 tipos diferentes:
Half-duplex: transmisión de datos bi-direccional alternativamente.
Full-duplex: transmisión de datos bi-direccional simultáneamente.
Cabe señalar que los medios de transmisión se caracterizan por utilizarse en rangos de frecuencia de trabajo diferentes.
Par trenzado
Existen 3 variedades del par trenzado:
- Par trenzado con blindaje: Shielded Twisted Pair (STP) / Folded Twisted Pair (FTP) poseen un revestimiento metálico para reducir la interferencia, la desventaja es que es más pesado, grueso y costoso.
- Par trenzado sin blindaje: Unshielded Twisted Pair (UTP) es barato y fácil de instalar, su desventaja es que sufre de interferencia electromagnética.
Las aplicaciones principales en las que se hace uso de cables de par trenzado son:
- Bucle de abonado. Es el ultimo tramo de cable existente entre el teléfono de un abonado y la central a la que se encuentra conectado. Este cable suele ser UTP Cat. 3 y en la actualidad es uno de los medios más utilizados para transporte de banda ancha, debido a que es una infraestructura que está implantada en el 100% de las ciudades.
- Redes LAN. En este caso se emplea UTP Cat. 5 o Cat. 6 para la transmisión de datos, consiguiendo velocidades de hasta 100 Mbps. Un ejemplo de este uso lo constituyen las redes 10/100/1000BASE-T.
En el siguiente enlace se explica que es el estandar EIA/TIA 568
Cable Coaxial
Este cable transporta señales de alta frecuencia, mas que el par trenzado. Gracias a su diseño constituido por un hilo conductor, llamado núcleo, y una malla externa separados por un dieléctrico o aislante. Este cable es quizá el medio de transmisión más versátil ya que es idóneo para la transmisión de señales de frecuencia elevada o Radio Frecuencia (RF) generalmente por debajo de los 5Ghz, aunque hay de hasta 11Ghz como el M17/75-RG365, por lo que está siendo utilizado cada vez más en una gran variedad de aplicaciones. Se usa para transmitir tanto señales analógicas como digitales. El cable coaxial tiene una respuesta en frecuencia superior a la del par trenzado.
Características
- Impedancia: es la oposición del cable al paso de la señal transmitida, se mide en ohmios. Es constante para cada tipo de cable, no afectándole la longitud del cable ni la frecuencia de la señal transmitida. Para obtener la máxima eficiencia en la transmisión, la impedancia del transmisor, la del receptor y la del cable deben ser iguales, de no ser así se producirán reflexiones de señal degradando la transmisión.
Valores habituales de impedancia
- Resistencia: es la oposición al paso de la corriente continua. Se suele dar para el núcleo y para la malla en ohmios x Km. El cable será mejor cuanto menor sea este valor.
- Capacidad: es el valor de la capacidad eléctrica medida en picofaradios/metro.
- Velocidad de propagación: es la relación, expresada porcentualmente, entre la velocidad de propagación de la señal en el cable y la velocidad de propagación de la luz en el vació. Varía según el tipo de material dieléctrico que contenga el cable. Un 80% o superior es un buen valor.
- Atenuación: es la perdida de potencia en función de la frecuencia, aumentando con esta. Su valor disminuye al aumentar el diámetro del cable, la sección del núcleo y la conductividad. Se mide en decibelios/metro.
- Potencia transmisible: es la potencia que se puede transmitir a una determinada frecuencia sin que la temperatura del cable afecte el funcionamiento del mismo. Disminuye al aumentar la frecuencia y se mide en Vatios (Watts).
- Tensión de trabajo: es la máxima tensión a la que puede trabajar constantemente el cable sin que se produzca el "efecto corona", descargas eléctricas parciales que provocan interferencias eléctricas y, a largo plazo, la degradación irreversible del aislante.
- Pérdidas de retorno: son las perdidas por retorno de señal ocasionadas por falta de uniformidad en la construcción y de los materiales empleados, que producen una variación puntual de impedancia que ocasiona un retorno de parte de la señal hacia el emisor.
Estándares de un Cable Coaxial
Son clasificados por especificaciones de RG (Radio de Gobierno), que dan las condiciones físicas como grosor del cable interior, grosor y tipo de aislante interior, blindaje, tamaño y cubierta exterior del cable.
RG6
Coaxial formado por un conductor flexible de cobre, aislamiento de polietileno (PE) espumado por inyección de gas (SFS), blindaje formado por una malla de cobre estañado y una cubierta exterior de policloruro de vinilo (PVC) retardante a la flama
- Impedancia característica es de 75 Ohm.
- Rango de frecuencia será de hasta 2150Mhz.
- Capacitancia Nominal: 53.1 pF/m.
- Impedancia característica: 75 +/- 3 Ohms.
- Velocidad de propagación: 82%.
- Es utilizado en aplicaciones de vídeo, como circuitos cerrados, antenas para TV y monitores de vídeo monocromados.
RG8
Coaxial formado por un conductor flexible o sólido de cobre, aislamiento de polietileno espumado o polietileno semi-rigido, blindaje formado por una malla de cobre o cobre estañado y cubierta general de policloruro de vinilo retardante a la flama (FRPVC).
- Capacitancia Nominal es de 85.3 pF/Ohm.
- Impedancia característica: 50 Ohms.
- Velocidad de propagación: 79%.
- Son usados en aplicaciones de vídeo, como circuitos cerrados, antenas para TV y monitores de vídeo monocromados.
A continuación anexo un vídeo y un enlace complementario para los cables Coaxiales:
Las aplicaciones más importantes de este tipo de cable son:
- Distribución de televisión .
- Telefonía a larga distancia.
- Conexión con periféricos a corta distancia.
- Redes de área local.
Debido a la necesidad de manejar frecuencias cada vez más altas y a la digitalización de las transmisiones, en años recientes se ha sustituido paulatinamente su uso por el de fibra óptica, en particular para distancias superiores a varios kilómetros, porque el ancho de banda de la fibra es muy superior.
Fibra óptica
La fibra óptica es un hilo muy delgado, ligeramente más grueso que un cabello humano hecho de vidrio (silicio) o plástico, que se usa para transmitir luz y mediante ella, una gran cantidad de información codificada. En el sentido más básico, el funcionamiento de la fibra óptica es extremadamente sencillo, ya que solamente proporciona un medio para el control y la transmisión de una fuente de luz de un punto a otro. Sin embargo, mediante sofisticados codificadores y decodificadores en los extremos se pueden enviar a través de ellas datos, vídeos y cualquier tipo de información digital. Las fibras ópticas tienen un núcleo central por donde se traslada la luz , rodeado de un revestimiento con un bajo índice de refracción lo que mantiene a la luz dentro del conducto. Cuando las fibras están en un cable para su uso comercial, contienen otros elementos que le dan forma, rigidez y protección forrados en la parte exterior por una cubierta plástica semejante a la de los cables de metal. Para generar luz con una alta capacidad de conmutación, se usan diodos LED especiales o láseres, ya que la velocidad de transmisión dependerá de esto.
Funcionamiento. Reflexión interna total
Refracción
Es el cambio de dirección y velocidad de una onda electromagnética (en este caso luz) al pasar de un medio a otro. Por ejemplo, si metemos un lápiz en medio vaso de agua, podemos percibir un cambio de dirección de la imagen.
Reflexión
Es el fenómeno óptico por el cual un rayo de luz al entrar en contacto con un medio diferente es regresado al medio original. Por ejemplo, un espejo es un material reflejante de la luz.
Otro ejemplo que podría dar si nos sumergiros en el agua de una piscina o en el mar tranquilo y abrimos los ojos, podremos ver cómo la superficie del agua es como un espejo ya que las ondas de luz son reflejadas, Si nos sumergimos más, disminuyendo nuestro ángulo respecto a la superficie, el efecto desaparece.
Tipos
Las diferentes trayectorias que puede seguir un haz de luz en el interior de una fibra se denominan modos de propagación. Y según el modo de propagación tendremos dos tipos de fibra óptica: multimodo y monomodo.
- Fibra multimodo: es aquella en la que los haces de luz pueden circular por más de un modo o camino. Esto supone que no llegan a todos a la vez. Una fibra multimodo puede tener más de mil modos de propagación de luz. Las fibras multimodo se usan comúnmente en aplicaciones de corta distancia, menores a 1 km, es simple de diseñar y económico.
- Fibra monomodo: es una fibra óptica en la que solo se propaga un modo de luz. Se logra reduciendo el diámetro del núcleo de la fibra hasta un tamaño (8.3 a 10 micrones) que sólo permite un modo de propagación. Su transmisión es paralela al eje de la fibra. A diferencia de las fibras multimodo, las fibras monomodo permiten alcanzar grandes distancias (hasta 400 km máximo, mediante un láser de alta intensidad) y transmitir elevadas tasas de información (del orden de las decenas de Gb/s).
Tipos según su diseño
De acuerdo a su diseño, existen dos tipos de cable de fibra óptica
- Cable de estructura holgada
Es un cable empleado tanto para exteriores como para interiores que consta de varios tubos de fibra rodeando un miembro central de refuerzo y provisto de una cubierta protectora. Cada tubo de fibra, de dos a tres milímetros de diámetro, lleva varias fibras ópticas que descansan holgadamente en él. Los tubos pueden ser huecos o estar llenos de un gel hidrófugo que actúa como protector anti humedad impidiendo que el agua entre la fibra. El tubo holgado aisla la fibra de las fuerzas mecánicas exteriores que se ejerzan sobre el cable. Su núcleo se complementa con un elemento que le brinda resistencia a la tracción que bien puede ser de varilla flexible metálica o dieléctrica como elemento central o de hilaturas de Aramida o fibra de vidrio situadas periféricamente.
2. Cable de estructura ajustada
Es un cable diseñado para instalaciones en el interior de los edificios, es más flexible y con un radio de curvatura más pequeño que el que tienen los cables de estructura holgada. Contiene varias fibras con protección secundaria que rodean un miembro central de tracción, todo ello cubierto de una protección exterior. Cada fibra tiene una protección plástica extrusionada directamente sobre ella, hasta alcanzar un diámetro de 900 micrómetros rodeando al recubrimiento de 250 micrómetros de la fibra óptica. Esta protección plástica además de servir como protección adicional frente al entorno, también provee un soporte físico que serviría para reducir su coste de instalación al permitir reducir las bandejas de empalmes.
Componentes de la fibra
Dentro de los componentes que se usan en la fibra óptica caben destacar los siguientes: los conectores, el tipo de emisor del haz de luz, los conversores de luz, etc.
- Transmisor de energía óptica: lleva un modulador para transformar la señal electrónica entrante a la frecuencia aceptada por la fuente luminosa, la cual convierte la señal electrónica (electrones) en una señal óptica (fotones) que se emite a través de la fibra óptica.
- Detector de energía óptica: normalmente es un fotodiodo que convierte la señal óptica recibida en electrones (es necesario también un amplificador para generar la señal).
Su componente es el silicio y se conecta a la fuente luminosa y al detector de energía óptica. Dichas conexiones requieren una tecnología compleja.
Tipos de conectores
Estos elementos se encargan de conectar las lineas de fibra a un elemento, ya que puede ser un transmisor o un receptor. Los tipos de conectores disponibles son muy variados, entre los que podemos encontrar se hallan los siguientes:- FC, que se usa en la transmisión de datos y en las telecomunicaciones.
- FDDI, se usa para redes de fibra óptica.
- LC y MT-Array, que se utilizan en transmisiones de alta densidad de datos.
- SC Y SC-Dúplex, se utilizan para la transmisión de datos.
- ST ó BFOC, se usa en redes de edificios y en sistemas de seguridad.
Emisores de haz de luz
Estos dispositivos se encargan de convertir la señal eléctrica en señal luminosa, emitiendo el haz de luz que permite la transmisión de datos, estos emisores pueden ser de dos tipos:
- LEDs. Utilizan una corriente de 50 a 100 mA, su velocidad es lenta, solo se puede usar en fibras multimodo, pero su uso es fácil y su tiempo de vida es muy grande, además de ser económicos.
- Lasers. Este tipo de emisor usa una corriente de 5 a 40 mA, son muy rápidos, se puede usar con los dos tipos de fibra, monomodo y multimodo, pero por el contrario su uso es difícil, su tiempo de vida es largo pero menor que el de los LEDs y también son mucho más costosos.
Conversores de luz-corriente eléctrica
Este tipo de dispositivos convierten las señales luminosas que proceden de la fibra óptica en señales eléctricas. Se limitan a obtener una corriente a partir de la luz modulada incidental, esta corriente es proporcional a la potencia recibida, y por tanto, a la forma de onda de la señal moduladora. Se fundamenta en el fenómeno opuesto a la recombinación, es decir, en la generación de pares elctrón-hueco a partir de los fotones. El tipo más sencillo de detector corresponde a una unión semiconductora P-N. Las condiciones que debe cumplir un foto-detector para su utilización en el campo de las comunicaciones, son las siguientes:
- La corriente inversa (en ausencia de luz) debe ser muy pequeña, para asi poder detectar señales ópticas muy débiles (alta sensibilidad).
- Rapidez de respuesta (gran ancho de banda).
- El nivel de ruido generado por el propio dispositivo ha de ser mínimo.
- Hay dos tipos de detectores: los fotodiodos PIN y los de avalancha APD.
Detectores PIN
Su nombre viene de que se componen de una unión P-N y entre esa unión se intercala una nueva zona de material inttrínseco, la cual mejora la eficacia del detector. Se utiliza principalmente en sistemas que permiten una fácil discriminación entre posibles niveles de luz y en distancias cortas.
Detectores APD
Los fotodiodos de avalancha son fotodetectores que muestran, aplicando un alto voltaje en inversa, un efecto interno de ganancia de corriente (aproximadamente 100), debido a que la ionización del impacto (efecto avalancha). El mecanismo de estos detectores consiste en lanzar un electrón a gran velocidad (con la energía suficiente), contra un átomo para que sea capaz de arrancarle otro electrón.
Estos detectores, a su vez, pueden clasificarse en tres tipos:
- de silicio: presentan un bajo nivel de ruido y un rendimiento de hasta el 90% trabajando en primera ventana. Requieren alta tensión de alimentación (200-300V).
- de germanio: aptos para trabajar con longitudes de onda comprendidas entre 1000 y 1300 nm y con un rendimiento del 70%.
- de compuestos de los grupos III y V de la tabla periódica.
A continuación se anexa un vídeo complementario a la información previamente dada.
Ventajas, desventajas y aplicaciones de la fibra óptica
Ventajas
- Permite anchos de banda o velocidades de datos mucho más grandes que la de los cables tradicionales.
- Logran distancias mayores con menor atenuación en la señal que el cobre, lo que se traduce en menos repetidores en distancias largas.
- No son sensibles a la interferencia electromagnética contrastando con los cables de metal que sufren muchos problemas por ese inconveniente.
- Son menos susceptibles a robos ya que el alto precio del cobre ocasiona que estos cables sean buscados para hurtar y vender.
- No transmiten electricidad por lo que son más seguros y no son vulnerables a cortos circuitos, fugas de corriente, etc.
- Son más seguros, ya que los cables de cobre pueden ser interceptados casi imperceptiblemente mientras que la fibra no.
- Es mucho más ligera y esto reduce los costos de transporte e infraestructura.
- La fibra óptica es menos vulnerable a los cambios de temperatura que alteran el rendimiento de los cables tradicionales.
Desventajas
- Es muy frágil, puede sufrir daños fácilmente si no se cuida y trata como en caso de reparaciones es más complicado.
- El empalme de la fibra en el momento de despliegue como en caso de reparaciones es más complicado.
- Los codificadores y decodificadores que transmiten y reciben la información son más costosos y sofisticados, además de ser exclusivamente digitales ya que no es factible la transmisión de información analógica en una fibra lo que requiere de conversiones de señal previa y posteriormente a su transmisión a través de la fibra.
- Al no poder transmitir electricidad, se requieren cables eléctricos paralelos para alimentar los repetidores de señal intermedios.
Algunas de las aplicaciones de la fibra óptica son en el campo de la medicina, arqueología, sensores, aplicaciones militares, iluminación, telecomunicaciones y transportes.
Fuentes de referencia
https://sites.google.com/site/redesbasico150/introduccion-a-los-estandares-de-cableado/estandares-tia-eia
http://neo.lcc.uma.es/evirtual/cdd/tutorial/fisico/Mtransm.html
http://www.ciens.ucv.ve/sistoper3/Medios%20de%20Transmision.pdf
http://serbal.pntic.mec.es/srug0007/archivos/radiocomunicaciones/5%20MEDIOS%20DE%20TRANSMISION/APUNTES%20MEDIOS%20DE%20TRANSMISI%D3N.pdf
http://sistemaformatico.blogspot.com/2013/02/medios-de-transmision-guiados-y-no.html
http://www.viakon.com/catalogo/producto/226/rg-8-sfs-mcu
http://www.foro.tvc.mx/kb/a2067/diferencias-cables-coaxial-rg59-rg6-y-rg11.aspx
https://www.geoenciclopedia.com/fibra-optica/
https://www.pandaancha.mx/noticias/fibra-optica-caracteristicas-ventajas.html
https://www.onubaelectronica.es/diodo-avalancha.htm
http://www2.udec.cl/~jdupre/fibra/apli.html
Excelente Enrique valor de esta actividad 10%
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