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UNIDAD III: Medios de Transmisión La comunicación a través de una red es transportada por un medio de transmisión. El medio proporciona el canal por el cual viaja el mensaje desde el origen hasta el destino. Las redes modernas utilizan principalmente tres tipos de medios para interconectar los dispositivos y proporcionar la ruta por la cual pueden transmitirse los datos. Estos medios son:  hilos metálicos dentro de los cables,  fibras de vidrio o plásticas (cable de fibra óptica), y  transmisión inalámbrica. La codificación de señal que se debe realizar para que el mensaje sea transmitido es diferente para cada tipo de medio. En los hilos metálicos, los datos se codifican dentro de impulsos eléctricos que coinciden con patrones específicos. Las transmisiones por fibra óptica dependen de pulsos de luz, dentro de intervalos de luz visible o infrarroja. En las transmisiones inalámbricas, los patrones de ondas electromagnéticas muestran los distintos valores de bits. Los diferentes tipos de medios de red tienen diferentes características y beneficios. No todos los medios de red tienen las mismas características ni son adecuados para el mismo fin. Los criterios para elegir un medio de red son:  La distancia en la cual el medio puede transportar exitosamente una señal,  El ambiente en el cual se instalará el medio,  La cantidad de datos y la velocidad a la que se deben transmitir, y  El costo del medio y de la instalación.  Fiabilidad. Comunicación A Través De Conductores Metálicos Características importantes de los cables Es importante conocer aquellas características constructivas de los conductores metálicos (cables de cobre), ya que las mismas influyen en forma drástica en la forma de dimensionar los sistemas de comunicaciones que utilizan este medio.     

Impedancia Característica. Reflexiones. Atenuación. Limitación de la velocidad de transmisión de un cable. Vulnerabilidad.

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Impedancia Característica Es un parámetro importante tanto desde el punto de vista de la frecuencia como desde el punto de vista de la adaptación de potencias entre circuitos. Visto desde el ángulo de la transmisión de la información es claro que tanto menor sea la impedancia característica tanto menor será la atenuación del circuito y menores las desviaciones de frecuencia producidas por efectos capacitivos e inductivos. En general, la impedancia característica es un parámetro definido para cada tipo de cable, pero en caso de no contar con la información adecuada podemos usar una sencilla forma de hallarla en base a algunos datos constructivos del cable. Es importante saber que la impedancia característica es función de la frecuencia de la señal que transporta el medio y por ello, el valor indicado por el fabricante solo tiene valor en un rango de frecuencia determinado llamado Ancho de Banda del medio. Reflexiones La reflexión es el cambio de dirección de una onda que ocurre en la superficie de separación entre dos medio, de tal forma que regresa al medio inicial. Atenuación Uno de los parámetros que define las características de un cable (de cierta longitud) es su resistencia distribuida r0 que se mide en ohmios por metro y que según las leyes eléctricas básicas produce una caída de tensión proporcional a la misma. Este fenómeno llamado atenuación depende mayormente de este parámetro y se ve como una disminución de la potencia de la señal a medida que esta avanza por el cable (o cualquier otro medio). Limitación de la velocidad de transmisión de un cable La velocidad de transmisión a través de cualquier medio está dada por C = AB. log2 (1 + S/N) Donde AB es el Ancho de Banda soportado por el medio con comportamiento lineal y S/N es la relación Señal Ruido imperante en el medio. Concluimos entonces que si consideramos a la relación S/N como una constante (afirmación muy cierta en la mayoría de los casos), la velocidad máxima de transmisión teórica en un medio es directamente proporcional al Ancho de banda que soporta. Haciendo los cálculos obtenemos que para un par trenzado, este límite ronda entre los 400 y 450 Mbps en situaciones normales. Vulnerabilidad Hace referencia a la vulnerabilidad a interferencias electromagnéticas del ambiente.

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Tipos de Cable Par Trenzado El par trenzado es el medio guiado más económico y a la vez más usado. El par trenzado consiste dos alambres de cobre que se encuentran aislados por una cubierta plástica y torcidos uno contra otro. El par torcido a su vez, se encuentra cubierto por una cubierta aislante y protectora en la capa exterior llamada JACKET.

Cable UTP

Los colores del aislante están normalizados a fin de su manipulación por grandes cantidades. Para Redes Locales los colores estandarizados son: Naranja / Blanco – Naranja. Verde / Blanco – Verde. Blanco / Azul – Azul Blanco / Marrón – Marrón Existen los siguientes tipos: Cable UTP: UTP son las siglas de Unshielded Twisted Pair. Es un cable de pares trenzado y sin recubrimiento metálico externo, de modo que es sensible a las interferencias; sin embargo, al estar trenzado compensa las inducciones electromagnéticas producidas por las líneas del mismo cable. Es importante guardar la numeración de los pares, ya que de lo contrario el efecto del trenzado no será eficaz, disminuyendo sensiblemente, o incluso impidiendo, la capacidad de transmisión. Es un cable económico, flexible y sencillo de instalar. La impedancia de un cable es de 100 ohmios. Cable STP: STP son siglas de Shield Twisted Pair. Este cable es semejante al UTP pero se le añade un recubrimiento metálico por cada par para evitar las interferencias externas. Por tanto, es un cable más protegido, pero menos flexible que el primero. El sistema de trenzado es idéntico al del cable UTP. La resistencia de un cable STP es de 150 ohmios.

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Cable FTP: Iniciales de Foiled Twisted Pair o pares trenzados por una lámina. Esta reduce las emisiones al exterior del propio cable y le protege de las interferencias que se le pudieran inducir por radiaciones. Se trata de un UTP con apantallamiento general. Cable S-UTP: Es un cable UTP recubierto con una malla y una lamina metálica; este doble apantallamiento le permite satisfacer mejora las exigencias de protección frente a radiaciones de alta y baja frecuencia. En estos cables podemos distinguir dos clasificaciones: Categorías: Cada categoría especifica unas características eléctricas para el cable: atenuación, capacidad de línea e impedancia. 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 CLASES

CLASE A

CLASE B

CLASE C

CLASE D

Ancho de Banda

100 Khz.

1 MHz

20 MHz

100 MHz

Categoría 3

2Km

No existe

Categoría 4

3Km

No existe

Categoría 5

3Km

Categorías UTP El par trenzado, el UTP (Unshielded Twisted Pair Cabling), o cable par trenzado sin blindaje y el cable STP (Shielded Twisted Pair Cabling), o cable par trenzado blindado. En la siguiente tabla se muestran las diferentes categorías de cables UTP y su aplicación.

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Distintas categorías del cable UTP Tipo

Aplicación

Categoría 1

Voz solamente (cable telefónico)

Categoría 2

Datos hasta 4 Mbps (LocalTalk [Apple])

Categoría 3

Datos hasta 10 Mbps (Ethernet)

Categoría 4

Datos hasta 20 Mbps (16 Mbps Token Ring)

Categoría 5

Datos hasta 100 Mbps (Fast Ethernet)

Categoría 5e

Datos hasta 1000 Mbps (Gigabit Ethernet)

Cable UTP Level 6, 7 a) UTP Level 6 Cable de categoría 6, es un estándar de cables para Gigabit Ethernet y otros protocolos de redes, compatible con versiones anteriores, con los estándares de categoría 5/5e y categoría 3. La categoría 6 posee características y especificaciones para crosstalk (diafonía, es la transmisión de señales de un hilo a otro circundante) y ruido. El estándar de cable es utilizable para 10BASE-T, 100BASE-TX y 1000BASE-TX (Gigabit Ethernet). Alcanza frecuencias de hasta 250 MHz en cada par y una velocidad de 1Gbps. 1 - Revestimiento exterior 2 - Par trenzado 3 - Separador de los pares, en forma de cruz

b) UTP Level 7 El Cable de Categoría 7, es un estándar de cable para Ethernet y otras tecnologías de interconexión, compatible con los tradicionales cables de Ethernet Cable de Categoría 5 y Cable de Categoría 6. El Categoría 7 posee especificaciones aún más estrictas para crosstalk y ruido en el sistema que Categoría 6. Para lograr esto, el blindaje ha sido agregado a cada par de cable individualmente y para el cable entero.

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El estándar Categoría 7 fue creado para permitir 10 Gigabit Ethernet sobre 100 metros de cableado de cobre. El cable contiene, como los estándares anteriores, 4 pares trenzados de cobre.

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Cable Coaxial Este tipo de cable consiste de un conductor central fijo (axial) rodeado por un material aislante, que después lleva una cubierta metálica en forma de malla como segundo conductor. La capa exterior evita que las señales de otros cables o que la radiación electromagnética afecte la información conducida por el cable coaxial.

Conductor Interno: Alambre de cobre rojo recocido de 4,40 mm de diámetro. Dieléctrico: Compuesto por un tubo de polietileno de baja densidad con separador helicoidal para mantener centrado el alambre y espuma de polietileno en la parte externa. Conductor Externo: de poli cloruro de vinilo (PVC). Aunque la instalación del cable coaxial es más complicada que la del UTP, este tiene un alto grado de resistencia a las interferencias. Por otra parte también es posible conectar distancias mayores que con los cables de par trenzado. El cable coaxial se usa para transmitir tanto señales analógicas como digitales. El cable coaxial tiene una respuesta en frecuencia mejor que la de par trenzado, permitiendo por lo tanto mayores frecuencias y velocidades de transmisión. Sus principales limitaciones son la atenuación, el ruido térmico, y el ruido de intermodulación. Para la transmisión de señales analógicas a larga distancia, se necesitan amplificadores separados entre si a distancias del orden de pocos kilómetros, estando mas alejados cuanto mayor es la frecuencia de trabajo. El espectro de la señalización analógica se extiende hasta aproximadamente 500 MHz. Para señalización digital, en cambio, se necesita un repetidor aproximadamente cada kilómetro, e incluso menos cuanto mayor sea la velocidad de transmisión. En redes de área local se utilizan dos tipos de cable coaxial, el fino y el grueso conocidos como thin coaxial y thick coaxial a) Cable Coaxial Delgado Cable estándar Ethernet, se usa para comunicaciones de larga distancia (hasta 185 metros), es flexible y tiene un grosor de ¼ de pulgada, se conecta directamente a la tarjeta de red de la computadora usando el conector T denominado BNC.

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Con frecuencia se pueden escuchar referencias al cable coaxial fino como thinnet o 10Base2. Esto hace referencia a una red de tipo Ethernet con un cableado coaxial fino, donde el 2 significa que el mayor segmento posible es de 200 metros, siendo en la práctica reducido a 185 m. El cable coaxial es muy popular en las redes con topología de BUS. b) Cable Coaxial Grueso Cables estándar Ethernet, se usa para comunicaciones de larga distancia (hasta 500 metros), es rígido ya que tiene un grosor de ½ pulgadas, se utiliza como columna vertebral al que se conectan cables coaxiales delgados con el conector AUI o conector DIX. Con frecuencia se pueden escuchar referencias al cable coaxial grueso como thicknet o 10Base5. Esto hace referencia a una red de tipo Ethernet con un cableado coaxial grueso, donde el 5 significa que el mayor segmento posible es de 500 metros. El cable coaxial grueso tiene una capa plástica adicional que protege de la humedad al conductor de cobre. Esto hace de este tipo de cable una gran opción para redes de BUS extensas, aunque hay que tener en cuenta que este cable es difícil de doblar.

Comunicación a través de trayectorias ópticas La Fibra Óptica Otra forma de transmitir información, en vez de utilizar señales eléctricas o electromagnéticas, consiste en emplear señales luminosas. Las fibras ópticas son elementos dieléctricos, fabricados de cristal o plástico que actuando como guía, permiten conducir haces de luz portadores de información a grandes distancias, con muy pocas pérdidas y no necesariamente a través de trayectorias rectilíneas.

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Estructura de una fibra óptica

En la composición de una fibra óptica pueden reconocerse tres elementos principales:  El núcleo  El revestimiento  La cubierta El núcleo, compuesto de óxido de silicio (vidrio) libre de impurezas, tiene forma cilíndrica y presenta un índice de refracción perfectamente controlado. Constituye el camino efectivo por donde se conducirá la información. El revestimiento es una doble capa de material plástico cuya misión principal es la de protección del núcleo que por su naturaleza es sumamente frágil. La primera capa, de consistencia blanda, distribuye uniformemente las cargas sobre la fibra, reduciendo las deformaciones por microcurvaturas. La segunda capa, de consistencia rígida, protege a la fibra contra daños mecánicos. La cubierta se ajusta perfectamente a la fibra o grupo de ellas. Consiste en un tubo plástico, generalmente relleno con una sustancia pastosa o gelatinosa que ayuda a establecer una completa hermeticidad longitudinal y resistencia a presiones mecánicas externas. En general existen diferentes tipos de cables de fibras ópticas, cuyas variantes principales se deben a la cantidad de fibras contenidas, el alma y la cubierta protectora, variantes originadas por el tipo de servicio que deben prestar o el entorno donde serán emplazados. Principio De Funcionamiento Una fibra óptica funciona como una guía que conduce los haces luminosos portadores de información por su interior. Este hecho se basa en un principio físico conocido como Ley de Huygens para la reflexión y dice que cuando un haz de luz en un medio denso llega a la interfase con otro medio de menor densidad, incidiendo con un ángulo mayor que el denominado ángulo crítico, es totalmente reflejado. En el caso particular de una fibra óptica, como el medio de mayor densidad (el núcleo) se encuentra totalmente inmerso en el de menor densidad (el revestimiento), el haz de luz quedará completamente atrapado dentro del núcleo, transmitiéndose dentro de él por sucesivas reflexiones internas.

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Importancia del ángulo de incidencia Puesto que los rayos se alejan de la normal cuando entran en un medio menos denso, el ángulo de incidencia, denominado ángulo crítico, resulta cuando el rayo refractado forma un ángulo de 90º con la normal, (superficie de separación entre ambos medios). Si el ángulo de incidencia se hace mayor que el ángulo crítico, los rayos de luz serán totalmente reflejados.

n1: índice de refracción del material 1 n2: índice de refracción del material 2 θ1= es el ángulo de incidencia (grados) θ2 = es el ángulo de refracción (grados) Por Snell n2sen θ2 = n1sen θ1 Si θ2 = 90º θ1 = θC= ángulo crítico

Entonces para θ1 > θC => reflexión total

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Fibras Monomodo y Multimodo Básicamente existen dos modos de transmisión de las señales luminosas a través de una fibra óptica, que a su vez identifican al tipo de fibra:

Mono modo Modos Multi modo

De índice escalonado De índice gradual

Monomodo: Las fibras de este modo poseen un diámetro comparable a la longitud de onda de las señales que transmiten. Bajo esta condición, una sola señal puede incorporarse a la fibra y se propagará en línea recta. La ventaja de este modo es el gran A.B. que presenta, típicamente 2 GHz/Km, siendo las desventajas más importantes el difícil acoplamiento de la fibra al emisor dado su pequeño diámetro y una fuerte atenuación.

Fibra monomodo Multimodo: La transmisión de información a través de fibras multimodo se consigue cuando el diámetro de la fibra es mucho mayor a la longitud de onda de las señales a transmitir. En este caso, varios haces luminosos pueden ingresar simultáneamente a la fibra con diferentes ángulos de incidencia y se transmitirán por reflexiones sucesivas a lo largo de la trayectoria, llegando al extremo final con diferentes fases con la posibilidad de ser capturados individualmente. De acuerdo a las características constructivas de la fibra, se pueden individualizar dos tipos distintos de transmisión multimodo, como se indican a continuación. Multimodo de índice escalonado, se obtiene cuando la superficie de separación entre el núcleo y el revestimiento está claramente definida, dando lugar a que los rayos luminosos con diferentes ángulos de incidencia se propaguen por reflexiones sucesivas por diferentes trayectorias.

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Fibra multimodo de índice escalonado Fibras de este tipo presentan una importante limitación en el A.B. de la señales. Esto se debe a que las señales luminosas en general se componen de varias longitudes de onda, siendo la velocidad de propagación de cada una de ellas diferentes para un mismo índice de refracción. Cuando el A.B. es muy amplio se produce por lo tanto una distorsión de la señal denominada dispersión cromática. Como ventaja de este tipo de fibras se puede resaltar una relativa simplicidad tecnológica en su fabricación. Las fibras multimodo de índice gradual minimizan el efecto de la dispersión cromática y permiten un mayor A.B. Este efecto se consigue dopando convenientemente a la fibra durante su construcción, de modo que el índice de refracción disminuya en forma parabólica desde el centro del núcleo hacia la periferia.

Fibra multimodo de índice gradual En este caso las diferentes señales dejan de seguir caminos zigzagueantes para conducirse por trayectorias ondulantes compensándose la mayor longitud de los caminos recorridos en las trayectorias exteriores por un incremento en la velocidad de la luz dada por la variación del índice de refracción.

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Conectores de Fibra Optica

Comparación con las características del cable de cobre En comparación con el sistema convencional de cables de cobre, donde la atenuación de sus señales es de tal magnitud que requieren de repetidores cada dos kilómetros para regenerar la transmisión, en el sistema de fibra óptica se pueden instalar tramos de hasta 70 km sin que haya necesidad de recurrir a repetidores, lo que también hace más económico y de fácil mantenimiento este material.

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SISTEMA DE TRANSMISIÓN ÓPTICO Dentro del sistema de transmisión, la fibra óptica constituye solo el medio por el cuál se propaga la información. Un esquema de los componentes básicos del sistema se observa en la figura siguiente: Transductor Emisor

Señal Eléctrica

Señal Óptica

Fibra Óptica

Transductor Receptor

Señal Eléctrica

Sistema de transmisión óptico

Básicamente consta de un transductor emisor o transductor electroóptico, que recibe las señales eléctricas de la información y las convierte en señales luminosas equivalentes que serán acopladas a la fibra. Transductores de este tipo pueden ser diodos emisores de luz (LED) o diodos láser (LD). Los diodos emisores de luz son dispositivos semiconductores capaces de emitir luz por emisión espontánea al ser excitados eléctricamente. Se caracterizan por su pequeña superficie de emisión, que adaptada al diámetro del núcleo de la fibra, permiten un elevado rendimiento en el acoplamiento de la luz. Uno de los parámetros críticos de estos elementos es la frecuencia límite de modulación a partir de la cuál las variaciones de la luz emitida no siguen a las variaciones de la corriente inyectada. Los valores de este parámetro están limitados por el tiempo de duración de una recombinación radiante que es alrededor de algunos nanosegundos, lo que establece frecuencias límites de trabajo de algunos cientos de Mhz. Los diodos láser son básicamente diodos emisores de luz con elementos selectivos de la longitud de onda. Esto permite que aún con bajas intensidades de emisión total, a partir del LED, se consigan elevadas potencias de salida óptica conjuntamente con una emisión espectral más estrecha posibilitando un mayor alcance de la señal para la misma atenuación con un menor efecto de la dispersión cromática respectivamente. En el punto destino, la información es recibida por un transductor receptor o transductor opto-eléctrico, que vuelve a convertirla en señales eléctricas equivalentes. Como elemento receptor se utiliza generalmente un fotodiodo semiconductor cuyas dimensiones se encuentran adaptadas al diámetro de la fibra. Según las aplicaciones se fabrican de distintos componentes como ser silicio (Si), germanio (Ge) o fosfuro-arseniuro-galio-indio (InGaAsP); diferenciándose fundamentalmente por su fotosensibilidad, margen de longitud de onda y velocidad binaria de recepción.

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Alteración De Las Señales Así como las señales eléctricas o electromagnéticas sufren distintos tipos de alteraciones durante su propagación, las señales luminosas también pueden sufrir modificaciones, aunque algunas de ellas sean de naturaleza diferente, propias de este tipo de señal o del medio que las conduce. Atenuación: Como todo medio físico, pese a que el rendimiento operativo de las fibras ópticas como medio de transmisión es bastante elevado, no es ideal. Debido a la absorción en el material y dispersión de la luz, el haz emitido sufre una pérdida de energía durante su trayecto, conocida como atenuación, principalmente en función de la longitud de onda () de la señal. Considerando que P0 es la potencia luminosa del haz inyectado en la fibra, puede constatarse que la potencia decrece exponencialmente con la longitud de la fibra óptica de forma: PL  P0 .10



.L 10

donde PL = potencia a la distancia L P0 = potencia inicial  = coef. de atenuación [db/Km] L = longitud de la fibra [Km] Por ejemplo, considerando un valor típico de  = 0,5 db/Km, se obtiene, en base a la ecuación anterior, que la señal ha perdido la mitad de su potencia aproximadamente a los 6 Km. Dispersión modal: Está producida por la superposición de modos, aún para la misma longitud de onda, pero por caminos diferentes, lo que produciría la llegada de señales que partieron al mismo tiempo, en instante diferentes, dependiendo del camino seguido. Dispersión cromática: Intrínsecamente ligada a las características de producción de las señales por el emisor, ocurre cuando el haz contiene componentes con diferentes longitudes de onda (ancho espectral ((). Luego, debido a que la velocidad de propagación en un mismo medio es función de la longitud de onda, el arribo de las componentes en el punto destino será diferente respecto del instante de partida. Dispersión del perfil: Se produce para las fibras multimodo de índice gradual, cuando el perfil establecido para el gradiente del índice de refracción no se cumple, por lo tanto, tampoco se cumplirán las correcciones de velocidades fijadas para ese perfil.

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Ventajas De La Transmisión Óptica La transmisión por fibras ópticas presenta importantes ventajas en comparación con otros métodos, especialmente los que utilizan hilos conductores. Por ejemplo:  Gran A.B., típicamente entre los 500 Mhz a los 2 Ghz dependiendo del modo, que se traduce en una enorme capacidad de transferencia de información.  Permite el multiplexado de múltiples señales en la misma fibra, empleando diferentes portadoras, aún cuando estas señales ya contengan un multiplexado a nivel eléctrico.  Muy pocas pérdidas, debido principalmente a la absorción de la señal por el material y no por radiación como es característico de otros métodos. Esto permite por lo tanto transmisiones a mayores distancias sin necesidad de regenerar la señal.  La transmisión es muy segura puesto que al no irradiar energía al exterior ni permitir acoplamientos ilegales sin modificaciones importantes del sistema.  Alta inmunidad al ruido electromagnético externo, debido a que la información se transmite mediante fotones y no con electrones, permitiendo una transmisión con muy bajo contenido de errores bajo cualquier ambiente en que sea instalada la fibra.  El peso y tamaño de los cables empleados es muy reducido, especialmente en comparación con cables convencionales, facilitando el proceso de instalación y por consiguiente su costo y mantenimiento.  La instalación es inmune a las condiciones climáticas externas (temperatura, humedad, vapores, etc.) debido a una perfecta aislación de la fibra con el exterior.  La tasa de error en la transmisión es muy baja, del orden de 10-9, frente a 10-6, tasa promedio de los medios conductores. Desventajas De La Transmisión Óptica  Costo elevado respecto al cable (esta cambiando)  Mas frágil que el cable de cobre (relativo)  Se necesitan conversores de medio opto-eléctrico y viceversa  Solo puede usarse para transmisiones digitales

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Transmisión Inalámbrica En medios no guiados, tanto la transmisión como la recepción se llevan a cabo mediante antenas. En la transmisión, la antena radia energía electromagnética en el medio (normalmente aire), y en la recepción la antena capta ondas electromagnéticas el medio que la rodea. Básicamente en las transmisiones inalámbricas hay dos tipos de configuraciones para la emisión y recepción de esta energía: direccional y omnidireccional. En la direccional, toda la energía se concentra en un haz que es emitido en una cierta dirección, por lo que tanto el emisor como el receptor deben estar alineados. En el método omnidireccional, la energía es dispersada en múltiples direcciones, por lo que varias antenas pueden captarla. Cuanto mayor es la frecuencia de la señal a transmitir, más factible es la transmisión unidireccional. Por tanto, para enlaces punto a punto se suelen utilizar microondas (altas frecuencias). Para enlaces con varios receptores posibles se utilizan las ondas de radio (bajas frecuencias). Los infrarrojos se utilizan para transmisiones a muy corta distancia (en una misma habitación). En el estudio de las comunicaciones inalámbricas, se van a considerar tres rangos de frecuencias. El primer intervalo que va desde los 2GHz hasta los 40 GHz se denomina de frecuencia microondas. En estas frecuencias de trabajo se pueden conseguir haces altamente direccionales, por lo que las microondas son adecuadas para enlaces punto a punto. Las microondas también se usan para las comunicaciones vía satélite. Las frecuencias que van desde 30 MHz a 1 GHz son adecuadas para las aplicaciones omnidireccionales. A este rango de frecuencias lo denominamos intervalo de ondas de radio. Otro rango de frecuencias importante para las aplicaciones de índole local, es la zona de infrarrojos del espectro que va en términos generales desde los 11 10 3x hasta los 14 10 2x Hz. Los infrarrojos son útiles para la conexiones locales punto a punto así como para aplicaciones multipunto dentro de área de cobertura limitada Por tanto, para enlaces punto a punto se suelen utilizar microondas (altas frecuencias). Para enlaces con varios receptores posibles se utilizan las ondas de radio (bajas frecuencias). Los infrarrojos se utilizan para transmisiones a muy corta distancia (en una misma habitación). Comunicación por satélites orbitales Conceptos básicos sobre el funcionamiento de un satélite Un satélite de comunicaciones es esencialmente una estación que retransmite microondas. Se usa como enlace entre dos o más receptores/transmisores terrestres, denominadas base. Una estación terrena A transmite al satélite señales de una frecuencia determinada (canal de subida). Por su parte, el satélite recibe estas señales y las retransmite a otra estación terrena B mediante una frecuencia distinta (canal de bajada). La señal de bajada puede ser recibida por cualquier estación situada dentro del cono de radiación del satélite, y puede transportar voz, datos o imágenes de televisión. De esta manera se impide que los canales

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de subida y de bajada se interfieran, ya que trabajan en bandas de frecuencia diferentes. La capacidad que posee una satélite de recibir y retransmitir se debe a un dispositivo conocido como transpondedor. Los transpondedores de satélite trabajan a frecuencias muy elevadas, generalmente en la banda de los GHz. La mayoría de los satélites de comunicaciones están situados en una órbita denominada geoestacionaria, que se encuentra a 36000 Km sobre el ecuador. Esto permite que el satélite gire alrededor de la tierra a la misma velocidad que ésta, de modo que parece casi estacionario. Así, las antenas terrestres pueden permanecer orientadas hacia una posición relativamente estable (lo que se conoce como “sector orbital”) ya que el satélite mantiene la misma posición relativa con respecto a la superficie de la tierra.

Satélites Geosincrónicos.  Orbitan a la misma velocidad de la tierra.  Se ubican en un corte ecuatorial  Son una antena repetidora de señales.  Cubren una “pisada”.

determinada

superficie

terrestre

denominada

 Tienen una vida útil de unos 10 años. Satélites LEO (Orbita baja – Low Earth Orbit)  Surgen por la escasez de espacio en el cinturón geosincrónico  No se trata de un solo satélite sino de un conjunto de ellos que funcionan en forma coordinada.  Giran más rápido que la tierra.

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Ancho De Banda Frecuencias de Transmisión La mayoría de los satélites que proporcionan servicio de enlace punto a punto operan entre 5,925 y 6,425 GHz para la transmisión desde las estaciones terrestres hacia el satélite (canal ascendente) y ente 3,7 y 4,2 GHz para la transmisión desde el satélite hasta la tierra (canal descendente). Esta combinación se conoce como banda 4/6 GHz. Nótese que las frecuencias ascendentes son diferentes de las descendentes. En una transmisión continua y sin interferencias, el satélite no podrá transmitir y recibir en el mismo rango de frecuencias. Así pues, las señales que se reciben desde las estaciones terrestres en una frecuencia dada se deberán devolver en otra distintas. La banda 4/6 GHz esta dentro de la zona optima de frecuencias de 1 a 10 GHz, ahora bien su utilización exhaustiva ha llegado a la saturación. Debido a posibles interferencias, por ejemplo microondas terrestres operando en un mismo rango, las restantes frecuencias del intervalo óptimo no se pueden utilizar. Por tanto se han desarrollado otras bandas alternativas como 12/14 GHz, el canal ascendente esta situado entre 14 y 14,5 GHz y la banda descendente esta entre 11,7 y 14,2 GHz. Retardo en las transmisiones Existe un retardo de unos 0.5 segundos en las comunicaciones debido a las grandes distancias involucradas que deben recorrer las señales. Este retardo es apreciable si se trata de una conversación telefónica ordinaria. Pero además, estos retrasos introducen problemas adicionales a la hora de controlar los errores y el flujo de transmisión. Las estaciones terrenas suelen estar lejos de los usuarios y a menudo se necesitan caros enlaces de alta velocidad. Las estaciones situadas en la banda de bajas frecuencias (la banda C) están dotadas de grandes antenas (de unos 30 metros de diámetro) y son extremadamente sensibles a las interferencias. Por este motivo suelen estar situadas lejos de áreas habitadas. Las estaciones que trabajan en la banda Ku disponen de una antena menor y son menos sensibles a las interferencias. Utilizar un enlace de microondas de alta capacidad sólo ayudaría a complicar los problemas de ruido que presente el enlace con el satélite. Microondas Microondas terrestres Suelen utilizarse antenas parabólicas. El tamaño típico es de diámetro de unos 3mts. Estas antenas se fijan rígidamente, y trasmite un haz estrecho que debe estar perfectamente enfocado hacia la antena receptora. Las antenas de microondas se sitúan a una altura apreciable sobre el nivel del suelo, para con ello conseguir mayores separaciones posibles entre ellas y pasa ser capaces de salvar posibles obstáculos. Para conexionas a larga distancia, se utilizan conexiones intermedias punto a punto entre antenas parabólicas.

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Se suelen utilizar en sustitución del cable coaxial o las fibras ópticas ya que se necesitan menos repetidores y amplificadores, aunque se necesitan antenas alineadas. Se usan para transmisión de televisión y voz. La principal causa de pérdidas es la atenuación debido a que las pérdidas aumentan con el cuadrado de la distancia (con cable coaxial y par trenzado son logarítmicas). La atenuación aumenta con las lluvias. Las interferencias es otro inconveniente de las microondas ya que al proliferar estos sistemas, pude haber más solapamientos de señales. Ventajas De Los Radioenlaces De Microondas Comparados Con Los Sistemas De Línea Metálica 

Volumen de inversión generalmente más reducido.



Instalación más rápida y sencilla.



Conservación generalmente más económica y de actuación rápida.



Puede superarse las irregularidades del terreno.



La regulación solo debe aplicarse al equipo, puesto que las características del medio de transmisión son esencialmente constantes en el ancho de banda de trabajo.



Puede aumentarse la separación incrementando la altura de las torres.

entre

repetidores,

Desventajas De Los Radioenlaces De Microondas Comparados Con Los Sistemas De Línea Metálica 

Explotación restringida a tramos con visibilidad directa para los enlaces.



Necesidad de acceso adecuado a las estaciones repetidoras en las que hay que disponer de energía y acondicionamiento para los equipos y servicios de conservación. Se han hecho ensayos para utilizar generadores autónomos y baterías de células solares.



La segregación, aunque es posible y se realiza, no es tan flexible como en los sistemas por cable



Las condiciones atmosféricas pueden ocasionar desvanecimientos intensos y desviaciones del haz, lo que implica utilizar sistemas de diversidad y equipo auxiliar requerida, supone un importante problema en diseño.

Ondas de radio Cuando los electrones oscilan en un circuito eléctrico, parte de su energía se convierte en radiación electromagnética. La frecuencia (la rapidez de la oscilación) debe ser muy alta para producir ondas de intensidad aprovechable que, una vez formadas, viajan por el espacio a la velocidad de la luz. Cuando una de esas ondas encuentra una antena metálica, parte de su

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Redes I

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energía pasa a los electrones libres del metal y los pone en movimiento, formando una corriente alterna cuya frecuencia es la misma que la de la onda. Este es, sencillamente, el principio de la comunicación por radio. La diferencia más palpable entre las microondas y las ondas de radio es que estas últimas son omnidireccionales, mientras que las primeras tienen un diagrama de radiación mucho más direccional. Por tanto, las ondas de radio no necesitan antenas parabólicas, ni necesitan que dichas antenas estén instaladas sobre una plataforma rígida para estar alineadas. Con el término ondas de radio se alude de una manera poco precisa a todas las bandas de frecuencia desde 3 kHz a 300 Ghz. Aquí dicho término se considera que abarca la banda VHF y parte de la UHF : de 30MHz a 1 GHz. Este rango cubre la radio comercial FM, así como televisión UHF y VHF. Este rango también se utiliza para una serie de aplicaciones de redes de datos. El rango de frecuencias comprendido entre 30 MHz y 1 GHz es muy adecuado para la difusión simultánea a varios destinos. A diferencia de las ondas electromagnéticas con frecuencias menores, la ionosfera es transparente para ondas de radio superiores a 30 MHz. Así pues, la trasmisión es posible cuando las antenas están alineadas, no produciéndose interferencias entre los transmisores debidas a la reflexiones con la atmósfera. A diferencia de la región de las microondas, las ondas de radio son menos sensibles a la atenuación producida por la lluvia. Un factor determinante en las ondas de radio son las interferencias por multitrayectorias. Entre las antenas, debido a la reflexión en la superficie terrestre, el mar u otros objetos, pueden aparecer multitrayectorias. Este efecto se observa con frecuencia en el receptor de TV y consiste en que se puede observar varias imágenes (o sombras) cuando pasa un avión. Las diferencias entre las ondas de radio y las microondas son: 

Las microondas son unidireccionales y las ondas de radio omnidireccionales.

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Las microondas son más sensibles a la atenuación producida por la lluvia.

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En las ondas de radio, al poder reflejarse estas ondas en el mar u otros objetos, pueden aparecer múltiples señales "hermanas".

Infrarrojos Las comunicaciones mediante infrarrojos se llevan a cabo mediante trasmisores y receptores (“transceivers”) que modulan luz infrarroja no coherente. Los emisores y receptores de infrarrojos (“transceivers”) deben estar alineados o bien estar en línea tras la posible reflexión de rayo en superficies como las paredes. En infrarrojos no existen problemas de seguridad ni de interferencias ya que estos rayos no pueden atravesar los objetos (paredes por ejemplo). Tampoco es necesario permiso para su utilización (en microondas y ondas de radio si es necesario un permiso para asignar una frecuencia de uso).

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