Curso de Telecomunicaciones y Redes

Curso de Telecomunicaciones y Redes

Introduccin

HISTORIA DE LAS COMUNICACIONES

tele-comunicaciones: Comunicacin a grandes distancias

Las Telecomunicaciones se encargan del TRANSPORTE de la INFORMACION a grandes distancias a travs de un medio o CANAL de comunicacin por medio de SEALES.

La misin de las telecomunicaciones es transportar la mayor cantidad de informacin en el menor tiempo de una manera segura. Esto se logra por medio de varias tcnicas tales como la Modulacin, codificacin, Compresin, Formateo, Multicanalizacin, Esparciendo el espectro, etc.

5000 A.C. PREHISTORIA . El hombre prehistrico se comunicaba por medio de gruidos y otros sonidos (primer forma de comunicacin). Adems, con seales fsicas con las manos y otros movimientos del cuerpo.

"la comunicacin a grandes distancias era bastante compleja".

3000 A.C. Egipcios: representaban las ideas mediante smbolos (hieroglyphics), as la informacin podra ser transportada a grandes distancias al ser transcritas en medios como el papel papiro, madera, piedras, etc.

"ahora los mensajes pueden ser enviados a grandes distancias al llevar el medio de un lugar a otro".

1,700 - 1,500 A.C Un conjunto de smbolos fue desarrollado para describir sonidos individuales, y estos smbolos son la primera forma de ALFABETO que ponindolos juntos forman las PALABRAS. Surgio en lo que es hoy Siria y Palestina. Ms informacin

"la distancia sobre la cual la informacin es movida, sigue siendo todava limitada".

GRIEGOS Desarrollan la Heliografa (mecanismo para reflejar la luz del sol en superficies brillosas como los espejos ).

"Aqu tambin el Transmisor y el Receptor debern conocer el mismo cdigo para entender la informacin".

430 D.C. Los ROMANOS utilizaron antorchas (sistema ptico telegrfico) puestas en grupos apartados a distancias variantes, en la cima de las montaas para comunicarse en tiempos de guerra.

Cuando la heliografa las antorchas romanas fueron usadas "el enemigo" poda ver la informacin (descifrar), y as fue introducido el concepto de CODIFICACIN.

Este tipo de comunicacin se volva compleja, cuando se quera mover informacin a muy grandes distancias (se haca uso en ocasiones de repetidores).

1500s AZTECAS Comunicacin por medio mensajes escritos y llevados por hombres a pie. (heraldos)

FRICA Y SUDAMRICA: Comunicacin por medios acsticos (tambores y cantos).

NORTEAMRICA Los indios de Norteamrica hacan uso de seales de humo.

"Estos dos ltimos tipos de comunicacin funcionaban mientras el sonido del tambor se escuchaba o las seales de humo se vean".

1860s Sistemas pticos Telegrficos (uso de banderas, o semforos) por la caballeria de EUA.

1860 (Abril 3) : Comunicacin (mensajeria) va caballos (PONY Express). La idea era proveer el servicio mas rapido de entegra de correo entre las ciudades de St. Joseph, Missouri, y Sacramento, California. El servicio termino a finales de Octubre de 1861 al empezar el telegrafo en los EUA. Mas informacin

COMUNICACIONES ELCTRICAS

1752 Descubrimiento de la electricidad (pararayos) por Benjamin Franklin en los E.U.

1800-1837 Descubrimientos preliminares: Volta descubre los principios de la batera; Tratados matemticos de Fourier, Cauchy y Laplace; Experimentos con electricidad y magnetismo por Oersted, Ampere, Faraday, y Henry; La Ley de Ohm; primeros Sistemas telegrficos por Gauss, Weber, Wheatstone y Cooke.

1844 El nacimiento de la TELEGRAFA. El Telgrafo, primera forma de comunicacin elctrica. Inventado por Samuel Morse.

A finales de 1844 se puso en operacin el primer enlace telegrfico, entre las ciudades de Washington, D.C y Baltimore, MA. < conductor. un como empleada ser puede tierra la que encuentra Steinheil>

1845 Son enunciadas las Leyes de Kirchhoff.

1861 las lneas telegrficas cubren casi todo Estados Unidos.

1864 James Clerk Maxwell desarrolla la "Teora Dinmica del campo elecctromagntico" Predice la radiacin electromagntica.

1865 Se crea la International Telegraph Union (ITU), organizacin internacional encargada de la creacin y aprobacin de estndares en comunicaciones. En la actualidad esta organizacin se llama International Telecommunications Union.

1866 Se instala el cableado telegrfico trasatlntico, entre Norteamrica e Inglaterra, por la compaa Cyrus Field & Associates.

1873 James C. Maxwell desarrolla las matemticas necesarias para la teora de las comunicaciones.

1874 El francs Emile Baudot desarrolla el primer multiplexor telegrfico; permita 6 usuarios simultneamente sobre un mismo cable, los caracteres individuales eran divididos mediante un determinado cdigo (protocolo).

1876Marzo 7, se otorga la patente #174,465 a Alexander Graham Bell. El nacimiento de la TELEFONA, la mayor contribucin al mundo de las comunicaciones; se transmite el primer mensaje telefnico cuando G. Bell le llam a su asistente, Thomas Watson, que se encontraba en el cuarto de al lado, y le dijo las inmortales palabras "Watson, come here; I want you."

Alexander G. Bell us los circuitos existentes del telgrafo, pero us corriente elctrica para pasar de un estado de encendido a apagado y viceversa. La invencin de Bell era sensitiva al sonido, de tal modo creaba vibraciones en un dafragma receptor con el cual el esperaba que fuera entendido por la gente sorda y proveer comunicacin entre ellos.

Dibujo inicial del telfono por Alexander G. Bell en 1876 1878 Primer enlace telefnico, en New Haven , Conn. con ocho lneas.

1882 Se construye la primer pizarra telefnica manual (switchboard), llamada Beehive, desarrollada para una localidad centralizada que podra ser usada para interconectar varios usuarios por telfono.

1887 Telegrafa Inalmbrica, Heinrich Hertz comprueba la Teora de Maxwell; Demostraciones de Marconi y Popov.

Edison desarrolla un transductor de "botn de carbn"; Strower inventa la conmutacin "paso a paso".

1888 Heinrich Rudolph Hertz mostr que las ondas electromagnticas existan y que ellas podran ser usadas para mover informacin a muy grandes distancias.

Esto sera el predecesor de la propagacin electromagntica o transmisin de radio.

1889 Almon B. Strowger, inventa el telfono de marcado que se perfecciona en 1896.

En el intervalo Strowger tambin desarrolla el primer conmutador telefnico automatico (PABX), el cual consista de cinco botones. El primer botn fue llamado "descolgado" (release), con el cual empieza el conmutador, el siguiente botn eran las centenas, y identifican el primer dgito de los nmeros de 3 dgitos marcados. Este botn era presionado un nmero de veces para indicar el nmero marcado; y as sucesivamente las decenas y unidades.

1892 Se establece el primer enlace telefnico entre las ciudades de New York y Chicago.

1896 Guglielmo Marconi obtuvo la patente sobre la tecnologa de comunicaciones inalmbricas (la radio).

1897 Se instalan lneas telefnicas por todo Estados Unidos.

1898 En 1898 Marconi hace realidad la tecnologa inalmbrica cuando el segua la regata de Kingstown y manda un reporte a un peridico de Dublin, Irlanda.

1899 Se desarrolla la teora de la "Carga en los Cables" por Heaviside, Pupin y Campbell; Oliver Heaviside saca una publicacin sobre clculo operacional, circuitos y electromagnetismo.

1904 Electrnica Aplicada al RADIO y TELFONO Lee De Forest inventa el Audion (triode) basado en el diodo de Flemming; se desarrollan filtros bsicos por Campbells y otros.

1915 Se hacen experimentos con radio difusin AM (Amplitud Modulada).

Primer lnea telefnica transcontinental con repetidores electrnicos.

1918 Debido a que el uso del telfono se incrementaba da a da, era necesario desarrollar una metodologa para combinar 2 o ms canales sobre un simple alambre. Esto se le conoce como "multicanalizacin".

E.H. Armstrong perfecciona el radio receptor superheterodyne Se establece la primera Estacin de Radio FM, KDKA en Pittsburgh.

1920-1928 Se desarrolla la "Teora de transmisin seal a ruido" por J.R. Carson, H. Nyquist, J.B. Johnson, y R. V. Hartley.

1923-1938 La tecnologa de la TELEVISIN fue simultaneamente desarrollada por investigadores en los E.U., Unin sovietica y la Gran Bretaa.

1937 La BBC (British Broadcasting Corporation) obtiene el crdito por hacer la primer cobertura en por TV, al cubrir la sucesin de la corona del rey George VI en 1937.

1931 Se inicia el servicio de Teletipo (predecesor del FAX).

1934 Se crea la Federal Communication Commision (FCC) en los E.U., organismo que regula las comunicaciones en ese pas. Roosevelt firma el acta.

1936 Se descubre "Un mtodo de reduccin de disturbancias en sealizacin de radio por un sistema de modulacin en frecuencia" por Edwin H. Armstrong, que propicia la creacin de la radio FM.

1937 Alec Reeves concibe la Modulacin por Codificacin de Pulsos (PCM) usada hoy en da en telefona.

1940 Primer computadora, llamada Z2 por Konrad Zuse (Alemn).

1941 La FCC autoriza la primer licencia para la emisin de TV(formato NTSC, 525 lneas, 60 cuadros por segundo).

Se funda la primer estacin de FM por Edwin H. Armstrong; Universidad de Columbia WKCR.

1945 Aparece un artculo en la revista Wireless World escrito por el matemtico britanico, futurista y escritor de ciencia ficcin Arthur C. Clarke (autor de la novela 2001: Odisea del espacio) donde propone la comunicacin va satlites artificiales.

1948 Quizs el mayor evento en las comunicaciones del mundo ocurre, cuando Claude Shannon desarroll su "Teora matemtica de las comunicaciones" Shannon desarrolla el concepto "Teora de la Informacin ".

1948-1951 Es inventado el transistor por Bardeen, Brattain, y Shockley; con este descubrimiento se reduce significativamente el tamao y la potencia de los equipos de comunicaciones.

1950 Se establece el primer enlace de comunicaciones va MICROONDAS, proviendo comunicaciones en una alto volumen a muy grandes distancias.

La multicanalizacin por Divisin de Tiempo (TDM) es aplicada a la telefona.

1955 Narinders Kapany de la India descubre que una fibra de vidrio aislada puede conducir luz a gran distancia (primeros estudios sobre las fibras pticas)

< satlite. por comunicaciones de sistema propone Pierce J.R.>

1956 Primer cable telefnico transocenico (36 canales de voz).

1957 Octubre 4, es lanzado por la USSR el primer SATLITE atificial, llamado Sputnik.

1958 Desarrollo de Sistemas de Transmisin de Datos a Larga Distancia para propsitos militares.

1960 Aparecen los telfonos de marcacin por tonos.

Mainman demuestra el primer LASER.

1961 Los circuitos integrados entran a produccin comercial.

1962 Es lanzado el satlite Telstar I por la NASA, fue el primer satlite comercial.

Permiti comunicaciones entre Europa y Norteamrica por solo pocas horas al da.

1962-1966 El nacimiento de las comunicaciones digitales de alta velocidad. El servicio de la transmisin de datos es ofrecido comercialmente; canales de banda ancha para seales digitales; PCM es usada para transmisin de TV y voz.

1963 Se perfecciona los osciladores de microondas de Estado Slido por Gunn.

1964 Fue formado INTELSAT (International Telecommunications Satellite Organization).

< de electrnicos. completamente telefnica Conmutacin Sistemas los servicio en ponen Se>

1965 INTELSAT lanza el satlite Pajaro Madrugador (Early Bird).

Permiti los primeros intercambios de programacin de T.V. entre Norteamerica y Europa.

El satlite Mariner IV transmite las primeras imgenes de Marte.

1969 Enero 2, el gobierno de los Estados Unidos le da vida a INTERNET cuando un equipo de cientficos empiezan a hacer investigaciones en redes de computadoras. La investigacin fue fundada por la Advanced Research Projects Agency -ARPA, una organizacin del Departamento de Defensa de los E.U., mejor conocida como ARPANET.

1970 Canad y Estados Unidos desarrollaron satlites para comunicaciones dentro de Norteamrica.

1971 En noviembre de 1971, primer microprocesador comercial fabricado por Intel Inc. modelo 4004 (costo $ 200 dlls, 2,300 transistores, 0.06 MIPS).

1972 Noviembre 9, Canada lanza su primer satlite ANIK.

1974 Estados Unidos lanza los satlites Western Union's Westar I & II.

Ambos, Westar I & II y ANIK contaban con una docena de canales de televisin. (en comparacin con el pjaro madrugador que solo contaba con un solo canal).

1975 La compaia RCA entra al negocio de las comunicaciones espaciales con el lanzamiento de SATCOM I.

Este fue el primer satlite con 24 canales, y que ms tarde contara con ms de 57,000 subscriptores registrados.

El 30 de septiembre Home Box Office (HBO) comienza el primer servicio de TV distribuido por satlite. En esta ocasin HBO transmiti el campeonato mundial de Box entre Muhammad Ali y Joe Frazier desde Manila, a la cual titularon "The Thriller in Manila".

1976 Ted Turner, un propietario de la estacin de TV independiente WTBS (Turner Broadcast Service) de la Ciudad de Atlanta, empieza a transmitir TV va satlite a travs de todo Estados Unidos. Empieza as la primer Super Estacin de TV.

1979 Se crea el consorcio INMARSAT (INternational MARitime SATellite organization), provee comunicaciones y servicios de navegacin a embarcaciones va satlite.

1980 Es adoptado el estndar internacional para fax (Grupo III), hasta la fecha usado para transmisin de facsmil.

Bell System (hoy AT&T) introduce las fibras pticas a la telefona.

Septiembre, se presentan las especificaciones de la red Ethernet, definidas por Robert Meltcalfe en PARC (Palo Alto Reseach Center) de Xerox, aunado a DEC e Intel.

1981 Nace la TELEFONA CELULAR

1981 Nace la Televisn de Alta definicin HDTV

1983 La FCC aprueba la tecnologa de televisin va microondas MMDS (Multichannel Multipoint Distribution Service).

En E.U., primer telfono celular con tecnologa analgica.

1985 Mxico lanza su primer satlite llamado Morelos I. 1988 En EU la FCC aprueba la HDTV, al ao siguiente Japn empieza a usar dicha tecnologa.

1989 Es lanzado el segundo satlite mexicano Morelos II.

1993 En EU, comienza la telefona celular con tecnologa digital.

Intel Corp. introduce al mercado el procesador PENTIUM. Al ao siguiente, los usuarios comienzan a detectar fallas en el microprocesador, lo que crea una gran controversia.

El presidente de los E.U. se convierte en el primer mandatario en usar Internet al mandar un mensaje electrnico; su direccin electrnica es president@whitehouse.gov.

En Noviembre es lanzado el satelite Solidaridad I. (ste sustituye al Morelos I)

1994 Es puesto en rbita el satlite Solidaridad II. Ambos satlites tienen una vida estimada til de 14 aos y operan en las bandas C, Ku, y L.

1995 Junio 7, se publica la Ley Federal de Telecomunicaciones en Mxico.

1996 En Octubre, USRobotics introduce la tecnologa X2 para modems, con velocidades de 56 Kbps.

1997 Enero 1, Comienza la apertura telefnica (de larga dist.) en Mxico.

Licitacin del espectro para Televisin por MMDS y PCS en Mxico.

Empieza la comercializacin de ADSL en EU.

La ITU estandariza los modems de 56 Kbps (recomendacin V.90)

1998 En Noviembre'98 septiembre comienzan los servicios del sistema de satlites de rbita baja (LEO) Iridium; En Diciembre 4, Mxico lanz el quinto satlite (SATMEX V) que remplazar al Morelos II. MODELO DE UN SISTEMA DE COMUNICACIONES

La Comunicacin es la transferencia de informacin con sentido desde un lugar (remitente, fuente, originador, fuente, transmisor) a otro lugar (destino, receptor). Por otra parte Informacin es un patrn fsico al cual se le ha asignado un significado comnmente acordado. El patrn debe ser nico (separado y distinto), capaz de ser enviado por el transmisor, y capaz de ser detectado y entendido por el receptor.

Si la informacin es intercambiada entre comunicadores humanos, por lo general se transmite en forma de sonido, luz o patrones de textura en forma tal que pueda ser detectada por los sentidos primarios del odo, vista y tacto. El receptor asumir que no se est comunicando informacin si no se reciben patrones reconocibles.

En la siguiente figura se muestra un diagrama a bloques del modelo bsico de un sistema de comunicaciones, en ste se muestran los principales componentes que permiten la comunicacin.

Elementos bsicos de un sistema de comunicaciones

ELEMENTOS DEL SISTEMA

En toda comunicacin existen tres elementos bsicos (imprescindibles uno del otro) en un sistema de comunicacin: el transmisor, el canal de transmisin y el receptor. Cada uno tiene una funcin caracterstica.

El Transmisor pasa el mensaje al canal en forma se seal. Para lograr una transmisin eficiente y efectiva, se deben desarrollar varias operaciones de procesamiento de la seal. La ms comn e importante es la modulacin, un proceso que se distingue por el acoplamiento de la seal transmitida a las propiedades del canal, por medio de una onda portadora.

El Canal de Transmisin o medio es el enlace elctrico entre el transmisor y el receptor, siendo el puente de unin entre la fuente y el destino. Este medio puede ser un par de alambres, un cable coaxial, el aire, etc. Pero sin importar el tipo, todos los medios de transmisin se caracterizan por la atenuacin, la disminucin progresiva de la potencia de la seal conforme aumenta la distancia.

La funcin del Receptor es extraer del canal la seal deseada y entregarla al transductor de salida. Como las seales son frecuentemente muy dbiles, como resultado de la atenuacin, el receptor debe tener varias etapas de amplificacin. En todo caso, la operacin clave que ejecuta el receptor es la demodulacin, el caso inverso del proceso de modulacin del transmisor, con lo cual vuelve la seal a su forma original.

Elementos de un sistema de comunicaciones elctricas

Definiciones de trminos bsicos utilizados en las telecomunicaciones:

Sistema de transmisin de datos: El conjunto de componentes que hacen posible la conduccin de seales de datos, en uno o en varios sentidos, utilizando, para ello, vas las generales de telecomunicacin.

Seal: Cualquier evento que lleve implcita cierta informacin.

Canal: Medio por el cual se transmite la informacin.

Transductor: Dispositivo que convierte algn tipo de energa en una seal elctrica.

Decibel: Unidad para medir la intensidad relativa de una seal, tal como potencia, voltaje, etc. El nmero de decibeles es diez veces el logaritmo (base 10) de la relacin de la cantidad medida al nivel de referencia.

Modulacin: Proceso mediante el cual se utiliza la seal de banda base para modificar algn parmetro de una seal portadora de mayor frecuencia.

Seal portadora: Seal senoidal de alta frecuencia a la cual usualmente se hace que vare alguno de sus parmetros (amplitud, frecuencia, fase), en proporcin a la seal de banda base.

Modulacin en Amplitud (AM): En este tipo de modulacin, el parmetro de la portadora que vara es su amplitud.

Modulacin en Frecuencia (FM): En este tipo de modulacin, el parmetro de la portadora que vara es su frecuencia.

Modulacin en Fase (PM): En este tipo de modulacin, el parmetro de la portadora que vara es su fase.

Seal de banda base: La seal elctrica que se obtiene directamente desde la fuente del mensaje (no tiene ningn tipo de modulacin).

Seal analgica: Aquella seal cuya forma de onda es continua.

Seal digital: Aquella seal cuya forma de onda es discreta.

Periodo: Es el tiempo requerido para un ciclo completo de una seal electrica o evento.

Frecuencia: Representa el nmero de ciclos completos por unidad de tiempo de una seal elctrica. Se expresa generalmente en Hertz (ciclos/segundo).

Longitud de Onda: Es la longitud en metros que existe entre cresta y cresta de una seal elctrica. La longitud de onda es igual a la velocidad de la luz entre la frecuencia.

Donde: es la longitud de onda en mts.

c es la velocidad de la luz (3x108 mts/seg)

f es la frecuencia (1Hertz=1/seg)..

Atenuacin: Disminucin gradual de la amplitud de una seal, prdida o reduccin de amplitud de una seal al pasar a travs de un circuito o canal, debida a resistencias, fugas, etc. Puede definirse en trminos de su efecto sobre el voltaje, intensidad o potencia. Se expresa en decibeles sobre unidad de longitud.

Filtro pasa baja: Es un arreglo de componentes electrnicos que solo deja pasar las frecuencias menores a la frecuencias de corte.

fc =Donde: fc es la frecuencia de corte en Hz

R es la resistencia en ohms, y

C es la capacitancia en faradios.

Filtro pasa alta: Es un arreglo de componentes electrnicos que solo deja pasar las frecuencias mayores a la frecuencias de corte.

Filtro pasa banda: Circuito que slo permite el paso de las frecuencias comprendidas en cierta banda y que al mismo tiempo atenua en alto grado todas las frecuencias ajenas a esta banda.

Ancho de banda del Canal: Es el rango de frecuencias que ste puede transmitir con razonable fidelidad.

Ancho de banda de una seal: Es el rango de frecuencias que contienen la mayor cantidad de potencia de la seal.

Lmitaciones de los canales de comunicacion: Ruido, y la Capacidad del canal.Ruido: Toda energa elctrica que contamina la seal deseada (ruido trmico, ruido elctrico, interferencia, distorsin, etc.).

Interferencia: Es cualquier perturbacin en la recepcin de una seal en forma natural o artificial (hecha por el hombre) causada por seales indeseables.

Relacin seal a ruido: Relacin de la potencia de la seal deseada a la potencia de ruido en un punto especfico y para unas condiciones especficas en un punto dado.

Capacidad del Canal: ndice de transmisin de informacin por segundo.

Esta dado por la ecuacin de Shannon:

Donde: C es la capacidad del canal en bps.

B es el ancho de banda en Hz

S/R es la relacin seal a ruido en dB

Espectro radioelctrico: Gama de frecuencias que permite la propagacin de las ondas electromagnticas. La asignacin de estas frecuencias est estandarizada por organismos internacionales.

CONTAMINACIONES DE LA SEAL

Durante la transmisin de la seal ocurren ciertos efectos no deseados. Uno de ellos es la atenuacin, la cual reduce la intensidad de la seal; sin embargo, son ms serios la distorsin, la interferencia y el ruido, los cuales se manifiestan como alteraciones de la forma de la seal. Al introducirse estas contaminaciones al sistema, es una prctica comn y conveniente imputrselas, pues el transmisor y el receptor son considerados ideales. En trminos generales, cualquier perturbacin no intencional de la seal se puede clasificar como "ruido", y algunas veces es difcil distinguir las diferentes causas que originan una seal contaminada. Existen buenas razones y bases para separar estos tres efectos, de la manera siguiente:

Distorsin: Es la alteracin de la seal debida a la respuesta imperfecta del sistema a ella misma. A diferencia del ruido y la interferencia, la distorsin desaparece cuando la seal deja de aplicarse.

Interferencia: Es la contaminacin por seales extraas, generalmente artificiales y de forma similar a las de la seal. El problema es particularmente comn en emisiones de radio, donde pueden ser captadas dos o ms seales simultneamente por el receptor. La solucin al problema de la interferencia es obvia; eliminar en una u otra forma la seal interferente o su fuente. En este caso es posible una solucin perfecta, si bien no siempre prctica.

Ruido: Por ruido se debe de entender las seales aleatorias e impredecibles de tipo elctrico originadas en forma natural dentro o fuera del sistema. Cuando estas seales se agregan a la seal portadora de la informacin , sta puede quedar en gran parte oculta o eliminada totalmente. Por supuesto que podemos decir lo mismo en relacin a la interferencia y la distorsin y en cuanto al ruido que no puede ser eliminado nunca completamente, ni an en teora.

MODULACIN

Muchas seales de entrada no pueden ser enviadas directamente hacia el canal, como vienen del transductor. Para eso se modifica una onda portadora, cuyas propiedades se adaptan mejor al medio de comunicacin en cuestin, para representar el mensaje.

Definiciones:

"La modulacin es la alteracin sistemtica de una onda portadora de acuerdo con el mensaje (seal modulada) y puede ser tambin una codificacin"

"Las seales de banda base producidas por diferentes fuentes de informacin no son siempre adecuadas para la transmisin directa a travs de un a canal dado. Estas seales son en ocasiones fuertemente modificadas para facilitar su transmisin." Una portadora es una senoide de alta frecuencia, y uno de sus parmetros (tal como la amplitud, la frecuencia o la fase) se vara en proporcin a la seal de banda base s(t). De acuerdo con esto, se obtiene la modulacin en amplitud (AM), la modulacin en frecuencia (FM), o la modulacin en fase (PM). La siguiente figura muestra una seal de banda base s(t) y las formas de onda de AM y FM correspondientes. En AM la amplitud de la portadora varia en proporcin a s(t), y en FM, la frecuencia de la portadora varia en proporcin a s(t).

Es interesante hacer hincapi en que muchas formas de comunicacin no elctricas tambin encierran un proceso de modulacin, y la voz es un buen ejemplo. Cuando una persona habla, los movimientos de la boca ocurren de una manera mas bien lenta, del orden de los 10 Hz, que realmente no pueden producir ondas acsticas que se propaguen. La transmisin de la voz se hace por medio de la generacin de tonos portadores, de alta frecuencia, en las cuerdas vocales, tonos que son modulados por los msculos y rganos de la cavidad oral. Lo que el odo capta como voz, es una onda acstica modulada, muy similar a una onda elctrica modulada.

PORQUE SE MODULA?

Existen varias razones para modular, entre ellas:

Facilita la PROPAGACIN de la seal de informacin por cable o por el aire.

Ordena el RADIOESPECTRO, distribuyendo canales a cada informacin distinta.

Disminuye DIMENSIONES de antenas.

Optimiza el ancho de banda de cada canal

Evita INTERFERENCIA entre canales.

Protege a la Informacin de las degradaciones por RUIDO.

Define la CALIDAD de la informacin trasmitida.

Modulacin para facilidad de radiacin: Una radiacin eficiente de energa electromagntica requiere de elementos radiadores (antenas) cuyas dimensiones fsicas sern por lo menos de 1/10 de su longitud. de onda. Pero muchas seales, especialmente de audio, tienen componentes de frecuencia del orden de los 100 Hz o menores, para lo cual necesitaran antenas de unos 300 km de longitud si se radiaran directamente. Utilizando la propiedad de traslacin de frecuencias de la modulacin, estas seales se pueden sobreponer sobre una portadora de alta frecuencia, con lo que se logra una reduccin sustancial del tamao de la antena. Por ejemplo, en la banda de radio de FM, donde las portadoras estn en el intervalo de 88 a 108 MHz, las antenas no deben ser mayores de un metro.

donde es la longitud de onda en mts c es la velocidad de la luz (3 x 10 8 m/s) f es la frecuencia en Hz

Modulacin para reducir el ruido y la interferencia: Se ha dicho que es imposible eliminar totalmente el ruido del sistema. Y aunque es posible eliminar la interferencia, puede no ser prctico. Por fortuna, ciertos tipos de modulacin tiene la til propiedad de suprimir tanto el ruido como la interferencia. La supresin, sin embargo, ocurre a un cierto precio; generalmente requiere de un ancho de banda de transmisin mucho mayor que el de la seal original; de ah la designacin del ruido de banda ancha. Este convenio de ancho de banda para la reduccin del ruido es uno de los intereses y a veces desventajosos aspectos del diseo de un sistema de comunicacin.

Modulacin por asignacin de frecuencia: El propietario de un aparato de radio o televisin puede seleccionar una de varias estaciones, an cuando todas las estaciones estn transmitiendo material de un programa similar en el mismo medio de transmisin. Es posible seleccionar y separar cualquiera de las estaciones, dado que cada una tiene asignada una frecuencia portadora diferente. Si no fuera por la modulacin, solo operara una estacin en un rea dada. Dos o ms estaciones que transmitan directamente en el mismo medio, sin modulacin, producirn una mezcla intil de seales interferentes.

Modulacin para multicanalizacin: A menudo se desea transmitir muchas seales en forma simultnea entre dos puntos. Las tcnicas de multicanalizacin son formas intrnsecas de modulacin, permiten la transmisin de mltiples seales sobre un canal, de tal manera que cada seal puede ser captada en el extremo receptor. Las aplicaciones de la multicanalizacin comprenden telemetra de datos, emisin de FM estereofnica y telefona de larga distancia. Es muy comn, por ejemplo, tener hasta 1,800 conversaciones telefnicas de ciudad a ciudad, multicanalizadas y transmitidas sobre un cable coaxial de un dimetro menor de un centmetro.

Modulacin para superar las limitaciones del equipo: El diseo de un sistema queda generalmente a la disponibilidad de equipo, el cual a menudo presenta inconvenientes en relacin con las frecuencias involucradas. La modulacin se puede usar para situar una seal en la parte del espectro de frecuencia donde las limitaciones del equipo sean mnimas o donde se encuentren ms fcilmente los requisitos de diseo. Para este propsito, los dispositivos de modulacin se encuentran tambin en los receptores, como ocurre en los transmisores.

COMO SE MODULA ?

Frecuentemente se utilizan dispositivos electrnicos SEMICONDUCTORES con caractersticas no lineales (diodos, transistores, bulbos), resistencias, inductancias, capacitores y combinaciones entre ellos. Estos realizan procesos elctricos cuyo funcionamiento es descrito de su representacin matemtica.

s(t) = A sen (wt + @ )

donde: A es la ampitud de la portadora (volts) w es la frecuencia angular de la portadora (rad/seg) @ ngulo de fase de la portadora (rad)

QUE TIPOS DE MODULACIN EXISTEN ?

Existen bsicamente dos tipos de modulacin: la modulacin ANALGICA, que se realiza a partir de seales analgicas de informacin, por ejemplo la voz humana, audio y video en su forma elctrica y la modulacin DIGITAL, que se lleva a cabo a partir de seales generadas por fuentes digitales, por ejemplo una computadora.

Modulacin Analgica: AM, FM, PM

Modulacin Digital: ASK, FSK, PSK, QAM

COMO AFECTA EL CANAL A LA SEAL ?

Depende del medio o canal, ya que hay unos mejores que otros, aunque tambin depende del tipo de modulacin y aplicacin.

Los principales efectos que sufre la seal al propagarse son:

Atenuacin

Desvanecimiento

Ruido Blanco aditivo

Interferencia externa

Ruido de fase

Reflexin de seales

Refraccin

Difraccin

Dispersin

QUE RELACIN EXISTE ENTRE LA MODULACIN Y EL CANAL ?

El canal influye fuertemente en la eleccin del tipo de modulacin de un sistema de comunicaciones, principalmente debido al ruido.

CANAL: Ruido, Distorsin, Interferencia y Atenuacin.

MODULACIN: Inmunidad al ruido, Protege la calidad de la informacin, Evita interferencia.

LIMITACIONES FUNDAMENTALES EN LA COMUNICACIN ELCTRICA

En el diseo de un sistema de comunicacin o de cualquier sistema para esta materia, el ingeniero se coloca frente a dos clases generales de restricciones: por un lado, los factores tecnolgicos, es decir, los factores vitales de la ingeniera y por otra parte, las limitaciones fsicas fundamentales impuestas por el propio sistema, o sean, las leyes de la naturaleza en relacin con el objetivo propuesto.

Puesto que la ingeniera es, o debe ser, el arte de lo posible, ambas clases de restricciones deben ser analizadas al disear el sistema. Hay mas de una diferencia, pues los problemas tecnolgicos son problemas de practibilidad que incluyen consideraciones tan diversas como disponibilidad del equipo, interaccin con sistemas existentes, factores econmicos, etc., problemas que pueden ser resueltos en teora, aunque no siempre de manera practica. Pero las limitaciones fsicas fundamentales son justamente eso; cuando aparecen en primer plano, no existen recursos, incluso en teora. No obstante, los problemas tecnolgicos son las limitaciones que en ltima instancia sealan si pueden o no ser salvadas. Las limitaciones fundamentales en la transmisin de la informacin por medios elctricos son el ancho de banda y el ruido.

La limitacin del ancho de banda

La utilizacin de sistemas eficientes conduce a una reduccin del tiempo de transmisin, es decir, que se transmite una mayor informacin en el menor tiempo. Una transmisin de informacin rpida se logra empleando seales que varan rpidamente con el tiempo. Pero estamos tratando con un sistema elctrico, el cual cuenta con energa almacenada; y hay una ley fsica bien conocida que expresa que en todos los sistemas, excepto en los que no hay perdidas, un cambio en la energa almacenada requiere una cantidad definida de tiempo. As, no podemos incrementar la velocidad de la sealizacin en forma arbitraria, ya que en consecuencia el sistema dejar de responder a los cambios de la seal.

Una medida conveniente de la velocidad de la seal es su ancho de banda, o sea, el ancho del espectro de la seal. En forma similar, el rgimen al cual puede un sistema cambiar energa almacenada, se refleja en su respuesta de frecuencia til, medida en trminos del ancho de banda del sistema. La transmisin de una gran cantidad de informacin en una pequea cantidad de tiempo, requiere seales de banda ancha para representar la informacin y sistemas de banda ancha para acomodar las seales. Por lo tanto, dicho ancho de banda surge como una limitacin fundamental.

Cuando se requiere de una transmisin en tiempo real, el diseo debe asegurar un adecuado ancho de banda del sistema. Si el ancho de banda es insuficiente, puede ser necesario disminuir la velocidad de sealizacin, incrementndose as el tiempo de transmisin. A lo largo de estas mismas lneas debe recalcarse que el diseo de equipo no es con mucho un problema de ancho de banda absoluto o fraccionario, o sea, el ancho de banda absoluto dividido entre la frecuencia central. Si con una seal de banda ancha se modula una portadora de alta frecuencia, se reduce el ancho de banda fraccional y con ello se simplifica el diseo del equipo. Esta es una razn por que en seales de TV cuyo ancho de banda es de cerca de 6 MHz se emiten sobre portadoras mucho mayores que en la transmisin de AM, donde el ancho de banda es de aproximadamente 10 Hz.

Asimismo, dado un ancho de banda fraccionario, resultado de las consideraciones del equipo, el ancho de banda absoluto puede incrementarse casi indefinidamente yendo hasta frecuencias portadoras mayores. Un sistema de microondas de 5 GHz puede acomodar 10,000 veces mas informacin en un periodo determinado que una portadora de radiofrecuencia de 500 KHz, mientras que un rayo lser cuya frecuencia sea de 5xlOl4 Hz tiene una capacidad terica de informacin que excede al sistema de microondas en un factor de 105, o sea, un equivalente aproximado de 10 millones de canales de TV. Por ello es que los ingenieros en comunicaciones estn investigando constantemente fuentes de portadoras de altas frecuencias nuevas y utilizables para compensar el factor ancho de banda. La limitacin ruido

El xito en la comunicacin elctrica depende de la exactitud con la que el receptor pueda determinar cual seal es la que fue realmente transmitida, diferenciandola de las seales que podran haber sido transmitidas. Una identificacin perfecta de la seal seria posible solo en ausencia de ruido y otras contaminaciones, pero el ruido existe siempre en los sistemas elctricos y sus perturbaciones sobrepuestas limitan nuestra habilidad para identificar correctamente la seal que nos interesa y as, la transmisin de la informacin.

Pero porqu es inevitable el ruido? Detalle curioso, la respuesta proviene de la teora cintica. Cualquier partcula a una temperatura diferente de cero absoluto, posee una energa trmica que se manifiesta como movimiento aleatorio o agitacin trmica. Si la partcula es un electrn, su movimiento aleatorio origina una corriente aleatoria. Luego, si esta corriente aleatoria ocurre en un medio conductor, se produce un voltaje aleatorio conocido como ruido trmico o ruido de resistencia. Mientras el ruido de resistencia es solo una de las posibles fuentes en un sistema, muchos otros estn relacionados, en una u otra forma, el movimiento electrnico aleatorio. Ms an, como era de esperarse de la dualidad onda-particula, existe ruido trmico asociado con la radiacin electromagntica. En consecuencia, como no podemos tener comunicacin elctrica sin electrones u ondas electromagnticas, tampoco podemos tener comunicacin elctrica sin ruido.Las variaciones de ruido tpicas son muy pequeas, del orden de los microvolts. Si las variaciones de la seal son sustancialmente mayores, digamos varios volts pico a pico, el ruido puede ser ignorado. En realidad, en sistemas ordinarios bajo condiciones ordinarias, la relacin seal a ruido es bastante grande para que el ruido no sea perceptible. Pero en sistemas de amplio rgimen o de potencia mnima, la seal recibida puede ser tan pequea como el ruido o mas. Cuando esto suceda, la limitacin por ruido resulta muy real.

Es importante sealar que si la intensidad de la seal es insuficiente, aadir mas pasos de amplificacin en el receptor no resuelve nada; el ruido sera amplificado junto con la seal, lo cual no mejora la relacin seal a ruido. Aumentar la potencia transmitida ayuda, pero la potencia no se puede incrementar en forma indefinida por razn de problemas tecnolgicos. (no de los primeros cables trasatlnticos se deteriora por una ruptura ocasionada por un ato voltaje, aplicado en un esfuerzo por obtener seales tiles en el punto de recepcin) En forma alterna, como se menciona el principio, podemos permutar el ancho de banda por la relacin seal a ruido por medio de tcnicas de modulacin y codificacin. No es de sorprender que la mis efectiva de estas tcnicas generalmente sea la mas costosa y difcil de instrumentar. Ntese tambin que el trueque del ancho de banda por la relacin seal a ruido puede llevarnos de una limitacin a otra.

En el anlisis final, dado un sistema con ancho de banda y relacin seal a ruido fijos, existe un limite superior definido, al cual puede ser transmitida la informacin por el sistema. Este limite superior se conoce con el nombre de capacidad de informacin y es uno de los conceptos centrales de la teora de la informacin. Como la capacidad es finita, se puede decir con apego a la verdad, que el diseo del sistema de comunicacin es un asunto de compromiso; un compromiso entre tiempo de transmisin, potencia transmitida, ancho de banda y relacin seal a ruido; compromiso de lo ms restringido por los problemas tecnolgicos.Teorema de Nyquist (Teorema de muestreo)

Desarrollado por H. Nyquist, quien afirmaba que "una seal analgica puede ser reconstruda, sin error, de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo. La razn de muestreo debe ser igual, o mayor, al doble de su ancho de banda de la seal analgica".

La teora del muestreo define que para una seal de ancho de banda limitado, la frecuencia de muestreo, fm, debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B] medida en Hertz [Hz].

fm > 2B

Supongamos que la seal a ser digitalizada es la voz...el ancho de banda de la voz es de 4,000 Hz aproximadamente. Entonces, su razn de muestreo ser 2*B= 2*(4,000 Hz), es igual a 8000 Hz, equivalente a 8,000 muestras por segundo (1/8000). Entonces la razn de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz, para que puede regenerarse sin error.

La frecuencia 2*B es llamada la razn de muestreo de Nyquist. La mitad de su valor, es llamada algunas veces la frecuencia de Nyquist.

El teorema de muestreo fue desarrollado en 1928 por Nyquist y probado matemticamente por Claude Shannon en 1949.

Ejemplos prcticos:

El en rea de la MSICA, a veces es necesario convertir material analgico [en acetato, cassetes, cintas magnticas, etc.] a formato digital [en CD, DVD]. Los ingenieros de sonido pueden definir el rango de frecuencia de inters.Como resultado, los filtros analgicos son algunas veces usados para remover los componentes de frecuencias fuera del rango de inters antes de que la seal sea muestreada.

Por ejemplo, el odo humano puede detectar sonidos en el rango de frecuencias de 20 Hz a 20 KHz. De acuerdo al teorema de muestreo, uno puede muestrear la seal al menos a 40 KHz para reconstruir la seal de sonido aceptable al odo humano. Los componentes ms arriba de 40 KHz no podrn ser detectados y podran contaminar la seal. Estos componentes arriba de los 40 KHz son removidos a travs de filtros pasa banda o filtros pasa bajas.

Algunos de las razones de muestreos utilizadas para grabar musica digital son las siguientes:

Razn de muestreo/ Frecuencia de Nyquist22,050 kHz = 11,025 kHz (Nyquist)24,000 kHz = 12,000 kHz 30,000 kHz = 15,000 kHz 44,100 kHz = 22,050 kHz 48,000 kHz = 24,000 kHz

Es muy importante tomar en consideracin que la frecuencia ms alta del material de audio ser grabada. Si la frecuencia de 14,080 Hz es grabada, una razn de muestreo de 44.1 kHz deber ser la opcin elegida. 14,080 Hz cae dentro del rango de Nyquist de 44.1 kHz el cual es 22.05 kHz.

La razn de muestreo elegida determina el ancho de banda del audio de la grabadora usada. Considerando que el rango del oido es de 20 Hz a 20 kHz, una razn de muestreo de 44.1 kHz teoricamente deber satisfacer las necesidades de audio.

Conversin Analgico-Digital

Qu es ANALOGICO y que es DIGITAL?

El trmino ANALGICO en la industria de las telecomunicaciones y el cmputo siginica todo aquel proceso entrada/salida cuyos valores son continuos. Algo continuo es todo aquello de puede tomar una infinidad de valores dentro de un cierto limite, superior e inferior.

El tmino DIGITAL de la misma manera involucra valos de entrada/salida discretos. Algo discreto es algo que puede tomar valores fijos. El el caso de las comunicaciones digitales y el cmputo, esos valores son el CERO (0) o el UNO (1) o Bits (BInary DigiTs).

Ventajas de la comunicacin digital

La transmisin digital es la transmisin de pulsos digitales entre dos puntos, en un sistema de comunicacin. La informacin de la fuente original puede estar ya sea en forma digital o en seales analgicas que deben convertirse en pulsos digitales, antes de su transmisin y convertidas nuevamente a la forma analgica en el lado del receptor.

Algunas de las VENTAJAS de la transmisin digital [con respecto a la analgica] son:

1.-La ventaja principal de la transmisin digital es la inmunidad al ruido. Las seales analgicas son ms susceptibles que los pulsos digitales a la amplitud, frecuencua y variaciones de fase. Esto se debe a que con la transmisin digital, no se necesita evaluar esos parmetros, con tanta precisin, como en la transmisin analgica. en cambio, los pulsos recibidos se evalan durante un intervalo de muestreo y se hace una sola determinacin si el pulso est arriba (1) o abajo de un umbral especfico (0).

2.-Almacenamiento y procesamiento: Las seales digitales se pueden guardarse y procesarse fcilmente que las seales analgicas.

3.- Los sistemas digitales utilizan la regeneracin de seales, en vez de la amplificacin, por lo tanto producen un sistema ms resistente al ruido que su contraparte analgica. 4.- Las seales digitales son ms sencillos de medir y evaluar. Por lo tanto es ms fcil comparar el rendimiento de los sistemas digitales con diferentes capacidades de sealizacin e informacin, que con los sistemas analgicos comparables.

5.- Los sistemas digitales estn mejor equipados para evaluar un rendimiento de error (por ejemplo, deteccin y correccin de errores), que los analogicos.

6.- Los equipos que procesan digitalmente consumen menos potencia y son ms pequens, y muchas veces con ms econmicos.

Algunas de las DESVENTAJAS de la transmisin digital son las siguientes:

1.- La transmisin de las seales analgicas codificadas de manera digital requieren de ms ancho de banda para transmitir que la seal analgica.

2.- Las seales analgicas deben convertirse en cdigos digitales, antes que su transmisin y convertirse nuevamente a nalagicas en el receptor.

3.-La transmisin digital requiere de sincronizacin precisa, de tiempo, entre los relojes del transmisor y receptor.

4.- Los sistemas de transmisin digital son incompatibles con las instalaciones analgicas existentes.

CONVERSION ANALOGICO-DIGITAL (ADC, Analogic to Digital Conversion)

La conversin Analgico-Digital consta de varios procesos:

Muestreo

Cuantizacin

Codificacin

Muestreo

Toda la tecnologa digital (e.g. audio, video) est basado en la tcnica de muestreo (sampling en ingls). En msica, cuando una grabadora digital toma una muestra, bsicamente toma una fotografa fija de la forma de onda y la convierte en bits, los cuales pueden ser almacenados y procesados. Comparado con la grabacin analgica, la cual est basada en registros de voltaje como patrones de magnetizacin en las partculas de xido de la cinta magnetica. El muestreo digital convierte el voltaje en nmeros (0s y 1s) los cuales pueden ser fcilmente representados y vueltos nuevamente a su forma original.

Razn de muestreoLa frecuencia de muestreo de una seal en un segundo es conocida como razn de muestreo medida en Hertz (Hz).

1 Hz = 1/seg

La razn de muestreo determina el rango de frecuencias [ANCHI DE BANDA] de un sistema. A mayores razones de muestreo, habr ms calidad o precisin.

Por ejemplo en audio digital se usan las siguientes razones de muestreo:

24,000 = 24 kHz - 24,000 muestras por segundo. Una muestra cada 1/24,000 de segundo. 30,000 = 30 kHz - 30,000 muestras por segundo. Una muestra cada 1/30,000 de segundo. 44,100 = 44.1 kHz - 44,100 muestras por segundo. Una muestra cada 1/44,000 de segundo. 48,000 = 48 kHz - 48,000 muestras por segundo. Una muestra cada 1/48,000 de segundo.

Una seal de audio muestreada a 48 KHz tiene una mejor calidad [el doble], que una seal muestrueada a 24 KHz. Pero, una seal muestreada a 48 KHz, ocupara el doble del ancho de banda que la de 24 KHz. Por lo que si queremos mayor calidad, lo perdemos en ancho de banda. Cuando bajan archivos en Internet MP3 por ejemplo, stos tienen diferentes calidades, un archivo MP3 de mejor calidad, ocupar mayor espacio en disco...

La calidad de un disco compacto [CD] equivale un muestreo de 44.1 KHz a 16 bits, ste es el stndar. Si decimos que los archivos MP3 tienen calidad de CD, es que estn muestreados a 44.1 KHz a 16 bits.

Una ltima pregunta!

Qu razn de muestreo es la suficiente para que al ser digitalizada una seal analgica y al realizar el proceso contrario, digital-analgico, la seal sea idntica [o casi idntica] a la original?

La respuesta es el Teorema de Nyquist....Cuantizacin:

Es el proceso de convertir valores continuos [e.g voltajes] en series de valores discretos.

Por ejemplo el audio digital [e.g. MP3, WAV, etc] tienen dos caractersticas bien importantes, el muestreo (tiempo) y la cuantizacin (nivel).

Mientras que el muestreo representa el tiempo de captura de una seal, la cuatizacin es el componente amplitud de el muestreo. En otras palabras, mientras que el muestreo mide el tiempo (por instancia 44,100 muestras por segundo), la cuantizacin es la tcnica donde un evento analgico es medido dado un valor nmerico.

Para hacer esto, la amplitud de la seal de audio es representada en una serie de pasos discretos. Cada paso est dado entonces por un nmero en cdigo binario que digitalmente cdifica el nivel de la seal. La longitud de la palabra determina la calidad de la representacin. Una vez ms, una palabra ms larga, mejor la calidad de un sistema de audio (comparando una palabra de 8 bits con una de 16 bits o 32 bits) (ver figura).

El bit de resolucin de un sistema define el rango dinmico de el sistema. 6 dB es ganado por cada bit.

Por ejemplo:

8 bits equivale a 256 estados = 48 dB (decibeles)16 bits equivalen a 65,536 estados = 96 dB.

Entonces, se debe de tomar muestras a tiempos menores y se debe de cuantizar a mayores niveles (bits), si sucede lo contrario suceden errores de cuantizacin.

Codificacin

La codificacin es la representacin nmerica de la cuantizacin utilizando cdigos ya establecidos y estndares. el cdigo ms utilizado es el cdigo binario, pero tambin existen otros tipos de cdigos que son empleados.

A continuacin se presenta una tabla donde se representan los nmeros del 0 al 7 con su respectivo cdigo binario. Como se ve, con 3 bits, podemos representar ocho estados o niveles de cuantizacin.

En general

2(n)= Niveles o estados de cuantizacin

donde n es el nmero de bits.

NmeroCdigo binario

0000

1001

2010

3011

4100

5101

6110

7111

EL TEOREMA DE CAPACIDAD MXIMA DE UN CANAL

En 1928 Harry Nyquist, un investigador en el rea de telegrafa, public una ecuacin llamada la Razn Nyquist que media la razn de transmisin de la seal en bauds. La razn de Nyquist es igual a 2B smbolos (o seales) por segundo, donde B es el ancho de banda del canal de transmisin. As, usando esta ecuacin, el ancho de banda de un canal telefnico de 3,000 Hz puede transmitido hasta 2x3,000, o 6,000 bauds o Hz.

Claude Shannon despus de la investigacin de Nyquist estudio el como el ruido afecta a la transmisin de datos. Shannon tomo en cuenta la razn seal-a-ruido del canal de transmisin(medido en decibeles o dB) y derivo el teorema de Capacidad de Shannon.

C = B log2(1+S/N) bpsUn tpico canal telefnico de voz tiene una razn de seal a ruido de 30 dB (10^(30/10)= 1000) y un ancho de banda de 3,000 Hz. Si sustituimos esos valores en el teorema de Shannon:

C = 3,000 log2(1+1000) = 30,000 bpsDebido a que log2(1001) es igual al logaritmo natural de ln(1001)/ln(2) y es igual a 9.97, el teorema nos demuestra que la capacidad mxima* de un canal telefnico es aproximadamente a 30,000 bps.

Debido a que los canales de comunicacin no son perfectos, ya que estn delimitados por el ruido y el ancho de banda. El teorema de Shannon-Hartley nos dice que es posible transmitir informacin libre de ruido siempre y cuando la tasa de informacin no exceda la Capacidad del Canal.

Asi, si el nivel de S/N es menor, o sea la calidad de la seal es ms cercana al ruido, la capacidad del canal disminuir.

Esta capacidad mxima es inalcanzable, ya que la frmula de Shannon supone unas condiciones que en la prctica no se dan. No tiene en cuenta el ruido impulsivo, ni la atenuacin ni la distorsin. Representa el lmite terico mximo alcanzable.

Cuanto nivel de S/N requeririamos para transmisitir sobre la capacidad del canal telefnico, digamos a 56,000 bps?

De la formula de Shannon;

C = B log2(S/N + 1) = bps bps = B log2(10^(dB/10) + 1)

despejando los dB

bps/B = log2(10^(dB/10) + 1)

2^(bps/B) = 10^(dB/10) + 1

10^(dB/10) = 2^(bps/B) - 1

dB/10 = 1og10 (2^(bps/B) - 1)

dB = 10*1og10 (2^(bps/B) - 1)

sustituyendo

B= 3,000 y bps = 56,000

dB = 10*1og10 (2^(56,000/3,000) - 1)

dB = S/N= 56.2 dB

Lo que significa que si queremos rebasar el lmite de Shannon debemos de aumentar el nivel de S/N.

REFERENCIAS:Channel Capacity by ShannonA mathematical teory of communication (by shannon, PDF file)

LA RELACIN SEAL A RUIDO

Los factores fundamentales que controlan el ndice y la calidad de la transmisin de informacin son el ancho de banda B y la potencia S de la seal.

El ancho de banda de un canal es el rango de frecuencias que ste puede transmitir con razonable fidelidad; por ejemplo, si un canal puede transmitir con razonable fidelidad una seal cuyas componentes de frecuencia ocupan un rango de 1,000 hasta un mximo de 5,000 Hz (5 kHz) el ancho de banda ser de 4 kHz.

Para comprender el papel de B, se considera la posibilidad de aumentar la velocidad de transmisin de la informacin mediante la compresin en el tiempo de la seal. Si una seal se comprime en el tiempo un factor de dos, se podr transmitir en la mitad del tiempo, y la velocidad de transmisin se duplica. Sin embargo, la compresin por un factor de dos hace que la seal "oscile" dos veces ms rpido, lo que implica que las frecuencias de sus componentes se dupliquen. Para transmitir sin distorsin esta seal comprimida, el ancho de banda del canal debe duplicarse. De esta forma, el ndice de transmisin de la informacin es directamente proporcional a B. Con ms generalidad si un canal de ancho de banda B puede transmitir N pulsos por segundo, entonces, para transmitir KN pulsos por segundo se necesita un canal de ancho de banda KB. Para reiterar, el nmero de pulsos/segundo que pueden transmitirse a travs de un canal es directamente proporcional a su ancho de banda B.

La potencia S de la seal desempea un papel dual en la transmisin de informacin. Primero, S esta relacionada con la calidad de la transmisin. Al incrementarse S, la potencia de la seal, se reduce el efecto del ruido de canal, y la informacin se recibe con mayor exactitud, o con menos incertidumbre. Una mayor relacin de seal a ruido S/N permite tambin la transmisin a travs de una distancia mayor. En cualquier caso, una cierta S/N mnima es necesaria para la comunicacin.

Relacin Seal a Ruido (S/N)EL DECIBEL

Equivale a la dcima parte de un bel. Una unidad de referencia para medir la potencia de una seal o la intensidad de un sonido. El nombre bel viene del fsico norteamericano Alexander Graham Bell (1847-1922).

El decibel es una unidad relativa de una seal, tal como la potencia, voltaje, etc. Los logaritmos son muy usados debido a que la seal en decibeles (dB) puede ser fcilmente sumada o restada y tambin por la razn de que el odo humano responde naturalmente a niveles de seal en una forma aproximadamente logartmica.

GANANCIA DE POTENCIA EN DECIBELES

La ganancia de Potencia G de un amplificador es la razn entre la potencia de salida a la potencia de salida a la potencia de entrada.

G = P2 / P 1Si la potencia de salida (P2) es de 15 W y la de entrada (P1) de 0.5 W,

G = 15 W / 0.5 W = 30

Lo que significa que la potencia de salida es 30 veces mayor que la de entrada. por lo tanto la ganancia de potencia en decibeles se define como:

G'(dB) = 10*log10(G) donde G' = ganancia de potencia en decibeles

G = ganancia de potencia (sin unidades)

Si un circuito determinado tiene una ganancia de potencia de 100, su ganancia en decibeles es:

G' = 10*log10(100) = 20 dB La ganancia G' es adimensional, pero para estar seguros de no confundirla con la ganancia normal de potencia G, se aade la palabra decibel (dB). Cada vez que una respuesta se expresa en decibeles automticamente se sabr que se trata de la ganancia en decibeles de potencia y no de la ganancia normal de potencia.

Para transformar de decibeles a unidades absolutas :

P= 10 x/10donde x esta dado en decibeles

3 dB por cada factor de 2

Supngase que la ganancia de potencia es 2, la ganancia en decibeles de potencia es:

G' = 10 log 2 = 3.01 dB

Si G = 4

G' = 10 log 4 = 6.02 dB

Si G= 8

G' = 10 log 8 = 9.01 dB

Por lo general, se redondean estos valores tomando 3 dB, 6 dB y 9 dB. Se observa que cada vez que la potencia se aumenta al doble, la ganancia expresada en decibeles se incrementa 3 dB. (ver siguiente tabla)

G G'

1 0 dB

2 3 dB

4 6 dB

8 9 dB

16 12 dB

Decibeles negativos Si la ganancia de potencia es menor que la unidad, existe una prdida de potencia (atenuacin) y la ganancia de potencia en decibeles es negativa. Por ejemplo, si la potencia de salida es 1.5 W para una potencia de entrada de 3 W, se tiene:

G = 1.5 W / 3 W = 0.5y la ganancia de potencia en decibeles ser:

G' = 10 log 0.5 = -3.01 dB

Cuando la ganancia de potencia es de 0.25

G' = 10 log 0.25 = -6.02 dB

Y la ganancia de potencia es de 0.125, entonces

G' = 10 log 0.125 = -9.03 dB

Tambin en este caso se redondean estas cantidades a -3 dB, -6 dB y 9 dB. Cada vez que la ganancia disminuye en un factor de 2, la ganancia de potencia en decibeles disminuye en aproximadamente 3 dB. (ver siguiente tabla)

G G'

1 0 dB

0.5 -3 dB

0.25 -6 dB

0.125 -9 dB

0.0625 -12 dB

10 dB corresponden a un factor de 10 Supngase que la ganancia de potencia es 10, la ganancia de potencia en decibeles ser

G' = 10 log 10 = 10 dB

Si la ganancia de potencia fuera 100, entonces

G' = 10 log 100 = 20 dB

Si la ganancia de potencia fuera de 1000

G' = 10 log 1000 = 30 dB

En este caso el patrn que se observa es que la potencia en decibeles aumenta en 10 dB cada vez que la ganancia de potencia se incrementa por un factor de 10. (ver siguiente tabla). Un resultado similar se obtiene cuando las ganancias de potencia son inferiores a la unidad.

G G' G G'

1 0 dB 1 0 dB

10 10 dB 0.1 -10 dB

100 20 dB 0.01 -20 dB

1000 30 dB 0.001 -30 dB

10000 40 dB 0.0001 -40 dB

Las ganancias normales se multiplican entre s En la siguiente figura (a) se muestran dos etapas de un amplificador. A la primera etapa se le aplica una potencia de entrada de P1 y sale de ella una potencia P2, lo que significa una ganancia de potencia.

G 1 = P 2 / P 1La segunda etapa tiene una entrada de potencia P2 y sale una potencia P3, lo que equivale a una ganancia de

G 2 = P 3 / P 2 La segunda total de potencia de ambas etapas es

G = (P 2 /P 1 )*(P 3 /P 2 )= P 3 /P 1Es decir, que

G = G1 G2 Esto demuestra que la ganancia total de potencia de etapas amplificadas en cascada es igual al producto de las ganancias de las etapas. No importa cuantas etapas sean, siempre puede determinarse la ganancia total de potencia multiplicando todas las ganancias individuales entre s. En la figura del inciso (b), por ejemplo, indica una ganancia de potencia de 100 para la primera etapa y una ganancia de potencia de 200 para la segunda. La ganancia de potencia total ser:

G = 100 x 200 = 20,000

figura.- etapas en cascada

Las ganancias en decibeles se suman Puesto que la ganancia total de potencia de dos etapas en cascada es de

G = G1G2 pueden tomarse logaritmos en ambos lados para obtener

log G = log G1G2 = logG1 + logG2 y, al multiplicar ambos miembros por 10, se tiene

10 logG = 10 logG1 + 10 logG2 lo que tambin puede escribirse como

G' = G'1 + G'2 donde G' = ganancia de potencia total en decibeles G'1 = ganancia de potencia en decibeles de la primera etapa G'2 = ganancia de potencia en decibeles de la segunda etapa La ecuacin nos dice que la ganancia de potencia total en decibeles de dos etapas en cascada es igual a la suma de las ganancias en decibeles de cada etapa. La misma idea es valida para n etapas. La figura del inciso , por ejemplo nos muestra las mismas dos etapas de la figura (b) con la salvedad de que las ganancias estn representadas en este caso en decibeles. La ganancia de potencia total en decibeles es

G' = 20 dB + 23 dB = 43 dB La respuesta puede expresarse as o pasarla de nuevo a la forma normal de ganancia de potencia como sigue:

G = 10 G'/10 = antilog( 43/10) = 20,000 La respuesta en dB tiene la ventaja de ser ms compacta y fcil de escribir.

Referencia de 1 mW Aunque los decibeles se usan generalmente con la ganancia de potencia, a veces se emplean para indicar el nivel de potencia respecto a 1 mW. En este caso, se usa el smbolo dBm, donde la m significa que la referencia es a un miliwatt.

P' = 10 log(P/1mW)donde P' = potencia en dBm P = potencia en watts Por ejemplo, si la potencia es de 0.5 W, entonces

P' = 10 log (0.5 W / 1 mW ) = 10 log 500 = 27 dBm

Facilidad de medida La ventaja de usar dBm es que simplifica la medicin de la potencia. Algunos instrumentos, por ejemplo, tienen dos escalas para indicar el nivel de potencia, como se muestra en la siguiente figura inciso (a). La escala superior est graduada en miliwatts. Supngase que se mide la potencia de entrada y la potencia de salida de la etapa de la figura (b). En la escala superior se lee 0.25 mW (aguja del trazo continuo) para la potencia de entrada y 1 mW (aguja de lnea punteada para la de salida)

La escala inferior, en la figura (a), es la escala de dBm. Como se indica en la figura, 0 dBm equivale a 1mW, -3 dBm equivale a 0.5 mW, -6 dBm equivalen a 0.25 mW, etc. Si se usa esta escala para medir las potencias indicadas en la figura (b), se leer -6 dBm para la potencia de entrada y 0 dBm para la potencia de salida, como se muestra en la figura . Puesto que la aguja se mueve de -6 dBm significa que el amplificador tiene una ganancia de potencia de 6 dB.

Significado de dBm

A continuacin se da una tabla de conversin de Watts y miliwatts a dBW y a dBm.Watts mW dBW dBm

0.01 10 -20 10

0.10 100 -10 20

0.63 630 -2 28

0.79 790 -1 29

1 1000 0 30

1.12 - 0.5 30.5

1.26 - 1 31

1.58 - 2 32

2 - 3 33

3.16 - 5 35

4 - 6 36

5.01 - 7 37

10 - 10 40

100 - 20 50

1,000 - 30 60

10,000 - 40 70

100,000 - 50 80

1'000,000 - 60 90

Conclusin: La mayora de los amplificadores usados en electrnica son especificados en decibeles. Por ejemplo: si adquirimos un amplificador con Ganancia de 20 dB, significa que ste amplificar la seal de entrada 100 veces. En cambio un amplificador de 30 dB (10 dB ms que el anterior) amplificara 1,000 veces la seal de entrada.

Por ultimo para recalcar, el trmino dbm se emplea ms comnmente cuando nos estamos refiriendo a potencias entre 0 y 1 Watt. (en este caso es ms fcil hablar en trminos de miliwatts o dBm).

Referencia:

Principios de ElectrnicaMalvinoMcGraw-Hill MEDIOS DE COMUNICACIN

PRINCIPIOS DE LA TEORA DE LA COMUNICACIN El rol principal de las comunicaciones es mover informacin de un lugar a otro. Cuando el transmisor y el receptor estn fsicamente en la misma localidad, es relativamente fcil realizar esa funcin. Pero cuando el transmisor y el receptor estn relativamente lejos uno del otro, y adems queremos mover altos volmenes de informacin en un periodo corto de tiempo, entonces ser necesario emplear una forma de comunicacin maquina-mquina.

El mtodo ms adecuado para la comunicacin maquina-mquina es va una seal generada electrnicamente. La razn del uso de la electrnica, es porque una seal puede ser generada, transmitida, y detectada. y por el hecho de que esta puede ser almacenada temporal o permanentemente; tambin porque pueden ser transmitidos grandes volmenes de informacin dentro en un periodo corto de tiempo.

El concepto bsico de la teora de comunicaciones es que una seal tiene al menos dos estados diferentes que pueden ser detectados. Los dos estados representan un cero o un uno, encendido o apagado, etc. Tan pronto como los dos estados puedan ser detectados, la capacidad de mover informacin existe. Las combinaciones especficas de estados (las cuales son conocidas como cdigos) pueden representar cualquier carcter alfabtico o numrico, y podrn ser transmitido en forma pura de informacin desde las mquinas para interacturar con, o en forma representativa (el cdigo) que permita el reconocimiento de la informacin por los humanos.

COMUNICACIN POR MEDIO DE SEALES ELCTRICAS

La forma elemental para la generacin de una seal electrnicamente sobre una lnea de comunicacin de grado de voz es conocida como onda senosoidal. La cual tambin puede ser representada como un onda de tipo cuadrada; ambas seales se muestran en la siguiente figura:

Una onda senosoidal puede representarse matemticamente por la siguiente ecuacin:

s(t) = Asen(wt +@ )donde: A es la amplitudw es la frecuencia angulart es el tiempo@ es la fase

La onda senosoidal a una particular frecuencia (el nmero completo de ciclos por unidad de tiempo) es aquella que empieza en un nivel cero, y alcanza gradualmente un nivel mximo y va decreciendo hasta llegar al nivel mnimo y continua as hasta completar el ciclo completo. A mayor nmero de ciclos por unidad de tiempo, mas alta ser la frecuencia. La onda cuadrada sigue el mismo proceso que la onda senosoidal, excepto que alcanza el mximo nivel (y el mnimo) en forma instantanea y permanece por un instante de tiempo, despus cambia al mnimo nivel y permanece por un instante de tiempo hasta completar el ciclo completo. Este nivel mximo y mnimo representa un cero y uno ( 0 y 1) respectivamente.

Para comunicaciones sobre redes telefnicas por ejemplo en donde se emplean frecuencias en el orden de 300 y 3,330 Hz, no es posible transmitir informacin empleando directamente ondas senosoidales, debido a que las seales se atenan muy fcilmente a esas frecuencias. Para contrarrestar esto, existen tcnicas para permitir una mejor transmisin de la seal sobre dichas frecuencias.

Existen tres formas en la cual la seal senosoidal puede ser cambiada para que la informacin pueda ser correlacionada con esos cambios individuales:

variando la amplitud o magnitud de la seal.

variando la frecuencia o el nmero de ciclos completos por unidad de tiempo.

variando la fase, o la posicin relativa en que la seal cruza el nivel cero.

Un ejemplo de esos cambios es mostrado en la siguiente figura:

MODULACIN La manipulacin de esos cambios de las ondas senosoidales es un proceso conocido como modulacin/demodulacin. La modulacin es la capacidad inherente de tomar la informacin digital (ondas cuadradas) y modificar las frecuencias especficas de la seal portadora para que la informacin pueda ser transmitida de un punto a otro sin ningn problema. La demodulacin es el proceso de regresar la informacin a su forma original.

La transmisin electrnica no esta limitada solo a lneas de grado de voz. Tambin puede aplicarse a cualesquier otra frecuencia usando las mismas tcnicas de modulacin/demodulacin sobre diferentes tipos de lneas, o pulsos, estos representan las seales digitales que pueden tambin ser transmitidos sobre circuitos diseados especficamente para su propagacin.

CANAL DE TRANSMISIN

Es el medio que soporta la propagacin de seales acsticas, electromagnticas, de luz u ondas. Los canales de transmisin son tpicamente cables metlicos o fibra ptica que acotan (confinan) la seal por si mismos, las radio transmisiones, la transmisin por satlite o por microondas por lnea de vista.

Los medios fsicos que acarrean la informacin pueden ser de dos Tipos: confinados (bounded) o limitados y no confinados (unbounded). En un medio confinado, las seales se ven limitadas por el medio y no se salen de l -excepto por algunas pequeas prdidas. Los medios no confinados son aquellos donde las seales electromagnticas originadas por la fuente radian libremente a travs del medio y se esparcen por ste -el aire por ejemplo.

CLASIFICACIN DE LOS MEDIOS DE COMUNICACIN MEDIOS CONFINADOS

Alambre

Par Trenzado

Cable Coaxial

Fibra ptica

Gua de Onda

MEDIOS NO CONFINADOS

Microondas terrestre

Satlite

Ondas de Radio (radio frecuencias)

Infrarrojo/Laser

ALAMBRE (open-wired)

Las lneas de alambre abierto (sin aislar) fueron muy usadas en el siglo pasado con la aparicin del telgrafo. La composicin de los alambres fue al principio de hierro (acero) y despus fue desplazado por el cobre, ya que este material es un mejor conductor de las seales elctricas y soporta mejor los problemas de corrosin causados por la exposicin directa a la intemperie. La resistencia al flujo de corriente elctrica de los alambres abiertos varia grandemente con las condiciones climticas, y es por esta razn que fue adoptado el cable par trenzado.

Hoy en da los cables vienen protegidos con algn material aislante. El material del conductor puede ser de cobre, aluminio u otros materiales conductores.

Los grosores de los cables son medidos de diversas maneras, el mtodo predominante en los Estados Unidos sigue siendo el Wire Gauge Standard (AWG). "gauge" significa el diametro. Es lgico pensar que a mayor dimetro del conductor mayor ser la resistencia del mismo.

Los conductores pueden ser de dos tipos Slidos (solid) e Hilados (stranded), los conductores slidos estn compuestos por un conductor nico de un mismo material, mientras que los conductores hilados estn compuestos de varios conductores trenzados. El dimetro de un conductor hilado varia al de un conductor slido si son del mismo AWG y dependera del nmero de hilos que tenga.

Los grosores tpicos de los conductores utilizados en cables elctricos para uso residencial son del 10-14 AWG. Los conductores utilizados en cables telefnicos pueden ser del 22,24 y 26 AWG. Los conductores utilizados en cables para aplicaciones de REDES son el 24 y 26 AWG.

A continuacin se muestra una tabla de conversin de milimetros y pulgadas a AWG para conductores slidos.

Tabla de Conversion Milimetros y Pulgadas a AWG(conductores slidos) Diametro mm

Diametro pulgadasAWG 0.254

0.010

30

0.330

0.013

28

0.409

0.016

26

0.511

0.020

24

0.643

0.025

22

0.812

0.032

20

1.020

0.040

18

1.290

0.051

16

1.630

0.064

14

2.050

0.081

12

2.590

0.102

10

Entre mas grande sea el valor AWG menor ser el grosor o diametro del conductor. El conductor 18 tiene mas grosor que el cable 40, por ejemplo. Los primeros 5 cables [de izquierda a derecha] son slidos y los ltimos dos son hilados o trenzados (stranded).

CABLE COAXIAL

A frecuencias en el intervalo de VHF (Very High Frecuency) y menores es comn el uso de cables coaxiales. Dicho cable consiste de un alambre interior que se mantiene fijo en un medio aislante que despus lleva una cubierta metlica. La capa exterior evita que las seales de otros cables o que la radiacin electromagntica afecte la informacin conducida por el cable coaxial. En la siguiente figura se muestra un cable coaxial tpico.

Estructura genrica de un Cable coaxial Cable coaxial RG-58 con conector BNC(Aplicaciones: LAN)

Cable coaxial RG-6 con conector tipo F(Aplicaciones: TVCable)

A continuacin se describen los tipos de cables coaxial ms empleados en redes:

10Base5Conocido tambin como cable coaxial grueso (Thick coaxial) y sirve como dorsal para una red tipo LAN. Utiliza transceptores (transceivers) y AUI (Attachment Unit interface) para conectar la tarjeta de red con la dorsal de cable coaxial.

Tasa de transmisin: 10 MbpsLongitud mxima: 500 metros por segmentoImpedancia: 50 ohm Dimetro del conductor: 2.17 mmNodos por segmento: 100 Long. maxima (con repetidores): 1500 metros.

10BASE2Conocido tambin como cable coaxial delgado (thin coaxial) utilizado para redes tipo LAN. Utiliza conectores tipo BNC para conectar la tarjeta de red con la dorsal.

Tasa de transmisin: 10 MbpsLongitud mxima: 180 metros por segmentoImpedancia: 50 ohm, RG58Dimetro del conductor: 0.9 mmNodos por segmento: 30 Long. maxima (con repetidores): 1500 metros.

PAR TRENZADO (twisted pair)

El cable par trenzado est compuesto de conductores de cobre aislados por papel o plstico y trenzados en pares. Esos pares son despus trenzados en grupos llamados unidades, y estas unidades son a su vez trenzadas hasta tener el cable terminado que se cubre por lo general por plstico. El trenzado de los pares de cable y de las unidades disminuyen el ruido de interferencia, mejor conocido como diafona. Los cables de par trenzado tienen la ventaja de no ser caros, ser flexibles y fciles de conectar, entre otras. Como medio de comunicacin tiene la desventaja de tener que usarse a distancias limitadas ya que la seal se va atenuando y puede llegar a ser imperceptible; es por eso que a determinadas distancias se deben emplear repetidores que regeneren la seal.

Los cables de par trenzado se llaman asi porque estn trenzados en pares. Este trenzado ayuda a disminuir la diafona, el ruido y la interferencia. El trenzado es en promedio de tres trenzas por pulgada. Para mejores resultados, el trenzado debe ser variado entre los diferentes pares.

Los cables de par trenzado son usados en las siguientes interfaces (capa fsica): 10Base-T, 100Base-TX, 100Base-T2, 100Base-T4, and 1000Base-T.

Existen dos tipos de cable 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.

UTP (Unshielded Twisted Pair Cabling)

Como el nombre lo indica, "unshielded twisted pair" (UTP), es un cable que no tiene revestimiento o blindaje entre la cubierta exterior y los cables. El UTP se utiliza comnmente para aplicaciones de REDES Ethernet, el tmino UTP generalmente se refiere a los cables categoria 3, 4 y 5 especificados por el estndar TIA/EIA 568-A standard. Las categorias 5e, 6, & 7 tambin han sido propuestos para soportar velocidades ms altas. el cable UTP comnmente incluye 4 pares de conductores. 10BaseT, 10Base-T, 100Base-TX, y 100Base-T2 slo utilizan 2 pares de conductores, mientras que 100Base-T4 y 1000Base-T requieren de todos los 4 pares.

A continuacin se lista un sumario de los tipos de cable UTP

Categora 1 - Voz slamente

Categora 2 - Datos 4 Mbps

Categora 3 - UTP con impedancia de 100 ohm y caractersiticas elctricas que soportan frecuencias de transmisin de hasta 16 MHz. Definida por la especificacin TIA/EIA 568-A specification. Puede ser usado con 10Base-T, 100Base-T4, and 100Base-T2.

Categora 4 - UTP con impedancia de 100 ohm y caractersiticas elctricas que soportan frecuencias de transmisin de hasta 20 MHz. Definida por la especificacin TIA/EIA 568-A . Puede ser usado con 10Base-T, 100Base-T4, and 100Base-T2.

Categora 5 - UTP con 100 ohm de impedancia y caractersiticas elctricas que soportan frecuencias de transmisin de hasta 100 MHz. Definida por la especificacin TIA/EIA 568-A specification. Puede ser usado con 10Base-T, 100Base-T4, 100Base-T2, y 100Base-TX.Puede soportar 1000Base-T, pero el cable debe ser probado para asegurar que cumple con las especificaciones de la categoria 5e (CAT 5 enhanced "mejorada"). CAT 5e es un nuevo estndar que soportar velocidades an mayores de 100 Mbps y consiste de un cable par trenzado STP con 100 ohm de impedancia y caractersiticas elctricas que soportan frecuencias de transmisin de hasta 100 MHz. Sin embargo, tiene especificaciones mejoradas como NETX (Near End Cross Talk), PSELFEXT (Power Sum Equal Level Far End Cross Talk), y atenuacin.

Categoras de Cables UTP

TipoUso

Categoria 1

Voz solamente (cable telefnico)

Categoria 2

Datos hasta 4 Mbps (LocalTalk [Apple])

Categoria 3

Datos hasta 10 Mbps (Ethernet)

Categoria 4

Datos hasta 20 Mbps (16 Mbps Token Ring)

Categoria 5

Datos hasta 100 Mbps (Fast Ethernet)

Sumario -Cable Ethernet

EspecificacinTipo de CableLong. Mxima

10BaseTUTP

100 metros

10Base2Thin Coaxial

185 metros

10Base5Thick Coaxial

500 metros

10BaseFFibra Optica

2000 metros

100BaseTUTP

100 metros

100BaseTXUTP

220 metros

STP (Shielded Twisted Pair)

El cable STP, tiene un blindaje especial que forra a los 4 pares y comnmente se refiere al cable par trenzado de 150 ohm definido por IBM utilizado en redes Token Ring. El blindaje est diseado para minimizar la radiacin electromagnetica (EMI, electromagnetic interference) y la diafona. Los cables STP de 150 ohm no se usan para Ethernet. Sin embargo, puede ser adaptado a 10Base-T, 100Base-TX, and 100Base-T2 Ethernet instalando un convertidor de impedancias que convierten 100 ohms a 150 ohms de los STPs.

La longitud mxima de los cables de par trenzado estn limitadas a 90 metros, ya sea para 10 o 100 Mbps.

Fibra ptica (fiber optic)

Para radiacin electromagntica de muy alta frecuencia en el intervalo de la luz visible e infrarroja se utiliza un cable de fibra de vidrio que causa muy poca prdida de energa luminosa a travs de largas distancias. El dimetro de la fibra debe ser muy pequeo con el fin de minimizar la transmisin reflectora. La fibra transmisora central es de vidrio de baja prdida y con ndice de refraccin relativamente alto.Esta se cubre con vidrio de mayor prdida, con menor ndice de refraccin, para soporte y absorcin de rayos que puedan escapar de la fibra central. La fuente de luz en el transmisor puede ser un diodo emisor de luz (LED) o un lser. El detector en el otro extremo es un fotodiodo o un fototransistor.

La tecnologa de la fibra ptica ha avanzado muy rpidamente. Existen en la actualidad dos mtodos bsicos -aunque se han desarrollado muchos ms- para transmitir a travs de un enlace por fibra. La transmisin ptica involucra la modulacin de una seal de luz (usualmente apagando, encendiendo y variando la intensidad de la luz) sobre una fibra muy estrecha de vidrio (llamado ncleo).

La otra capa concntrica de vidro que rodea el ncleo se llama revestimiento. Despus de introducir la luz dentro del ncleo sta es reflejada por el revestimiento, lo cual hace que siga una trayectoria zigzag a travs del ncleo.

Por lo tanto las dos formas de transmitir sobre una Fibra son conocida como transmisin en modo simple y multimodo; las cuales se descriebn a continuacin:

Modo simple (monomodo)

Involucra el uso de una fibra con un dimetro de 5 a 10 micras. Esta fibra tiene muy poca atenuacin y por lo tanto se usan muy pocos repetidores para distancias largas. Por esta razn es muy usada para troncales con un ancho de banda aproximadamente de 100 GHz por kilometro (100 GHz-km).

Una de las aplicaciones ms comn de las fibras monomodo es para troncales de larga distancia, en donde se emplea para conectar una o mas localidades; las ligas de enlace son conocidas comnmente como dorsales (backbone).

Multimodo

Existen dos Tipos para este modo los cuales son Multimodo/ndice fijo y Multimodo/ndice Gradual. El primer tipo es una fibra que tiene un ancho de banda de 10 a 20 MHz y consiste de un ncleo de fibra rodeado por un revestimiento que tiene un ndice de refraccin de la luz muy bajo, la cual causa una atenuacin aproximada de 10 dB/Km. Este tipo de fibra es usado tpicamente para distancias cortas menores de un kilometro. El cable mismo viene en dos tamaos 62.5/125 micras. Debido a que el dimetro exterior es de 1 mm, lo hace relativamente fcil de instalar y hacer empalmes. El segundo tipo ndice Gradual es una cable donde el ndice de refraccin cambia gradualmente, esto permite que la atenuacin sea menor a 5 dB/km y pueda ser usada para distancias largas. El ancho de banda es de 200 a 1000 MHz , el dimetro del cable es de 50/125 micras. (el primer nmero es el dimetro del ncleo y el segundo es el dimetro del revestimiento).

Los empalmes utilizados para conectar ambos extremos de las fibras causan tambin una perdida de la seal en el rango de 1 dB. As tambin los conectores o interfaces incurren tambin en perdidas de 1 dB o ms. Los haces de luz (LED) son transmitidos en el orden de 150 Mbps. Los lser en cambio transmiten en el orden de Gbps. Los LEDs son tpicamente mas confiables que los lser, pero los lser en cambio proveen ms energa a una mayor distancia. Debido a que los lasers tienen una menor dispersin son capaces de transmitir a velocidades muy altas en el modo de transmisin simple. Sin embargo, los lser necesitan estar trmicamente estabilizados y necesitan ser mantenidos por personal ms especializado.

Atenuacin

La transmisin de luz en una fibra ptica no es 100% eficiente. La prdida de luz en la transmisin es llamada atenucin. Varios factores influyen tales como la absorcin por materiales dentro de la fibra, disipacin de luz fuera del ncleo de la fibra y prdidas de luz fuera del ncleo causado por factores ambientales.

La atenuacin en una fibra es medida al comparar la potencia de salida con la potencia de entrada. La atenuacin es medida en decibeles por unidad de longitud. Generalmente esta expresada en decibeles por kilometro (dB/km).

Dispersin La dispersin es la distorsin de la seal, resultante de los distintos modos (simple y multimodo), debido a los diferentes tiempos de desplazamiento de una seal a travs de la fibra. En un sistema modulado digitalmente, esto causa que el pulso recibido se ensanche en el tiempo [ver figura]. No hay prdida de potencia en la dispersin, pero se reduce la potencia pico de la seal. La dispersin aplica tanto a seales analgicas como digitales. La dispersin es normalmente especificada en nanosegundos por kilometro.

Dispersin en una fibra ptica

La dispersin de una energa ptica cae en dos categoras: la dispersin modal y la dispersin espectral.

Dispersin modal: La luz viaja en trayectorias diferentes para cada modo en una fibra. Cada ruta varia la longirud ptica de la fibra para cada modo. En un cable largo, el estiramiento y sumatoria de todos los modos de la fibra tienen un efecto "de longitud" sobre el pulso ptico.

Dispersin espectral: El ndice refractivo es inversamente proporcional a la velocidad de la luz que viaja en un medio y su velocidad varia con respecto a su longitud de onda. Sin embargo si dos rayos tienen diferentes longitudes de onda son enviados simultaneamente sobre la misma trayectoria, estos arribaran ligeramente a diferentes tiempos. Esto causa los mismo efectos de la dispersin modal, ensanchando el pulso ptico. La dispersin modal puede ser minimizada reduciendo el ancho del espectro de la fuente ptica.

Caractersticas tpicas de los LEDs y los Lasers

CaractersticasLEDLaser

Ancho espectral20-60 nm0.5-6 nm

Corriente50 mA150 mA

Potencia de salida5 mW100 mW

Apertura nmerica0.40.25

Velocidad100 MHz2 GHz

Tiempo de vida10,000 hrs.50,000 hrs.

Costo$1.00- $1500 USD$100 - $10000 USD

Demanda de equipos y sistemas de Fibra pticaen Estados Unidos (millones USD)

Mercado/ao199620012006

Telecomunicaciones3,520 (59%)4,940 (36%)7,165 (32%)

Cable TV895 (15%)3,430 (25%)5,825 (26%)

Servicios pblicos595 (10%)1,845 (13%)3,985 (18%)

Redes privadas de datos270 (5%)1,595 (12%)2,465 (11%)

Dentro de edificios120 (2%)700 (5%)1,010 (5%)

Milicia/aeroespacio325 (5%)630 (5%)1,120 (5%)

Automotriz5 (.08%)20 (.2%)150 (0.7%)

Otros236 (4%)565 (4%)730 (3%)

Demanda total del mercado5,96613,72522,400

Fuente: The Freedonia Group Inc. (LIGHTWave Magazine, October 2002)

Gua de Onda (Wave Guide)

La gua de onda es otro medio de comunicacin tambien muy usado, el cual opera en el rango de las frecuencias comunmente llamadas como microondas (en el orden de GHz). Su construccin es de material metlico por lo que no se puede decir que sea un cable. El ancho de banda es extremadamente grande y es usada principalmente cuando se requiere bajas perdidas en la seal bajo condiciones de muy alta potencia como el caso desde una antena de microondas a el receptor/transmisor de radio frecuencia.Las aplicaciones tpicas de este medio es en las centrales telefnicas para bajar/subir seales provenientes de antenas de satlite o estaciones terrenas de microondas.

No todas las guias de onda son duras, tambin existen guas de onda ms flexibles, existe un tipo de gua de onda que fabrica una compaa que se llama ANDREW, y a este tipo de gua de onda flexible se le conoce como Heliax.

A continuacin se muestran varios tipos de guias de onda.

INCLUDEPICTURE "http://www.eveliux.com/fotos/waveguide04.jpg" \* MERGEFORMATINET

Microondas Terrestre (Radio Relay System)

Un radioenlace terrestre o microondas terrestre provee conectividad entre dos sitios (estaciones terrenas) en lnea de vista (Line-of-Sight, LOS) usando equipo de radio con frecuencias de portadora por encima de 1 GHz. La forma de onda emitida puede ser analgica (convencionalmente en FM) o digital.

Las principales aplicaciones de un sistema de microondas terrestre son las siguientes:

Telefona bsica (canales telefnicos)

Datos

Telegrafo/Telex/Facsmile

Canales de Televisin.

Video

Telefona Celular (entre troncales)

Un sistema de microondas consiste de tres componentes principales: una antena con una corta y flexible gua de onda, una unidad externa de RF (Radio Frecuencia) y una unidad interna de RF. Las principales frecuencias utilizadas en microondas se encuentran alrededor de los 12 GHz, 18 y 23 Ghz, las cuales son capaces de conectar dos localidades entre 1 y 15 millas de distancia una de la otra. El equipo de microondas que opera entre 2 y 6 Ghz puede transmitir a distancias entre 20 y 30 millas.

Las licencias o permisos para operar enlaces de microondas pueden resultar un poco difciles ya que las autoridades (S.C.T. Mxico, FCC Estados Unidos) deben de asegurarse que ambos enlaces no causen interferencia a los enlaces ya existentes. El clima y el terreno son los mayores factores a considerar antes de instalar un sistema de microondas. Como por ejemplo, no se recomienda instalar sistemas en lugares donde no llueva mucho; en este caso deben usarse radios con frecuencias bajas (es decir menores a 10 GHz). La consideraciones en terreno incluyen la ausencia de montaas o grandes cuerpos de agua las cuales pueden ocasionar reflecciones de multi-trayectorias.

Radio Frecuencia

Por convencin, la radio transmisin en la banda entre 3 Mhz y 30 Mhz es llamada radio de alta frecuencia (HF) u ondas cortas. Las bandas de frecuencia dentro del espectro de HF son asignadas por tratados internacionales para servicios especficos como movibles (aeronutico, martimo y terrestre), radiodifusin, radio amateur, comunicaciones espaciales y radio astronoma. La radio de HF tiene propiedades de propagacin que la hacen menos confiable que otras frecuencias; sin embargo, la radio de HF permite comunicaciones a grandes distancias con pequeas cantidades de potencia radiada. Las ondas de radio de HF transmitidas desde antenas en la tierra siguen dos trayectorias. La onda terrestre (groundwave) sigue la superficie de la tierra y la onda area (skywave) rebota de ida y vuelta entre la superficie de la tierra y varias capas de la ionosfera terrestre. La til para comunicaciones de hasta cerca de 400 millas, y trabaja particularmente bien sobre el agua. La onda area propaga seales a distancias de hasta 4,000 millas con una confiabilidad en la trayectoria de 90 %.

Foto cortesia de: KMA antennas www.qsl.net/w4kma/

La trayectoria de propagacin de las ondas aereas son afectadas por dos factores El angulo y la frecuencia Si la onda radiada entra en la capa ionizada con un angulo mayor que el (angulo crtico) entonces la onda no es reflejada ; pero si el angulo es menor que la onda ser reflejada y regresara a la tierra. Ambos efectos son mostrados en las siguientes figuras.

El peso del capa de la ionsfera afectara gandemente la distancia de salto. La distancia tambien varia con la frecuencia de la onda transmitida. Ya que el peso y la densidad de la capas de la ionosfera dependen tambien la radiacin solar, hay una significante diferencia entre la distancia de salto de las transmisiones diurnas y las nocturnas. Las ondas terrestres en cambio tiene un alcance ms corto comparadas con las ondas ereas. Las ondas terrestres tienen tres componentes: la onda directa, la onda de superficie y la onda reflejada. Las ondas terrestres son afectadas por la conductividad y las caracteristicas de la superficie de la tierra. A ms alta conductividad mejor transmisin, asi las ondas terrestres viajan mejor sobre al agua del mar, agua dulce, aguas pantanosas, etc. Sobre terreno rocosos y desierto la transmisin es muy pobre, mientras que en zonas selvaticas es practicamente inutilizable. Las condiciones de humedad en el aire cercanas a la tierra afectan grandemente las ondas terrestres. Las caractersticas de propagacin de la onda terrestre tambien son afectadas por la frecuencia de la onda.

Infrarrojo/Laser

Las transmisiones de laser de infrarrojo directo envuelven las mismas tcnicas empleadas en la transmisin por fibra ptica, excepto que el medio en este caso es