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Medios de TransmisiónMedios de TransmisiónErmanno Pietrosémoli

Escuela Latinoamericana de RedesUniversidad de los Andes

Mérida - [email protected]

Walc2000México, julio 2000

Medios de TransmisiónMedios de Transmisión

Elementos de un sistema de comunicaciones

TX Canal RX

RuidoInterferenciaAtenuaciónDistorsiónRetardo

TransductorFiltroAmplificadorModuladorMultiplexadorAdaptador

AdaptadorFiltradoAmplificaciónRec. RelojDemodulaciónDemultiplexación

MediosMedios de de TransmisiónTransmisión

lTodos basados en ondas electromagnéticaslVelocidad de transmisión comparable con la

de la luz, c = 300 Mm/slAtenuación proporcional a la distancialSujetos a interferencias y ruidolLimitados en ancho de banda

MEDIOS DEMEDIOS DETRANSMISIÓNTRANSMISIÓN

•El canal ideal

•Atenuación Constante

•Retardo Constante


•El canal real

•Atenuación Variable

(Distorsión de Amplitud)

•Distorsión de Retardo o de Fase


•El canal real

•Diafonía: Cercana o Lejana

NEXT:NEXT: Near EndNear End Cross Cross TalkTalk

Transferencia indeseada de energía desde un circuito a otro

usualmente adyacente; ocurre en el extremo del enlace de

transmisión donde la fuente de señal está ubicada; la

energía absorbida se propaga hacia el otro extremo del

circuito afectado. Causada por altas frecuencias, señales

no balanceadas o insuficiente aislamiento.

AtenuaciónAtenuaciónToda señal disminuye su potencia al

propagarse del transmisor al receptor.La atenuación suele medirse

logarítmicamente en decibeliosmediante la fórmula:

)Prlog(10Pt

dB =

PotenciaPotenciaLa potencia también suele

medirse logarítmicamente en dBmmediante la fórmula:

)1

Prlog(10mW

dBm =

(mW) dBm

1 0

10 10

20 13

100 20

1000 30

0.5 -3

0.1 -10

0.01 -20

Potencia en mW y en dBm

Ancho de bandaAncho de banda

• La velocidad de transmisión en bit/s es proporcional

al ancho de banda disponible

•El factor de proporcionalidad depende de la eficiencia

del método de modulación empleado

Tipos Tipos dede Medios Medios de deTransmisiónTransmisión

Guiados: Par trenzado Cable Coaxial Fibra Optica

No Guiados:RadiofrecuenciasMicroondasInfrarrojos

Medios Medios de de TransmisiónTransmisiónCómo transmitir una señalCómo transmitir una señal??

lUn hilo conductor, retorno por tierraMuy afectado por la interferencia y el ruido,utilizado en los primeros sistemastelegráficos, pronto fue sustitudo por doshilos conductores

lDos hilos paralelosAunque mejora la resistencia a lainterferencia, todavia es un problema

MediosMedios de de Transmisión TransmisiónCómo transmitir una señalCómo transmitir una señal??

lSi se entrelazan los hilos conductores, seobtiene el par trenzado en el que el efectode las señales interferentes se anula enbuena medidaSe pueden alojar numerosos pares en unmismo cable para aumentar la capacidad detransmisión

Los medios guiadosLos medios guiadosCable Coaxial

Par trenzado

RECUBRIMIENTOFUNDA PROTECTORA

Recubrimiento SECUNDARIO

Fibra óptica (núcleo)

REVESTIMiIENTO

El par El par trenzadotrenzado

lConocido también como par simétrico ocable entorchado (twisted pair, en inglés)

lEs el más económico a distancias cortaslFácil de instalar y conectorizarlPráctico hasta 10 Mbit/s, se puede utilizar

hasta 155 Mbit/s

El par El par trenzadotrenzado

Para mejorar su comportamiento ante lasinterferencias se le puede colocar unrevestimiento o pantalla metálica rodeandoa los hilos que transportan la información.

Se tiene entonces el par trenzadoapantallado (Shielded Twisted Pair, STP) ysu variante el FTP (Foiled Twisted Pair)

CABLE UTP DE 100 CABLE UTP DE 100 ΩΩlDe uno o dos pares utilizado típicamente

para telefoníalDe cuatro pares utilizado en el cableado

estructuradolMultipar (10, 20, 25, 50, 100, 300 pares)

utilizado normalmente en troncales detelefonía y a veces también para datos avelocidad baja o media

CABLE UTP DE 100 CABLE UTP DE 100 ΩΩlUnshielded Twisted Pair

par 1

par 2

par 3

par 4

Cable Horizontal UTP Atenuación/Diafonía en dB (peor par)

Frec. (MHz) Cat. 3 Cat. 4 Cat. 5

0.064 0.9/- 0.8/- 0.8/- 0.150 -/53 -/68 -/74 0.256 1.3/- 1.1/- 1.1/- 0.512 1.8/- 1.5/- 1.5/- 0.772 2.2/43 1.9/58 1.9/64 1.0 2.6/41 2.1/56 2.1/62 4.0 5.6/32 4.3/47 4.3/53 8.0 8.5/27 6.2/42 5.9/48 10.0 9.8/26 7.2/41 6.6/47 16.0 13.1/23 8.9/38 8.2/44 20.0 -/- 10.2/36 9.2/42 25.0 -/- -/- 10.5/41

El par El par trenzado apantalladotrenzado apantallado

lAunque en general es más resistente a lainterferencia, es más difícil de instalar ymás costoso

lTiene una impedancia característica mayorcomparada con los 100 ohm del UTP

Cable FTP de 100 Cable FTP de 100 ΩΩlDe cuatro pares, con pantalla integral en

lamina utilizado en cableado estructuradolMultipar de 25 pares utilizado normalmente

para telefonía, a veces para datos

Cable FTP de 100 Cable FTP de 100 ΩΩlFoiled Twisted pair

par 1

par 2

par 3

par 4

Hilo que garantiza la continuidadeléctrica de la pantalla

Pantalla

El cable coaxialEl cable coaxial

l Formado por un conductor central recubierto porun tubo flexible

l El espacio entre los dos conductores es mantenidopor aisladores espaciados o continuos, el materialdel aislante (dieléctrico) afecta la capacitancia ypor ende la atenuación

l El tubo exterior puede ser en forma de malla ysiempre irá recubierto por otro aislante y protector.

Cable CoaxialCable Coaxial

d

D

d

dieléctrico

Conductor ext.

Conductor int.

AtenuaciónAtenuación del Cable Coaxial del Cable Coaxial

( )dDdD

fkat /1/1

)/log(+=

k = constante que depende del dieléctricoutilizado como aislante

f = frecuencia en Hz

D= diámetro interior del tubo

d= diámetro del conductor central


lLa atenuación es proporcional a la raízcuadrada de la frecuencia e inversamenteproporcional al tamaño del cable

lEl cociente entre los diámetros de losconductores determina la impedanciacaracterística del cable

lLa velocidad de propagación varía entre0.7c y 0.9c


Su uso en redes de área local ya no esrecomendado, siendo sustituido por el partrenzado no apantallado a distancias cortasy la fibra óptica para distancias mayores oancho de banda elevados.

Se sigue utilizando para la conexión entreantenas y radios

Atenuación de cables coaxiales de uso frecuenteen dB/ 100 ft y (dB/ 100 m)

Tipo deCable

144MHz

220MHz

450MHz

915MHz

1.2GHz

2.4GHz

5.8GHz

RG-58 6.2(20.3)

7.4(24.3)

10.6(34.8)

16.5(54.1)

21.1(69.2)

32.2(105.6)

51.6(169.2)

RG-8X 4.7(15.4)

6.0(19.7)

8.6(28.2)

12.8(42.0)

15.9(52.8)

23.1(75.8)

40.9(134.2)

LMR-240 3.0(9.8)

3.7(12.1)

5.3(17.4)

7.6(24.9)

9.2(30.2)

12.9(42.3)

20.4(66.9)

RG-213/214 2.8(9.2)

3.5(11.5)

5.2(17.1)

8.0(26.2)

10.1(33.1)

15.2(49.9)

28.6(93.8)

9913 1.6(5.2)

1.9(6.2)

2.8(9.2)

4.2(13.8)

5.2(17.1)

7.7(25.3)

13.8(45.3)

LMR-400 1.5(4.9)

1.8(5.9)

2.7(8.9)

3.9(12.8)

4.8(15.7)

6.8(22.3)

10.8(35.4)

3/8" LDF 1.3(4.3)

1.6(5.2)

2.3(7.5)

3.4(11.2)

4.2(13.8)

5.9(19.4)

8.1(26.6)

LMR-600 0.96(3.1)

1.2(3.9)

1.7(5.6)

2.5(8.2)

3.1(10.2)

4.4(14.4)

7.3(23.9)

1/2" LDF 0.85(2.8)

1.1(3.6)

1.5(4.9)

2.2(7.2)

2.7(8.9)

3.9(12.8)

6.6(21.6)

7/8" LDF 0.46(1.5)

0.56(2.1)

0.83(2.7)

1.2(3.9)

1.5(4.9)

2.3(7.5)

3.8(12.5)

1 1/4" LDF 0.34(1.1)

0.42(1.4)

0.62(2.0)

0.91(3.0)

1.1(3.6)

1.7(5.6)

2.8(9.2)

1 5/8" LDF 0.28(0.92)

0.35(1.1)

0.52(1.7)

0.77(2.5)

0.96(3.1)

1.4(4.6)

2.5(8.2)

La La Fibra OpticaFibra Optica

lTiene la menor atenuación y el mayor anchode banda entre los sistemas de transmisión

lEs inmune a las intereferenciaselectromagnéticas y al acceso no autorizado

lAunque es más costosa que el par trenzado,se recomienda en instalaciones de altasprestaciones

Medios de Transmisión:Medios de Transmisión:Comparación dela atenuación entre diversos cablesComparación dela atenuación entre diversos cables

Estructura de la Fibra Optica

núcleo

revestimiento

recubrimiento

Fibras Monomodo y Multimodo

Espectro Optico, Ventanas de Transmisión

Las Las Fibras OpticasFibras Opticas

lPresentan la mayor resistencia a lainterferencia y a la intrusión

lTienen el máximo ancho de banda y alcancelSoportan las velocidades de transmisión del

futurolRepresentan un mayor costo, pero son una

buena inversión

Estándar TIA/EIA 568 - Cableado Estructurado

Cableado Troncal (Backbone) • Par Trenzado - Cable UTP (Unshielded Twisted Pair) de 100 ohmios (máximo 800 m).• Par Trenzado Apantallado - Cable STP (Shielded Twisted Pair) de 150

ohmios (máximo 700 m).• Fibra Óptica Multimodo de 62.5/125 µm (máximo 2000 m).· Fibra Óptica Monomodo (máximo 3000 m). Cableado Horizontal · Cable de cuatro pares UTP (Unshielded Twisted Pair)(conductores sólidos 24 AWG).· Cable de dos pares STP (Shielded Twisted Pair) de 150 ohmios.· Cable de Fibra Óptica de dos Fibras de 62.5/125 µm.

Importancia del Cableado en una Red

• 40% de los empleados se mudan dentro del mismo edificio

cada año. • Hasta un 70% de las fallas en una red están relacionadas con

el cableado. • El cableado representa alrededor del 5% del costo de una red

local. • El cableado es el elemento que menos obsolece en la red y el

que típicamente sobrevive a los cambios de Software yHardware.

Medios Medios no no GuiadosGuiados

lLas ondas electromagnéticas se puedentransmitir eficazmente mediante una antenaque tenga dimensiones comparables a lalongitud de onda de la señal que se quiereenviar

lEl ancho de banda máximo que se puedetransmitir es proporcional a la frecuencia dela portadora


lEn radiodifusión AM se utilizan antenas dedecenas de metros de altura, típicamente de¼ de longitud de onda correspondiente aunos 75m, a la frecuencia de 1 MHz

lEl ancho de banda que se transmite en estecaso es de 5 kHz


lEn radiodifusión FM se utilizan frecuencias100 veces mayores, con lo que las antenasefectivas son del orden de un metro

lEl ancho de banda que se transmite en estecaso es de 15 kHz

lPero ahora el alcance de la transmisión esmenor


l En General, a mayor frecuencia mayor ancho debanda disponible, pero menor alcance

l A frecuencias bajas las ondas son guiadas por lasuperficie terrestre y reflejadas por las capasionosféricas

l A frecuencias altas las ondas de radio secomportan como la luz, por lo que se requierelínea visual entre el transmisor y el receptor

El El Espectro ElectromagnéticoEspectro Electromagnético

lAbarca desde 30 Hz hasta 300 exahertzlEn términos de longitud de onda, desde las

ondas kilométricas hasta las femtométricasl c = velocidad de la luz, 300.000 km/s

λcf =

Propagación de radioPropagación de radio

lOnda DirectalOnda terrestrelOnda ReflejadalReflexiones en la ionosferalRefracción en un obstáculolEfecto de la curvatura terrestre

Transmisión por RadioTransmisión por Radio

Rx

Gr

Tx

Gt

AtAr

Pr

Pt

L

dB

km

Factores que determinan elFactores que determinan elalcancealcance

l Potencia de salida del TX (típica entre 0.1 y 4 W)l Sensibilidad del RXl Frecuencia de operación, a mayor frecuencia,

mayor atenuaciónl Ganancia de las antenas. A mayor frecuencia, una

antena dada tendrá mayor ganancia para el mismotamaño.

l Pérdidas en el sistema: espacio, alimentadores,conectores.

Características de las AntenasCaracterísticas de las Antenas

lGanancia de la antena: es el cociente entrela potencia emitida por la antena en sudirección de máxima emisión respecto a unaantena isotrópica. Se expresa en dBi

lAncho del haz: es el ángulo subtendido porla radiación emitida entre los puntos en quedisminuye a la mitad (3 dB)


Area efectiva: es el cociente entre la potenciadisponible en los terminales de la antena yla potencia por unidad de área incidentesobre la misma.

Para un dipolo corto Ae = 0,12λ2

Para un dipolo de media onda Ae = 0,13λ2

Para una antena isotrópica Ae = λ2/4π*G


Para una antena parabólica, la ganancia es:G = R (πD/ λ) 2 donde R es el rendimiento,

típicamente de 0,6 y D es el diametro.Expresando λ en terminos de la frecuencia en

MHz y D en m, la ganancia en dB será:G(dB) = - 42 + 20logD(m) + 20 log f(MHz)


lDiagrama de radiación o patrón de radiaciónde una antena, es una gráfica de laintensidad de campo emitido en función delángulo a partir de la dirección de máximaemisión.

lEl ángulo entre los los dos puntos en los quela potencia se ha reducido a la mitad (3 dB)se denomina ancho del haz


Polarización: Corresponde a la dirección delcampo eléctrico emitido por una antena.

Puede ser:lVerticallHorizontallElípticaLa desadaptación de polarización puede

introducir una pérdida de hasta 20 dB


Ancho del Haz

Diagrama de radiación

Punto de media potencia

Ancho Ancho de Banda dede Banda deTransmisiónTransmisión

lEn los sistemas clásicos de comunicacionesse utiliza el mínimo ancho de banda quepermita transmitir la señal

lExiste una alternativa que consiste enutilizar un ancho de banda mucho mayor,con el propósito de hacer la señal masresistente a las interferencia, o compartir eseespectro con otras señales

Ancho Ancho de Banda dede Banda deTransmisiónTransmisión

Se habla entonces de sistemas de:

lBanda Estrecha

lBanda Esparcida (Spread Spectrum)

Banda EsparcidaBanda Esparcida((Spread SpectrumSpread Spectrum))

Secuencia Seudoaleatoria(Pseudo Noise Sequence)también llamadosDirect Sequence

•Salto de Frecuencia (Frequency Hopping)

Banda EsparcidaBanda Esparcida((Spread SpectrumSpread Spectrum))

Frecuencias mas usualesFrecuencias mas usuales

915 MHz, 2.4 GHz o 5.8 GHzEn muchos países estas bandasde frecuencia no requieren depermiso gubernamental, siempreque no se excedan ciertoslímites en la potencia detransmisión

Espectros en TransmisiónEspectros en TransmisiónDSSSDSSS

Transmisión por InfrarrojosTransmisión por Infrarrojos

lLa luz visible se ha utilizado desde laantiguedad para transmitir información adistancia

lEl primer sistema moderno fue desarrolladopor Chappe en Francia y estaba formadopor una serie de torres que retransmitían lasseñales a grandes distancias


lEn la segunda guerra mundial se utilizarontambién sistemas de transmisión de vozbasados en luz a distancias cortas

lEl problema que se presenta es que laatmósfera no es muy transparente a grandesdistancias y la lluvia y otros meteorosdegradan la comunicación


Los sistemas modernos son de tres tiposlRedes de alcance local, generalmente

transmisión difusa, distancias de pocosmetros

lSistemas punto a punto, con velocidades dedecenas de Mbit/s y alcances de unos pocoskm

lSistemas espaciales

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