Medios de transmisión guiados

 

En los sistemas de transmisión de datos, el medio de transmisión es el camino físico entre el transmisor y el receptos. Los medios de transmisión se clasifican en guiados y no guiados. En ambos casos, la comunicación se lleva a cabo con ondas electromagnéticas. En los medios guiados las ondas se confinan en un medio sólido, como, por ejemplo, el par trenzado, el cable de cobre coaxial, o la fibra óptica. La atmósfera o el espacio exterior son ejemplos de medios no guiados, que proporcionan un medio de transmisión de las señales pero sin confinarlas; esto se denomina transmisión inalámbrica.

En la siguiente figura se muestra el espectro electromagnético, así como la frecuencia a la que operan diferentes técnicas de transmisión sobre medios guiados y no guiados.

 

En medios guiados , el ancho de banda o velocidad de transmisión dependen de la distancia y de si el enlace es punto a punto o multipunto .

 

Par trensado

Es el medio guiado más barato y más usado .

Consiste en un par de cables , embutidos para su aislamiento , para cada enlace de comunicación . Debido a que puede haber acoples entre pares , estos se trenza con pasos diferentes . La utilización del trenzado tiende a disminuir la interferencia electromagnética .

Este tipo de medio es el más utilizado debido a su bajo coste ( se utiliza mucho en telefonía ) pero su inconveniente principal es su poca velocidad de transmisión y su corta distancia de alcance .

Con estos cables , se pueden transmitir señales analógicas o digitales .

Es un medio muy susceptible a ruido y a interferencias . Para evitar estos problemas se suele trenzar el cable con distintos pasos de torsión y se suele recubrir con una malla externa para evitar las interferencias externas .

Pares trenzados apantallados y sin apantallar

 Los pares sin apantallar son los más baratos aunque los menos resistentes a interferencias ( aunque se usan con éxito en telefonía y en redes de área local ) . A velocidades de transmisión bajas , los pares apantallados son menos susceptibles a interferencias , aunque son más caros y más difíciles de instalar .

Como está compuesto el cable de par trenzado

El cable par trenzado está compuesto de conductores de cobre aislados por papel o plástico y trenzados en pares. Esos pares son después 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 plástico. El trenzado de los pares de cable y de las unidades disminuyen el ruido de interferencia, mejor conocido como diafonía. Los cables de par trenzado tienen la ventaja de no ser caros, ser flexibles y fáciles de conectar, entre otras. Como medio de comunicación tiene la desventaja de tener que usarse a distancias limitadas ya que la señal se va atenuando y puede llegar a ser imperceptible; es por eso que a determinadas distancias se deben emplear repetidores que regeneren la señal.

Los cables de par trenzado se llaman así porque están trenzados en pares. Este trenzado ayuda a disminuir la diafonía, 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 física): 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 comúnmente para aplicaciones de REDES Ethernet, el término UTP generalmente se refiere a los cables categoría 3, 4 y 5 especificados por el estándar TIA/EIA 568-A standard. Las categorías 5e, 6, & 7 también han sido propuestos para soportar velocidades más altas. el cable UTP comúnmente incluye 4 pares de conductores. 10BaseT, 10Base-T, 100Base-TX, y 100Base-T2 sólo utilizan 2 pares de conductores, mientras que 100Base-T4 y 1000Base-T requieren de todos los 4 pares.

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

Categoría 1 - Voz solamente

Categoría 2 - Datos 4 Mbps

Categoría 3 - UTP con impedancia de 100 ohm y características eléctricas que soportan frecuencias de transmisión de hasta 16 MHz. Definida por la especificación TIA/EIA 568-A specification. Puede ser usado con 10Base-T, 100Base-T4, and 100Base-T2.

Categoría 4 - UTP con impedancia de 100 ohm y características eléctricas que soportan frecuencias de transmisión de hasta 20 MHz. Definida por la especificación TIA/EIA 568-A . Puede ser usado con 10Base-T, 100Base-T4, and 100Base-T2.

Categoría 5 - UTP con 100 ohm de impedancia y características eléctricas que soportan frecuencias de transmisión de hasta 100 MHz. Definida por la especificación 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 categoría 5e (CAT 5 enhanced "mejorada"). CAT 5e es un nuevo estándar que soportará velocidades aún mayores de 100 Mbps y consiste de un cable par trenzado STP con 100 ohm de impedancia y características eléctricas que soportan frecuencias de transmisión 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 atenuación.

Categorías de Cables UTP

 

Sumario -Cable Ethernet

STP (Shielded Twisted Pair)

El cable STP, tiene un blindaje especial que forra a los 4 pares y comúnmente se refiere al cable par trenzado de 150 ohm definido por IBM utilizado en redes Token Ring. El blindaje está diseñado para minimizar la radiación electromagnética (EMI, electromagnética interference) y la diafonía. 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.

Cable coaxial

Consiste en un cable conductor interno ( cilíndrico ) separado de otro cable conductor externo por anillos aislantes o por un aislante macizo . Todo esto se recubre por otra capa aislante que es la funda del cable .

Este cable , aunque es más caro que el par trenzado , se puede utilizar a más larga distancia , con velocidades de transmisión superiores , menos interferencias y permite conectar más estaciones .

Se suele utilizar para televisión , telefonía a larga distancia , redes de área local , conexión de periféricos a corta distancia , etc...

Se utiliza para transmitir señales analógicas o digitales .

Sus inconvenientes principales son : atenuación , ruido térmico , ruido de intermodulación .

Para señales analógicas , se necesita un amplificador cada pocos kilómetros y para señales digitales un repetidor cada kilómetro .

A frecuencias en el intervalo de VHF (Very High Frecuency) y menores es común el uso de cables coaxiales. Dicho cable consiste de un alambre interior que se mantiene fijo en un medio aislante que después lleva una cubierta metálica. La capa exterior evita que las señales de otros cables o que la radiación electromagnética afecte la información conducida por el cable coaxial.

En la siguiente figura se muestra un cable coaxial típico.

 

Fibra óptica 

 

Lo que llamamos luz solo es una pequeña parte del espectro de la radiación electromagnética. La radiación electromagnética puede ordenarse en un espectro que va desde las ondas de frecuencia sumamente alta y longitud de onda corta a frecuencia sumamente baja y longitud de onda larga.

La diferencia de las radiaciones en las diferentes partes del espectro electromagnético es una cantidad que puede ser medida de varias maneras: Como una longitud de onda, como la energía de un fotón, o como la frecuencia de oscilación de un campo electromagnético. En el campo de la óptica es común hablar de Longitud de onda.

En un extremo del espectro se ubican las ondas de radio con billones de longitudes de onda más largos que aquellos de la luz visible. En el otro extremo del espectro están los rayos gamma que tienen millones de longitudes de onda más pequeño que aquellos de la luz visible. La luz es una onda electromagnética, y por ende dicha onda puede oscilar en diferentes frecuencias, precisamente esta define el "color".

Hay algunas propiedades generales de la luz:

1. La luz puede viajar en el vacío, no así el resto de las ondas que necesitan de un medio material para hacerlo, ejemplo. El Sonido.

2. La velocidad de la luz es constante en el vacío, esto incluye a cualquier frecuencia de la misma, esto es 299,800 kilómetros / segundo en el vacío (C).

3. La luz blanca esta compuesta por todas las longitudes de onda, la cual al pasar por un prisma (medio óptico) se difracta en diferentes ángulos según su longitud de onda descomponiéndose así en colores. Este efecto físico, es el responsable de que los modernos observatorios se instalen en la cima de altas montañas, para así disminuir el efecto sobre los detectores de luz.

Los colores según la frecuencia están dados por:

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Nosotros en este estudio que tratamos estamos interesado en solo una parte del espectro electromagnético - La región óptica, donde la fibra óptica y los elementos ópticos trabajan.

Esta región incluye la luz visible al ojo humano que va desde las longitudes de ondas de los 400 a 700 nanómetros que están cercanos a la zona infrarroja y ultravioleta, que tienen propiedades similares. En líneas generales estamos hablando de longitudes de onda que van desde los 200 a 20,000 nm (0.2-20mm).

Las longitudes de onda normalmente usadas en comunicaciones en las fibras de silica están entre los 700-1600 nm (0.7-1.6mm). En el infrarrojo cercano donde la fibra es más transparente. Las fibras de sílica y vidrio pueden transmitir la luz visible sobre distancias cortas, y ciertas clases de fibra (llamadas de cuarzo fundido) pueden transmitir luz cercanas al ultravioleta sobre distancias cortas.

Las fibras de plásticas típicas transmiten mejor una longitud de onda visible que al infrarrojo cercano, por lo que las comunicaciones sobre las fibras de plásticos típicas es con luz visible. Sin embargo la fibra de plástico no es tan transparente como el vidrio de sílica. Las fibras pueden ser fabricadas con otros materiales diferente a la sílica de tal manera que pueden transmitir longitudes de ondas mayores que el infrarrojo.

Las longitudes de onda normalmente usadas en comunicaciones en las fibras de silica están entre los 700-1600 nm (0.7-1.6mm). En el infrarrojo cercano donde la fibra es más transparente. Las fibras de sílica y vidrio pueden transmitir la luz visible sobre distancias cortas, y ciertas clases de fibra (llamadas de cuarzo fundido) pueden transmitir luz cercanas al ultravioleta sobre distancias cortas.

Estructura de la fibra óptica

Se trata de un  medio muy flexible y muy fino que conduce energía de naturaleza óptica. Su forma es cilíndrica con tres secciones radiales : núcleo , revestimiento y cubierta .

El núcleo está formado por una o varias fibras muy finas de cristal o plástico . Cada fibra está rodeada por su propio revestimiento que es un cristal o plástico con diferentes propiedades ópticas distintas a las del núcleo . Alrededor de este conglomerado está la cubierta ( constituida de material plástico o similar ) que se encarga de aislar el contenido de aplastamientos , abrasiones , humedad , etc...

Es un medio muy apropiado para largas distancias e incluso últimamente para LAN's.

 

Sus beneficios frente a cables coaxiales y pares trenzados son :

Ø            Permite mayor ancho de banda .

Ø            Menor tamaño y peso .

Ø            Menor atenuación .

Ø            Aislamiento electromagnético .

Ø            Mayor separación entre repetidores .

 

Su rango de frecuencias es todo el espectro visible y parte del infrarrojo .

El método de transmisión es : los rayos de luz inciden con una gama de ángulos diferentes posibles en el núcleo del cable , entonces sólo una gama de ángulos conseguirán reflejarse en la capa que recubre el núcleo . Son precisamente esos rayos que inciden en un cierto rango de ángulos los que irán rebotando a lo largo del cable hasta llegar a su destino . A este tipo de propagación se le llama multimodal . Si se reduce el radio del núcleo , el rango de ángulos disminuye hasta que sólo sea posible la transmisión de un rayo , el rayo axial , y a este método de transmisión se le llama monomodal .

Los inconvenientes del modo multimodal es que debido a que dependiendo al ángulo de incidencia de los rayos , estos tomarán caminos diferentes y tardarán más o menos tiempo en llegar al destino , con lo que se puede producir una distorsión ( rayos que salen antes pueden llegar después ) , con lo que se limita la velocidad de transmisión posible .

Hay un tercer modo de transmisión que es un paso intermedio entre los anteriormente comentados y que consiste en cambiar el índice de refracción del núcleo . A este modo se le llama multimodo de índice gradual .

Los emisores de luz utilizados son : LED ( de bajo coste , con utilización en un amplio rango de temperaturas y con larga vida media ) y ILD ( más caro , pero más eficaz y permite una mayor velocidad de transmisión ) .

En su estructura más simple, una fibra ótica consta de una porción central de plástico  o vidrio llamada Núcleo o alma, un recubrimiento, también de vidrio o plástico, llamado corteza, envoltura o manto y una chaqueta protectora de caucho o plástico. El núcleo es el camino real de propagación de la luz y tiene un índice de refracción distinto del de la corteza.

 

 

 

 

 

 

En la superficie de separación entre el núcleo y la envoltura se produce el fenómeno de reflexión total de la luz, al pasar éste de un medio a otro que tiene un índice de refracción más pequeño. Como consecuencia de esta estructura óptica todos los rayos de luz que se reflejan totalmente en dicha superficie se transmiten guiados a lo largo del núcleo de la fibra.

Este conjunto esta envuelto por una capa protectora. La velocidad de transmisión es muy alta, 10 Mbs siendo en algunas instalaciones especiales de hasta 500 Mbs, y no resulta afectado por interferencias

Aplicaciones en el campo de las comunicaciones de datos.

:      Conexiones locales entre ordenadores y periféricos o equipos de control y medición.

:      Interconexión de ordenadores y terminales mediante enlaces dedicados de fibra óptica.

:      Enlaces de fibra óptica de larga distancia y gran capacidad.

La fibra óptica es un competidor directo de los diversos medios utilizados actualmente para transmitir información (cables metálicos, ondas de radio, guías de onda, etc.) y, en especial, de los cables coaxiales, a los cuales pueden sustituir con ventaja en la mayoría de los casos. Las principales aplicaciones de los cables de fibra óptica incluyen:

:Sistemas de telecomunicaciones civiles y militares.

:Redes de área local (LANs)

:Sistemas de televisión por cable.

:Sistemas industriales de supervisión y control de potencia.

:Sistemas públicos y privados de distribución de información.

:Sistemas de cable submarino.

:Sistemas automotrices.

:Sistemas domésticos de audio, video, seguridad, etc.

La mayor desventaja es que no se puede “pinchar” fácilmente este cable para conectar un nuevo nodo a la red.

Las transmisiones de la señal a grandes distancias se encuentran sujetas a atenuación, que consiste en una pérdida de amplitud o intensidad de la señal, lo que limita la longitud del cable. Los segmentos pueden ser de hasta 2000 metros.

 Propagación multimodo en una fibra óptica de índice de escala y de índice gradual.