Medios de transmisión

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Evelio Martínez Martínez
Publicado en la Revista RED

en la edición especial
"El ABC de las Telecomunicaciones", Diciembre del 2002

Introducción

La comunicación es la transferencia de información desde un lugar a otro. Por otra parte la información es un patrón físico al cual se le ha asignado un significado comúnmente acordado. El patrón debe ser único "separado y distinto", capaz de ser enviado por un transmisor y capaz de ser detectado y entendido por un receptor. La información es transmitida a través de señales eléctricas o por medio de señales ópticas a través de un canal de comunicación o medio de transmisión.

El medio de transmisión es el enlace eléctrico ú óptico entre el transmisor y el receptor, siendo el puente de unión entre la fuente y el destino. Este medio de comunicación puede ser un par de alambres, un cable coaxial, inclusive el aire mismo. Pero sin importar el tipo, todos los medios de transmisión se caracterizan por la atenuación, ruido, interferencia, desvanecimiento y otros factores muy importantes que impiden que la señal sea propagada libremente por el medio. Todos estos factores son los que hay que contrarrestar al momento de transmitir cualquier información al canal con ruido.

En este artículo describiremos los medios de transmisión más importantes, los cuales se clasifican en dos tipos: Los medios alámbricos y los medios inalámbricos. Aunque no es muy correcto decir medios alámbricos "es así como la mayoría los conocemos" debido a que no siempre son alambres el medio de conducción de las señales; tal es el caso de la fibra óptica que está construida con un material de fibra de vidrio, el otro caso es la guía de onda, la cual está construida de un material metálico. La mejor manera de clasificar a este tipo de medios es como medios confinados, es decir son medios tangibles confinados sobre conductos de cobre, fibra de vidrio o contenedores metálicos. En otras palabras los medios confinados se ven limitados por el medio y no salen de él, excepto por algunas pequeñas pérdidas.

Por otro lado, existen los medios no-físicos o no-confinados, es decir no están contenidos en ninguno de los materiales descritos anteriormente. Los medios no físicos o no-confinados son aquellos donde las señales de radio frecuencia (RF) originadas por la fuente se radian libremente a través del medio y se esparcen por éste " el aire por ejemplo. El medio, aire, es conocido técnicamente como el espectro radioeléctrico o electromagnético. Comúnmente conocemos a este tipo de medios como medios inalámbricos; del inglés wireless o sin alambres.

Medios confinados

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En los medios confinados tenemos en primer lugar al alambre sin aislar. El alambre fue el primer medio de comunicación empleado tras haberse inventado el telégrafo en 1844. Hoy en día los alambres vienen protegidos con materiales aislantes. El material del conductor puede ser cobre, aluminio u otros materiales conductores y se emplea en diversas aplicaciones como conducción de electricidad, telefonía, redes, etc.

Los grosores de los cables son medidos de diversas maneras, el método predominante en los Estados Unidos y en otros países sigue siendo el American Wire Gauge Standard (AWG), "gauge" significa diámetro. Mediante este sistema se puede distinguir un cable de otro mediante su diámetro. Por ejemplo, los grosores típicos de los conductores utilizados en cables eléctricos para uso residencial son del 10 al 14 AWG. Los conductores utilizados en cables telefónicos pueden ser del 22, 24 y 26 AWG. Los conductores utilizados en cables para aplicaciones de redes son el 24 y 26 AWG. En este sistema entre mayor sea el número AWG menor será su diámetro. El grosor del cable determina otras características eléctricas importantes tales es el caso de la resistencia o impedancia.

Cable coaxial

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

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El cables coaxial puede transmitir información tanto en frecuencia intermedia (IF) como en banda base. En IF el cable coaxial se utiliza en aplicaciones de video, ya que es muy adecuado para enviar los canales de televisión en los sistemas de televisión por cable. En banda base el coaxial se utilizó bastante en aplicaciones de datos en redes de área local (LAN) tanto en redes Token Ring como Ethernet.

Los dos tipos de cables coaxiales más empleados para aplicaciones de LAN son el 10Base5 y el 10Base2. El 10Base5 es conocido comúnmente como cable coaxial grueso, en cambio el 10Base2 es conocido como cable coaxial delgado. En la siguiente tabla se hace una comparación entre estos dos tipos de cable.

Tipos de cable coaxial para LAN
Parámetro/Tipo de Cable	10Base5	10Base2
Tasa de transmisión	10 Mbps	10 Mbps
Longitud máxima	500 mts.	185 mts.
Impedancia	50 ohms	50 ohms, RG58
Diámetro del conductor	2.17 mm	0.9 mm

Cable Par trenzado

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El cable par trenzado (twisted pair) está compuesto de conductores de cobre aislados por material plástico y 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. Este tipo de cables de par trenzado tienen la ventaja de no ser caros, ser flexibles y fáciles de conectar, entre otras más propiedades que no las tiene el coaxial en las aplicaciones de redes. Como medio de comunicación tiene la desventaja de tener que usarse a distancias limitadas (menos de 100 metros) ya que la señal se va atenuando y puede llegar a ser imperceptible si se rebasa ese límite.

Los cables de par trenzado más comúnmente usados como interfaces de capa física son los siguientes: 10BaseT (Ethernet), 100BaseTX (Fast Ethernet), 100BaseT4 (Fast Ethernet con 4 pares) y 1000BaseT (Gigabit Ethernet).

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. En la siguiente tabla se muestran las diferentes categorías de cables UTP y su aplicación.

Distintas categorías del cable UTP
Tipo	Aplicación
Categoría 1	Voz solamente (cable telefónico)
Categoría 2	Datos hasta 4 Mbps (LocalTalk [Apple])
Categoría 3	Datos hasta 10 Mbps (Ethernet)
Categoría 4	Datos hasta 20 Mbps (16 Mbps Token Ring)
Categoría 5	Datos hasta 100 Mbps (Fast Ethernet)
Categoría 5e	Datos hasta 1000 Mbps (Gigabit Ethernet)

Fibra óptica

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La fibra óptica es muy medio de comunicación que utiliza la luz confinada en una fibra de vidrio para transmitir grandes cantidades de información en el orden de Gigabits (1x10⁹ bits) por segundo. Para transmitir los haces de luz se utiliza una fuente de luz como un LED (Light-Emitting Diode) o un diodo láser. En la parte receptora se utiliza un fotodiodo o fototransistor para detectar la luz emitida. También será necesario poner al final de cada extremo un conversor de luz (óptico) a señales eléctricas.

Debido a que el láser trabaja a frecuencias muy altas, entre el intervalo de la luz visible e infrarroja, la fibra óptica es casi inmune a la interferencia y el ruido.

La transmisión óptica involucra la modulación de una señal de luz " usualmente apagando, encendiendo y variando la intensidad de la luz " sobre una fibra muy estrecha de vidrio llamado núcleo " el diámetro de una fibra puede llegar a ser de una décima del diámetro de un cabello humano.

La otra capa concéntrica de vidrio que rodea el núcleo se llama revestimiento. Después de introducir la luz dentro del núcleo ésta es reflejada por el revestimiento, lo cual hace que siga una trayectoria zigzag a través del núcleo. Por lo tanto las dos formas de transmitir sobre una fibra son conocidas como transmisión en modo simple ymultimodo. En el modo simple o monomodo, se transmite un haz de luz por cada fibra, mientras en una fibra multimodo más de un haz de luz puede ser transmitido. Dada las características de transmisión de las fibras monomodo, es posible la propagación del haz de luz a decenas de kilómetros. Este tipo de fibra es comúnmente utilizada para enlaces de larga distancia, por ejemplo la interconexión de centrales telefónicas. La fibra multimodo en cambio se utiliza para distancias más cortas y sirve para interconectar redes de área local entre edificios, intercampus, etc.

La tecnología de la fibra óptica ha avanzado muy rápidamente y en la actualidad es posible incrementar la capacidad de una fibra y aumentar la distancia de propagación. Por ejemplo, los amplificadores de fibra dopada con erbio (EDFA, Erbium-doped Fiber Amplifiers) son repetidores/amplificadores que dopan a la fibra con el metal erbio a intervalos de 50 a 100 kilómetros. La introducción de los EDFAs ha hecho posible de los sistemas de fibra óptica de hoy en día operen a 10 Gbps. Los EDFAs abrieron el camino para WDM (Wavelength Division Multiplexing) o multicanalización por división de longitud de onda. WDM es el proceso de dividir el espectro de la fibra óptica en un número de longitudes de onda sin traslaparse una con la otra. Cada longitud de onda es capaz de soportar un canal de comunicaciones de alta velocidad.

Otra tecnología innovadora en las fibras ópticas en el DWDM (WDM denso). Con esta tecnología se pueden soportar más de 16 longitudes de onda. Por ejemplo los sistemas OC-48 (Optical Carrier, 2.5 Gbps) pueden soportar de 60 a 160 longitudes de onda. En la actualidad los sistemas pueden soportar más de 320 longitudes de onda equivalente a 320 canales de alta velocidad por fibra. Se están haciendo desarrollos para que en un futuro cercano se puedan transmitir más de 15,000 longitudes de onda por fibra con la tecnología conocida como "chirped-pulse WDM" de los laboratorios Bell. Con esta tecnología las fibras ópticas tendrán una capacidad inimaginable.

Los cables de fibra óptica submarina son otro ejemplo de la gran capacidad que existe en este medio. El primer cable submarino con fibra óptica (el TAT-8) fue puesto en servicio en 1988 y utilizaba tres pares de fibras con repetidores espaciados cada 65 millas, su capacidad es de 40,000 circuitos de voz bidireccionales. En el 2001 fue instalado otro cable trasatlántico el AC-2, el cual ofrece una capacidad de 10 Gbps en 32 longitudes de onda sobre 8 pares de fibras para un total de 2.5 Terabits por segundo (2.5 x 10¹² bps) utilizando WDM.

La fibra óptica como medio de transmisión en el área de las telecomunicaciones ha demostrado su potencialidad al cursar por éstas casi todo el tráfico de voz y datos del mundo, así como el tráfico de Internet. Pero también en el campo de la medicina la fibra óptica tiene un uso muy vasto, lalaparoscopía, colposcopía y la endoscopía son sólo unos ejemplos.

Cableado estructurado

En el pasado había dos especificaciones principales de terminación de cableado: Los cables de datos y por otro lado, los cables de voz. En la actualidad, en el mundo de los sistemas de cableado estructurado existen diferentes tipos de servicios (e.g. voz , datos, video, monitoreo, control de dispositivos, etc.) que pueden cursarse sobre un mismo tipo de cable.

El estándar de cableado estructurado más utilizado y conocido en el mundo está definido por la EIA/TIA [Electronics Industries Association/ Telecommunications Industries Association] de Estados Unidos. Este estándar especifica el cableado estructurado sobre cable de par trenzado UTP de categoría 5, el estándar se llama EIA/TIA 568A. Existe otro estándar producido por AT&T "mucho antes de que la EIA/TIA fuera creada en 1985" , el 258A, pero ahora es conocido bajo el nombre de EIA/TIA 568B.

El estándar EIA/TIA 568A define 6 subsistemas de cableado estructurado los cuales se detallan a continuación:

1. Entrada al edificio:

La entrada a los servicios del edificio es el punto en el cual el cableado externo hace interfaz con el cableado de la dorsal dentro del edificio. Este punto consiste en la entrada de los servicios de telecomunicaciones al edificio (acometidas), incluyendo el punto de entrada a través de la pared y hasta el cuarto o espacio de entrada. Los requerimientos de la interface de red están definidos en el estándar TIA/EIA-569A

2. Cuarto de equipos

El cuarto de equipos es un espacio centralizado dentro del edificio donde se albergan los equipos de red [enrutadores, conmutadores de paquetes (switches), concentradores (hubs), conmutadores telefónicos (PBXs), etc.], equipos de voz , video, etc. Los aspectos de diseÃ±o del cuarto de equipos está especificado en el estándar TIA/EIA 569A.

3. Cableado de la dorsal (backbone)

El cableado de la dorsal permite la interconexión entre los gabinetes de telecomunicaciones, cuartos de telecomunicaciones y los servicios de la entrada del edificio. Consiste de cables de dorsal, terminaciones mecánicas, equipos principales y secundarios de conexión cruzada (cross-connects), regletas o puentes (jumpers) usados para la conexión dorsal a dorsal. Esto incluye: conexión vertical entre pisos (risers), cables entre un cuarto de equipos, cable de entrada a los servicios del edificio y cables entre edificios.

Los tipos de cables requeridos para la dorsal son:

UTP de 100 ohm (24 o 22 AWG), distancia máxima 800 metros (voz)
STP de 150 ohm, distancia máxima 90 metros (datos)
Fibra Multimodo 62.5/125 Âµm, distancia máxima 2,000 metros
Fibra Monomodo 8.3/125 Âµm, distancia máxima 3,000 metros

4. Gabinete de Telecomunicaciones

El gabinete (rack) de telecomunicaciones es el área dentro de un edificio donde se alberga el equipo del sistema de cableado de telecomunicaciones. Este incluye las terminaciones mecánicas y/o equipos de conexión cruzada para el sistema de cableado a la dorsal y horizontal.

5. Cableado horizontal

El sistema de cableado horizontal se extiende desde el área de trabajo de telecomunicaciones hasta el gabinete de telecomunicaciones y consiste de lo siguiente:

Cableado horizontal
Enchufe de telecomunicaciones
Terminaciones de cable (asignaciones de guías del conector modular RJ-45)
Conexiones de transición

Tres tipos de medios son reconocidos para el cableado horizontal, cada uno debe de tener una extensión máxima de 90 metros:

Cable UTP 100-ohm, 4-pares, (24 AWG sólido)
Cable STP 150-ohm, 2-pares
Fibra óptica 62.5/125 Âµm, 2 fibras

6. Area de trabajo

Los componentes del área de trabajo se extienden desde el enchufe de telecomunicaciones a los dispositivos o estaciones de trabajo.

Los componentes del área de trabajo son los siguientes:

Dispositivos: computadoras, terminales, teléfonos, etc.
Cables de parcheo: cables modulares, cables adaptadores/conversores, jumpersde fibra, etc.
Adaptadores: deberán ser externos al enchufe de telecomunicaciones.

Medios no-confinados

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Los medios no-confinados utilizan el aire como medio de transmisión, y cada medio de transmisión viene siendo un servicio que utiliza una banda del espectro de frecuencias. A todo el rango de frecuencias se le conoce como espectro electromagnético. El espectro electromagnético ha sido un recurso muy apreciado y como es limitado, tiene que ser bien administrado y regulado. Los administradores del espectro a nivel mundial son la WRC (World Radiocommunication Conference) de la ITU-R (International Telecommunications Union Radiocommunications sector). Esta entidad realiza reuniones mundialmente en coordinación con los entes reguladores de cada país para la asignación de nuevas bandas de frecuencia y administración del espectro. En el caso de México, la entidad reguladora del radio espectro es la Comisión Federal de Telecomunicaciones (COFETEL,http://www.cft.gob.mx

) y la Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT,http://www.sct.gob.mx

Cada subconjunto o banda de frecuencias dentro del espectro electromagnético tiene propiedades únicas que son el resultado de cambios en la longitud de onda. Por ejemplo, las frecuencias medias (MF, Medium Frequencies) que van de los 300 kHz a los 3 MHz pueden ser radiadas a lo largo de la superficie de la tierra sobre cientos de kilómetros, perfecto para las estaciones de radio AM (Amplitud Modulada) de la región. Las estaciones de radio internacionales usan las bandas conocidas comoondas cortas (SW, Short Wave) en la banda de HF (High Frequency) que va desde los 3 MHz a los 30 MHz. Este tipo de ondas pueden ser radiadas a miles de kilómetros y son rebotadas de nuevo a la tierra por la ionosfera como si fuera un espejo, por tal motivo las estaciones de onda corta son escuchadas casi en todo el mundo.

Los estaciones de FM (Frecuencia Modulada) y TV (televisión) utilizan las bandas conocidas como VHF (Very High Frequency) y UHF (Ultra High Frequency) localizadas de los 30 MHz a los 300 MHz y de los 300 MHz a los 900 MHz, este tipo de señales debido a que no son reflejadas por la ionosfera cubren distancias cortas, una ciudad por ejemplo. La ventaja de usar este tipo de bandas de frecuencias para comunicaciones locales permite que docenas de estaciones de radio FM y televisoras " en ciudades diferentes " puedan usar frecuencias idénticas sin causar interferencia entre ellas.

Espectro electromagnético
Banda	Significado	Rango de Frecuencias	Servicios
VLF	Very Low Frequency	3 kHz - 30 kHz	Conducción de electricidad
LF	Low Frequency	30 kHz - 300 kHz	Conducción de electricidad, navegación marítima, control de tráfico aéreo
MF	Medium Frequency	300 kHz - 3 MHz	Radio AM
HF	High Frequency	3 MHz - 30 MHz	Radio SW
VHF	Very High Frequency	30 MHz - 300 MHz	Radio FM, TV, radio dos vías
UHF	Ultra High Frequency	300 MHz - 3 GHz	TV UHF, telefonía celular, WLL, comunicaciones móviles
SHF	Super High Frequency	3 GHz - 30 GHz	Servicios por Satélite y microondas, MMDS, LMDS
EHF	Extremely High Frequency	30 GHz en adelante	LMDS
Infrarojo		3 x 10¹² - 4.3 x 10¹⁴Hz	WPANs
Luz visible		4.3 x 10¹⁴ - 7.5 x 10¹⁴Hz	Fibras ópticas
Ultravioleta		7.5 x 10¹⁴ - 3 x 10¹⁷Hz
1 kHz = 1x10³ Hz 1 MHz = 1x10⁶ Hz 1 GHz = 1x10⁹ Hz WLL = Wireless Local Loop MMDS = Multichannel Multipoint Distribution Service LMDS= Local Multipoint Distribution Service WPANs = Wireless Personal Area Networks

Así cada una de las subbandas del espectro electromagnético proveen un servicio diferente, lo que nos permite hablar por un teléfono celular, escuchar la radio, ver la televisión, sin interferirse un servicio con el otro. A continuación se describirá el medio de comunicación conocido como microondas terrestres, otros servicios que utilizan el espectro radioeléctrico (e.g. satélite, telefonía celular, MMDS, LMDS, WLL,..) se describirán en la sección de comunicaciones inalámbricas.

Microondas terrestres

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Las microondas son todas aquellas bandas de frecuencia en el rango de 1 GHz en adelante, el término microondas viene porque la longitud de onda de esta banda es muy pequeñ (milimétricas o micrométricas), resultado de dividir la velocidad de la luz (3x10⁸ m/s) entre la frecuencia en Hertz. Pero por costumbre el término microondas se le asocia a la tecnología conocida como microondas terrestres que utilizan un par de radios y antenas de microondas.

Los operadores tanto de redes fijas como móviles están utilizando las microondas para superar el cuello de botella de la última milla de otros medios de comunicación. Las microondas es un medio de transmisión que ya tiene muchas décadas de uso. En el pasado las compañías telefónicas se aprovechaban de alta capacidad para la transmisión de tráfico de voz. Gradualmente, los operadores reemplazaron el corazón de la red a fibra óptica, dejando como medio de respaldo la red de microondas. Lo mismo sucedió con el video, el cual fue sustituido por el satélite. Las microondas terrestres a pesar de todo sigue siendo un medio de comunicación muy efectivo para redes metropolitanas para interconectar bancos, mercados, tiendas departamentales y radio bases celulares.

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Las estaciones de microondas consisten de un par de antenas con línea de vista conectadas a un radio transmisor que radian radio frecuencia (RF) en el orden de 1 GHz a 50 GHz. Las principales frecuencias utilizadas en microondas se encuentran alrededor de los 10-15 GHz, 18, 23 y 26 GHz, las cuales son capaces de conectar dos localidades de hasta 24 kilómetros de distancia una de la otra. Los equipos de microondas que operan a frecuencias más bajas, entre 2-8 GHz, puede transmitir a distancias entre 30 y 45 kilómetros. La única limitante de estos enlaces es la curvatura de la tierra, aunque con el uso de repetidores se puede extender su cobertura a miles de kilómetros.

Debido a que todas las bandas de frecuencias de microondas terrestres ya han sido subastadas, para utilizar este servicio es necesario la utilización de frecuencias permisionadas por las autoridades de telecomunicaciones; es muy frecuente el uso no-autorizado de este tipo de enlaces en versiones punto-punto y punto-multipunto. En el sitio web de la COFETEL se encuentra la lista de los permisionarios autorizados de esta banda de frecuencias.

Conclusión

Los medios de transmisión son el canal para que el transmisor y el receptor puedan comunicarse y puedan transferirse información. Es necesario saber que existen varios factores externos que inciden sobre el canal que producen ruido e interferencia, por lo que es necesario una buena relación a ruido para superar estos obstáculos. La selección adecuada del mejor servicio y medio de transmisión para cubrir nuestras necesidades es de vital importancia para operar óptimamente.

Los medios de transmisión inalámbricos han abierto un nuevo panorama y perspectivas de comunicación que nos permiten el intercambio de información en casi cualquier lugar, pero hay que tener en cuenta sus ventajas y desventajas de este medio nos brinde.

Por otro lado, el desarrollo en fibras ópticas ha tenido un avance significativo, incrementándose su capacidad a niveles muy altos y son hoy en día son las venas y las arterias de la mayoría de las comunicaciones de la actualidad.

evelio(@)eveliux.com

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Extraido de: http://www.eveliux.com/mx/medios-de-transmision.php

Daniela Margeit 18762867

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