Tema 3: Medios físicos de transmisión

Annotations:

• Es la parte de la red que se encarga de transportar la información. El medio de transmisión está relacionado directamente con los protocolos de nivel físico de la arquitectura de red y es el encargado de hacer efectivo el transporte de la información.

1. 3.1 Características de las señales
   1. Amplitud

      Annotations:

      • Es el valor máximo que da la señal en un instante t.
   2. Frecuencia

      Annotations:

      • Determina el nº de veces que la señal se repite por segundo. Es la inversa del periodo f= 1/T (Hz).
   3. Fase o período

      Annotations:

      • Indica el intervalo de tiempo que va desde el instante inicial al primer punto donde la señal toma el valor cero.
2. 3.2 Tipos de transmisión

   Annotations:

   • El Principio fundamental de la electrónica digital, es la que usa cada dígito binario que se le puede asignar un nivel de tensión. Además cuando se transmite información binaria utilizando corriente eléctrica se necesitan al menos dos cables, uno por el que circula la corriente y el otro es la masa del circuito. Es necesaria la masa para que el circuito se cierre y pueda circular corriente por él.
   • Se considera un 1 a cualquier nivel de tensión comprendido entre 4V y 6V, mientras que se toma como 0 si está entre -1V y +1V. Los dígitos se enviarían en orden del dígito menos significativo al más significativo dejando transcurrir un segundo entre cada uno de ellos.
   1. 3.2.1 Transmisión digital y analógica

      Annotations:

      • Las señales analógicas se caracterizan por representar funciones continuas en el tiempo y pueden tomar cualquier valor de voltaje dentro de un rango que permita el medio de transmisión. Para distancias largas y medios de transmisión de poca calidad, se adapta la señal para transmitirla analógicamente.
      • Las señales digitales se caracterizan por representar funciones discretas en el tiempo y únicamente pueden tomar varios valores dentro de un rango. Para distancias cortas y medios de transmisión de gran capacidad, se suele usar señal digital.
   2. 3.2.2 Modulación

      Annotations:

      • Es un ancho de banda ( es una capacidad máxima que tiene un medio para transmitir una determinada señal. La modulación permite una mayor velocidad de transmisión en medios de baja calidad.
      • Además una señal portadora está modulada por otra llamada modulación que contiene la información y que controla algún parámetro de la portadora.
      1. Tipos de modulación
         1. Modulación analógica con portadora analógica

            Annotations:

            • Se utiliza para transmitir la señal analógica a una frecuencia diferente o con un menor ancho de banda.
         2. Modulación digital con portadora analógica

            Annotations:

            • Se utiliza para transmitir una señal digital por un medio de transmisión analógico. 
            1. Se pueden mostrar en tres formas diferentes:
               1. ASK

                  Annotations:

                  • Está modulada en amplitud. La amplitud de la señal portadora se modifica en función del valor de la señal moduladora.        
               2. PSK

                  Annotations:

                  • Está modulada en fase. La fase de la señal portadora se modifica en función del valor de la señal moduladora.
               3. FSK

                  Annotations:

                  • Está modulada en frecuencia. La frecuencia de la señal portadora se modifica en función del valor de la señal moduladora.
         3. Modulación analógica con portadora digital

            Annotations:

            • Se utiliza para transmitir una señal analógica por un medio digital.
         4. Modulación digital con portadora digital

            Annotations:

            • Se denomina transmisión en banda base y esta técnica intenta modificar las señales digitales en otras más simples que tengan una mayor facilidad para ser transmitidas o permitan una mayor velocidad.
            1. Tipos de codificación
               1. Binaria

                  Annotations:

                  • Se asigna un valor de tensión a cada valor (0, 1).
                  1. Subtipos
                     1. Binaria NRZ

                        Annotations:

                        • No retorno a cero. Se usan dos niveles de tensión distintos. Se transmite nivel alto para 1 y nivel bajo para 0.
                     2. Binaria RZ

                        Annotations:

                        • Retorno a cero. El nivel de tensión se mantiene constante durante la primera mitad del intervalo de tiempo que dura el bit.
               2. Manchester

                  Annotations:

                  • La información se codifica en transiciones de nivel. Cada transición se presenta en mitad del intervalo de duración de un bit. La transición de  negativo a positivo representa un 1 y la transición de positivo a negativo representa un 0.  Su truco es marcar al principio de cada pulso de reloj, la primera mitad del bit a representar, después unir la línea. El 0 arriba y el 1 abajo.
               3. Manchester diferencial

                  Annotations:

                  • El cambio de transición, al principio del intervalo del bit, representa el 0. La ausencia de cambio de transición, al principio del intervalo del bit, representa el 1. Su truco es marcar el cambio al principio del intervalo si es un 0 o un 1. En cada mitad de intervalo, siempre, baja o sube.

Annotations:

• Existen dos tipos de medios: - Guiados. Conducen las ondas electromagnéticas a través de un campo físico. - No guiados. Proporcionan un soporte para que las ondas electromagnéticas se transmitan, pero no las dirigen.
• La toma de tierra, se emplea en las instalaciones eléctricas para evitar el paso de corriente al usuario por un fallo del aislamiento de los conductores activos.

1. 3.3.2 Par trenzado

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   • Consiste en dos cables de cobre aislados, normalmente de 1 mm de espesor, enlazados de 2 en 2 de forma helicoidal, semejante a la estructura del ADN. Se utiliza para reducir la interferencia eléctrica con respecto a los pares cercanos y a otras interferencias procedentes del exterior. El tipo de conector es el RJ-45. Es de categoría 5 y las más utilizadas son T658A y T658B. 
   1. Tipos
      1. Pares trenzados no apantallados (UDP)

         Annotations:

         • Son los más simples y no tienen ningún tipo de pantalla conductora. Son muy flexibles pero muy sensibles a interferencias. Es de categoría 5 y está cubierto de una malla de reflón.
      2. Pares trenzados apantallados individualmente (STP)

         Annotations:

         • Iguales que los anteriores pero cada par está rodeado de una malla conductora que van conectadas a tierra.
      3. Pares trenzados apantallados individualmente con malla global (S/STP)

         Annotations:

         • Son iguales que los anteriores pero añadiendo una pantalla global a todos los cables. Son los que poseen una mayor inmunidad al ruido.
      4. Pares trenzados totalmente apantallados (FTP) también conocidos como S/UTP o S/FTP

         Annotations:

         • Poseen una pantalla conductora global en forma trenzada. Mejora la protección frente a interferencias.
2. 3.3.1 Par sin trenzar

   Annotations:

   • Esta formado por dos hilos de cobre paralelo recubiertos de un material aislante (plástico). Ofrece poca protección frente a interferencias. Es el común cable telefónico para transmitir voz analógica. Sus conexiones se realizan con un conector RJ-11. Es un medio semidúplex.
3. 3.3.3 Cable coaxial

   Annotations:

   • Tiene mejor blindaje que el par trenzado, por lo que puede alcanzar velocidades de transmisión mayores y los tramos pueden ser más largos. Está formado por un alambre de cobre duro en su parte central por donde circula la señal, el cual se encuentra rodeado por un material aislante. Este material está rodeado por un conductor cilíndrico presentado como una malla de cobre trenzado que hace de masa.
   1. Tipos
      1. Cable coaxial de banda base

         Annotations:

         • Para transmisión digital. El ancho de banda depende de la longitud del cable. Se emplean en redes LAN. Existen dos tipos: - Coaxial grueso. Es para realizar la estructura troncal de distribución de red. -Coaxial fino. Es más fácil de instalar pero es más caro y presenta menor inmunidad frente a interferencias.
      2. Cable coaxial de banda ancha

         Annotations:

         • Para transmisión analógica, comúnmente para la señal de la televisión por cable. Estos cables admiten longitudes mayores.
4. 3.3.4 Fibra óptica

   Annotations:

   • Está basada en la utilización de las ondas de luz para transmitir información binaria. Son datos símplex y transmite en pulsos de luz, y reconvierte la salida a una señal eléctrica en el extremo del receptor.
   • Está recubierto de un medio con un índice de refracción menor que el del núcleo, a fin de mantener toda la luz en el inferior de él.
   • Los cables de fibra óptica suelen estar formados por varias fibras; cada una transmite en un sentido. La fibra óptica permita una velocidad experimental en laboratorio mayor a 50.000 Gbps (50 Tbps) y longitudes de cables de hasta 30 km. 
   • Según el estándar ANSI/EIA/TIA-568, se utiliza el color azul para identificar los conectores y adaptadores monomodo, y el color beige, para los multimodo.
   1. Tiene 3 componentes
      1. Fuente de luz

         Annotations:

         • Se encarga de convertir una señal digital eléctrica en una señal óptica. Se utiliza un pulso de luz para retransmitir un 1 y la ausencia de luz para representar un 0, o bien se modifica su longitud de onda.
      2. Medio de transmisión

         Annotations:

         • Es una fibra de vidrio ultra-delgada que transporta la luz.
      3. Detector

         Annotations:

         • Genera un pulso eléctrico en el momento en el que la luz incide sobre él.
   2. Se pueden transmitir la luz en 3 maneras diferentes
      1. Monomodo

         Annotations:

         • La fibra es tan delgada que la luz se transmite en línea recta.
      2. Multimodo

         Annotations:

         • La luz se transmite por el interior del núcleo incidiendo sobre su superficie interna como si fuera un espejo.
      3. Multimodo de índice gradual

         Annotations:

         • La luz se propaga por el núcleo mediante una refracción gradual.
   3. Existen dos cables
      1. Cable holgado

         Annotations:

         • Se monta con un único revestimiento para todas las fibras que alberga e incluye una capa exterior de gel como aislante contra la humedad. Se utiliza en instalaciones de exterior.
      2. Cable con recubrimiento ajustado

         Annotations:

         • Se montan las fibras independientemente, con un recubrimiento propio para cada una de ellas.
   4. Existen tres formas de unir dos cables
      1. Utilizando conectores

         Annotations:

         • Tiene una pérdida de entre un 10-20% de luz.
      2. Realizando empalmes de forma mecánica

         Annotations:

         • Se realizan pruebas con luz hasta alcanzar la posición idónea. Tienen una pérdida de un 10% de luz.
      3. Fundiendo los dos extremos

         Annotations:

         • Se realiza una fusión de los dos tramos para formar una conexión sólida. Este empalme es casi tan bueno como una fibra de hilado único, pero aún así existe un poco de atenuación.
   5. Ventajas

      Annotations:

      • - Puede manejar anchos de banda mucho más grandes que el cobre. - Tiene baja atenuación, ya que sólo se necesitan repetidores cada 30 km. -  No es interferida por las ondas electromagnéticas. - Es delgada y ligera. - Las fibras no tienen fugas y es muy difícil intervenirlas.
5. 3.3.5 Medios inalámbricos

   Annotations:

   • Consiste en el envío y recepción de electrones o fotones que circulan por el espacio libre. Estas partículas viajan en forma de ondas electromagnéticas que se propagan como las ondas de agua en un estanque.
   1. 3.3.5.1 Ondas de radio

      Annotations:

      • Son fáciles de generar, recorren largas distancias en todas direcciones, penetrando en los edificios sin problemas. 
   2. 3.3.5.2 Microondas

      Annotations:

      • Permiten transmisiones terrestres o con satélites. Estas ondas no atraviesan bien los obstáculos, de forma que es necesario situar antenas repetidoras cuando queramos realizar comunicaciones a largas distancias. Las redes locales inalámbricas (WiFi) utilizan microondas para transmitir la información. Sigue el estándar IEEE 802.11. Operan a una frecuencia de 2,4 GHz y se han establecido diferentes rangos denominados canales que se utilizan para realizar las comunicaciones.
   3. 3.3.5.3 Ondas infrarrojas

      Annotations:

      • Se usan mucho para la comunicación de corto alcance, pero no son capaces de atravesar objetos sólidos. Además, la comunicación infrarroja no puede usarse en exteriores porque el Sol también emite gran cantidad de radiaciones infrarrojas que perturban la señal.
   4. 3.3.5.4 Ondas de luz

      Annotations:

      • Permiten la comunicación de diferentes zonas, ya que se transmiten en línea recta y no atraviesan los objetos. Una de las más utilizadas es el láser. Es difícil colocar correctamente los emisores y receptores y el rayo láser es fácilmente interferido.
6. 3.3.6 Comparativa entre los diferentes medios de transmisión

   Annotations:

   • Estas tablas son las de velocidad máxima de transmisión, ancho de banda, distancia sin repetidores y otros aspectos de coste y instalación.

Annotations:

• La transmisión de una señal, es modificada debido a diferentes fenómenos físicos, por lo que la señal que llega al receptor difiere de la emitida por el transmisor.

1. 3.4.1 Problemas en la transmisión

   Annotations:

   • Cuando la suma de los efectos producidos durante el viaje de una señal no crea una gran diferencia entre la señal enviada y la recibida, conseguimos una transmisión libre de errores. Por el contrario la señal recibida difiere en exceso de la emitida, se produce un error de transmisión.
   • Los problemas en la transmisión: - Atenuación: Debilitamiento o pérdida de la amplitud de la señal. Tiene un efecto proporcional a la longitud del cable. Utilizan repetidores para señales digitales y amplificadores para señales analógicas. - Diafonía: Interferencia mutua que se producen dos canales de cobre que se encuentran juntos. - Ruido impulsivo: Son pulsos irregulares de corta duración provocados por inducciones. Se produce por causas externas al medio de transmisión.
   • Las interferencias y el ruido no afectan por igual a todas las señales.  Para determinar esta importancia del nivel de ruido, se usa la siguiente fórmula que nos indicará la magnitud que existe entre la señal transmitida y el ruido. Fórmula: relación_señal_ruido= potencia_Señal / potenciaRuido. Está fórmula cuanto mayor es el resultado, mejor calidad tiene la señal. La relación señal-ruido se suele expresar como (S/N) y se mide en decibelios (dB). 
2. 3.4.2 Capacidad de transmisión en un canal ideal

   Annotations:

   • Existen unos límites superiores que determinan la velocidad de transmisión máxima de un canal. Esta velocidad se emplean dos medidas fundamentales: el baudio y los dígitos binarios por segundo. -La medida en bps es el parámetro más importante y nos indica el número de bits que se transmiten en un segundo. - El baudio mide la cantidad de veces por segundo que la señal cambia su valor.
   • Si se tiene una velocidad de x bps, N es de (N/x) segundos. Teorema de Nyquist: C=2·W ·log2(M) M el número de niveles posibles de la señal y W el ancho de banda expresado en hertzios (Hz).
3. 3.4.3 Capacidad de transmisión de un canal con ruido

   Annotations:

   • Fórmula de Shanoon:  C=W*log2(1+[S/N]) En esta fórmula se utiliza la medida de relación señal-ruido lineal.

Annotations:

• La comprobación del cableado se realiza utilizando aparatos portátiles que miden sus parámetros más importantes: diafonía, atenuación y longitud.  Estos aparatos se denominan comprobadores de red. Los más sencillos sólo permiten comprobar si los conectores se han engastado convenientemente, mientras que los más sofisticados son capaces de medir radios de curvatura de los cables, longitudes, etc.
• Los dispositivos de comprobación de red están disponibles para cable de par trenzado con y sin apantallar, cable coaxial y fibra óptica.

1. Existen 3 tipos:
   1. Comprobación de continuidad

      Annotations:

      • Se trata de dispositivos que se dedican a comprobar si los cables está bien montados o tienen algún corte.  Este tipo pertenecen los voltímetros, los multímetros digitales y los comprobadores de continuidad que son dispositivos muy sencillos y de un coste muy reducido y limitan a comprobar si cada uno de los hilos del cable ofrece continuidad o está cortado.
   2. Comprobadores de cableado

      Annotations:

      • Son capaces de realizar comprobaciones de diafonía, atenuación y ruido. Los más avanzados son capaces de realizar monitorización del tráfico de la red, incluyendo estadísticas de utilización de la red o mensajes perdidos.
   3. Reflector de Dominio del Tiempo

      Annotations:

      • Son los dispositivos de comprobación de red más avanzados y de mayor coste, ya que pueden realizar comprobaciones avanzadas, como detección de empalmes, nudos, etc. Son capaces de medir la longitud y la tasa de propagación de los cables.  Los comprobadores para fibra óptica pueden calcular la atenuación del fragmento de cable y las pérdidas en los conectores.
2. Tipos de parámetros cuando se realiza una certificación de una instalación de cableado:
   1. Continuidad

      Annotations:

      • Indican si existe alguna rotura en algún punto del cable, lo que hace que no llegue la señal al otro extremo.
   2. Mapeado de hilos

      Annotations:

      • Se usa para comprobar si los cables que forman el circuito desde un extremo al otro están montados correctamente o existen cortocircuitos en los cables.
   3. Resistencia

      Annotations:

      • Se usa para medir el valor de la resistencia eléctrica a lo largo del cable.
   4. Longitud

      Annotations:

      • Es la distancia que existe entre los dos extremos del cable.
   5. Atenuación o pérdida por inseción

      Annotations:

      • Es un fenómeno que se produce por la pérdida de energía de la señal cuando ésta atraviesa un medio que tiene una determinada resistencia a su paso.
   6. Diafonía

      Annotations:

      • Este fenómeno se produce debido a que la corriente eléctrica que circula por un medio crea un campo electromagnético a su alrededor, lo que puede interferir con la señal que circula por otro cable cercano.
   7. Diafonía del extremo cercano

      Annotations:

      • Se trata de un tipo de diafonía que se mide por la diferencia entre la cantidad de señal de un cable y la cantidad de señal que se acopla en otro cable y que vuelve en el sentido contrario al de circulación de la señal original.
   8. Diafonía del extremo lejano

      Annotations:

      • Es un parámetro muy parecido a la diafonía del extremo cercano, salvo que el valor que se mide es la diferencia de la señal con la señal acoplada en otro cable que va en el mismo sentido.
   9. Igualdad de nivel de diafonía del extremo lejano

      Annotations:

      • Se trata de un valor calculado, que se obtiene de la diferencia de la atenuación con la diafonía del extremo lejano.
   10. Radio de atenuación a diafonía

       Annotations:

       • Mide la diferencia entre el valor de la diafonía del extremo cercano y el valor de atenuación en esa línea. Este valor se mide en decibelios y establece si la potencia de la señal es más fuerte que la del ruido de fondo.
   11. Pérdida por retorno

       Annotations:

       • Se produce debido a la diferencia de impedancia que existe en una línea.