Medios de transmisión

Telecomunicaciones I
Medios de Transmisión
Medios de transmisión
El medio de transmisión constituye el soporte físico a través del cual emisor y receptor pueden
comunicarse en un sistema de transmisión de datos. Distinguimos dos tipos de medios:
•
•
Guiados
No Guiados.
En ambos casos la transmisión se realiza por medio de ondas electromagnéticas.
Los medios guiados conducen (guían) las ondas a través de un camino físico, esto quiere decir que las
ondas se confinan en un medio solidó ejemplos de estos medios son el cable coaxial, la fibra óptica y el
par trenzado.
Los medios no guiados proporcionan un soporte para que las ondas se transmitan, pero no las dirigen;
como ejemplo de ellos tenemos el aire y el vacío, que proporcionan un medio de transmisión de las
señales pero sin confinarlas; esto se denomina tambien transmisión inalámbrica.
La naturaleza del medio junto con la de la señal que se transmite a través de él constituyen los factores
determinantes de las características y la calidad de la transmisión. En el caso de medios guiados es el
propio medio el que determina principalmente las limitaciones de la transmisión:
•
•
Velocidad de transmisión de los datos
Ancho de banda que puede soportar y espaciado entre repetidores.
Sin embargo, al utilizar medios no guiados resulta más determinante en la transmisión el espectro de
frecuencia de la señal producida por la antena que el propio medio de transmisión.
Ing. Carlos Eduardo Molina C.
www.redtauros.com
cemolina@redtauros.com
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Medios de Transmisión
Las características y calidad de la transmisión están determinadas tanto por el tipo de señal, como por
las características del medio. En el caso de los medios guiados, el medio en si mismo es lo mas
importante en la determinación de las limitaciones de la transmisión.
En medios no guiados, el ancho de banda de la señal emitida por la antena es más importante que el
propio medio a la hora de determinar las características de la transmisión. Una propiedad fundamental
de las señales transmitidas mediante antenas es al directividad. En general, a frecuencias bajas las
señales son omnidireccionales; es decir la señal desde la antena se emite y propaga en todas las
direcciones. A frecuencias más altas, es posible concentrar la señal en un haz direccional.
En el diseño de sistemas de transmisión es deseable que tanto la distancia como la velocidad de
transmisión sean lo mas grandes posible. Hay una serie de factores relacionados con el medio de
transmisión y con la señal que determinan tanto la distancia como la velocidad de transmisión:
Dificultades en la transmisión:
Las dificultades, como por ejemplo, la atenuación, limitan la distancia. En los medios guiados, el par
trenzado sufre de mayores adversidades que el cable coaxial, que a su vez, es más vulnerable que la
fibra óptica.
Interferencias:
Las interferencias resultantes de la presencia de señales en bandas de frecuencias próximas pueden
distorsionar o destruir completamente la señal. Las interferencias son especialmente relevantes en lo
medios de transmisión no guiados, pero a la vez son un problema a considerar en los medios guiados.
Por ejemplo, frecuentemente múltiples cables de pares trenzados se embuten dentro de una misma
cubierta, provocando posibles interferencias, no obstante, este problema se puede reducir utilizando un
blindaje adecuando.
Numero de receptores:
En un medio guiado, se puede usar tanto para un enlace punto a punto como para un enlace compartido,
mediante el uso de múltiples conectores. En este ultimo caso, cada uno de los conectores utilizados
puede atenuar y distorsionar la señal por lo que la distancia y/o velocidad de transmisión disminuirán.
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El ancho de banda:
Si todos los otros factores se mantienen constantes, al aumentar el ancho de banda de la señal, la
velocidad de transmisión se puede incrementar.
En la figura anterior se muestra el espectro electromagnético, así como la frecuencia a la que operan
diferentes técnicas de transmisión sobre medios guiados y no guiados.
La naturaleza del medio junto con la de la señal que se transmite a través de él constituyen los
factores determinantes de las características y la calidad de la transmisión. En el caso de medios
guiados es el propio medio el que determina el que determina principalmente las limitaciones de la
transmisión: velocidad de transmisión de los datos, ancho de banda que puede soportar y espaciado
entre repetidores. Sin embargo, al utilizar medios no guiados resulta más determinante en la
transmisión el espectro de frecuencia de la señal producida por la antena que el propio medio de
transmisión.
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Algunos medios de transmisión guiados son:
Pares trenzados
Este consiste en dos alambres de cobre aislados, en general de 1mm de espesor. Los alambres se
entrelazan en forma helicoidal, como en una molécula de DNA. La forma trenzada del cable se utiliza
para reducir la interferencia eléctrica con respecto a los pares cercanos que se encuentran a su
alrededor. Los pares trenzados se pueden utilizar tanto para transmisión analógica como digital, y su
ancho de banda depende del calibre del alambre y de la distancia que recorre; en muchos casos pueden
obtenerse transmisiones de varios megabits, en distancias de pocos kilómetros. Debido a su adecuado
comportamiento y bajo costo, los pares trenzados se utilizan ampliamente y es probable que se
presencia permanezca por muchos años.
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Cable coaxial
El cable coaxial consta de un alambre de cobre duro en su parte central,
es decir, que constituye el núcleo, el cual se encuentra rodeado por un
material aislante. Este material aislante está rodeado por un conductor
cilíndrico que frecuentemente se presenta como una malla de tejido
trenzado. El conductor externo está cubierto por una capa de plástico
protector.
La construcción del cable coaxial produce una buena combinación y un
gran ancho de banda y una excelente inmunidad al ruido. El ancho de
banda que se puede obtener depende de la longitud del cable; para cables
de 1km, por ejemplo, es factible obtener velocidades de datos de hasta
10Mbps, y en cables de longitudes menores, es posible obtener velocidades superiores. Se pueden
utilizar cables con mayor longitud, pero se obtienen velocidades muy bajas. Los cables coaxiales se
emplean ampliamente en redes de área local y para transmisiones de largas distancia del sistema
telefónico.
fibra óptica
Un cable de fibra óptica consta de tres secciones concéntricas. La más
interna, el núcleo, consiste en una o más hebras o fibras hechas de cristal
o plástico. Cada una de ellas lleva un revestimiento de cristal o plástico
con propiedades ópticas distintas a las del núcleo. La capa más exterior,
que recubre una o más fibras, debe ser de un material opaco y resistente.
Un sistema de transmisión por fibra óptica está formado por una fuente
luminosa muy monocromática (generalmente un láser), la fibra
encargada de transmitir la señal luminosa y un fotodiodo que reconstruye
la señal eléctrica.
Algunos medios no guiados:
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Radio enlaces de VHF y UHF
Estas bandas cubren aproximadamente desde 55 a 550 Mhz. Son también
omnidireccionales, pero a diferencia de las anteriores la ionosfera es
transparente a ellas. Su alcance máximo es de un centenar de kilómetros, y
las velocidades que permite del orden de los 9600 bps. Su aplicación suele
estar relacionada con los radioaficionados y con equipos de comunicación
militares, también la televisión y los aviones.
Microondas
Además de su aplicación en hornos, las microondas nos permiten
transmisiones tanto terrestres como con satélites. Dada su frecuencias, del
orden de 1 a 10 Ghz, las microondas son muy direccionales y sólo se pueden
emplear en situaciones en que existe una línea visual que une emisor y
receptor. Los enlaces de microondas permiten grandes velocidades de
transmisión, del orden de 10 Mbps
Bluetooth
(en inglés: diente azul) es una especificación industrial para Redes Inalámbricas de Área Personal
(WPANs) que posibilita la transmisión de voz y datos entre diferentes dispositivos mediante un enlace
por radiofrecuencia en la banda ISM de los 2,4 GHz. Los principales objetivos que se pretenden
conseguir con esta norma son:
•
•
•
•
Facilitar las comunicaciones entre equipos móviles y fijos.
Eliminar cables y conectores entre éstos.
Ofrecer la posibilidad de crear pequeñas redes inalámbricas y facilitar la sincronización de
datos entre equipos personales.
Los dispositivos que con mayor frecuencia utilizan esta tecnología pertenecen a sectores de las
telecomunicaciones y la informática personal, como PDA, teléfonos móviles, computadoras
portátiles, ordenadores personales, impresoras o cámaras digitales.
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Ionosfera y comunicaciones
Las características de la atmósfera cambian drásticamente a medida que subimos y nos alejaos del nivel
del mar. La capa donde hay nubes, lluvias, vientos, huracanes, cambios de temperatura y fenómenos
climáticos es la troposfera, que alcanza de 9 a 18 km de altura según sea sobre los polos o sobre el
ecuador. En esta capa la temperatura disminuye con la altura hasta un valor límite de 70ºC bajo cero en
su borde superior, la tropopausa. Los vuelos intercontinentales transcurren cerca de su límite inferior, a
unos 10 km de altura. A esa altitud la presión atmosférica cae a una cuarta parte de lo normal, la
densidad del aire se reduce a un tercio y la temperatura es de unos 50 grados bajo cero; la mitad del aire
total de la atmósfera se encuentra por debajo de los 9 km, la altura aproximada del monte Everest en los
Himalayas.
Más arriba se encuentra la estratosfera, hasta los 50 km de altura, donde la temperatura vuelve a subir,
llegando a los 0ºC. Esa capa está formada por estratos horizontales que no se mezclan entre si, con
vientos que pueden alcanzar los 200 km/h, aunque el aire casi no se mueve en la dirección vertical. Esta
particularidad hace que cualquier sustancia que llegue a esa capa se difunda por todo el globo con
mucha rapidez. En la parte superior de la estratosfera se encuentra la importante capa de ozono, que
absorbe un 99% de las componentes dañinas de la radiación solar.
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Una vez atravesada la capa divisoria o estratopausa a los 50 km, se
llega a la mesosfera, que alcanza hasta los 80 km, donde la
temperatura desciende nuevamente hasta los -70 ºC. Esta región
(50-80 km de altura) contiene sólo el 0.1% de la masa total del aire
de la atmósfera; no obstante, es allí donde comienza a tener efecto
la fricción del aire sobre los meteoritos, haciéndolos
incandescentes.
Aún más arriba se encuentra la ionosfera, que cubre de 80 a 160
km, donde el aire está enrarecido en extremo. La concentración de
gases es tan pequeña y las colisiones entre las partículas tan
escasas, que cuando los remanentes atmosféricos se ionizan por la
radiación solar tienden a permanecer largo tiempo en ese estado.
Más allá se extiende la exosfera, límite exterior de la atmósfera, donde el hidrógeno escapa
continuamente al vacío interplanetario.
Reflexión de las ondas de radio
Las partículas ionizadas de la ionosfera poseen una importante propiedad: son conductoras y pueden
reflejar parcialmente las ondas de radio, influyendo notablemente en las comunicaciones. Cuando en
esa capa incide la radiación emitida por algún transmisor terrestre de alta frecuencia en el intervalo 330 megahertz (MHz), una pequeña parte de la energía se absorbe y la restante se refleja de vuelta a la
superficie. Este efecto permite la recepción de señales de radio a distancias de hasta miles de
kilómetros, mucho mayores que si las ondas viajaran en línea recta por la superficie terrestre. Es el
intervalo de frecuencias utilizado en la navegación y aviación de largo alcance, en las emisoras
comerciales de onda corta y por los radioaficionados. Debajo de los 3 MHz se encuentran las
frecuencias de onda media de los radiorreceptores de amplitud modulada.
A medida que aumenta la frecuencia, la radiación es capaz de penetrar más profundamente en la
ionosfera y su alcance se reduce. En la región de muy alta frecuencia (Very High Frequency VHF, 30300 MHz) la penetración en la capa llega hasta los 70-100 km. Las ondas VHF se emplean en la
marina y en las comunicaciones aire-tierra a corta distancia, no más de algunos cientos de kilómetros.
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En los 300-3000 MHz las ondas de radio no se reflejan en la ionosfera y escapan al exterior; es por eso
que su recepción se limita a la línea del horizonte. Son las frecuencias de los teléfonos móviles,
televisión y frecuencia modulada. Para lograr transmisiones a mayor distancia usando estas
frecuencias, es necesario utilizar satélites como puntos intermedios de retransmisión.
Las ondas reflejadas en la ionosfera alcanzan el suelo sólo a determinadas distancias del transmisor,
que dependen tanto de la frecuencia como del ángulo de reflexión y la profundidad de penetración. Es
por eso que una señal de radio puede no ser detectable a 100 km de la emisora, pero sí a 500 km,
fenómeno conocido como skip. En otras regiones, las señales terrestres y las refractadas por la
ionosfera pueden alcanzar el receptor casi conjuntamente e interferir una con otra, produciendo un
fenómeno llamado fading. Como la ionización de la capa atmosférica y su altura sobre la superficie
varía con la actividad solar, es común que las características de reflexión de las ondas de radio difieran
en forma apreciable del día a la noche.
Resumen
Medio de
transmisión
Ancho de
banda
Capacidad
máxima
Capacidad
usada
Cable de pares
250 KHz
10 Mbps
9600 bps
Cable coaxial
400 MHz
800 Mbps
10 Mbps
Fibra óptica
2 GHz
2 Gbps
100 Mbps
100 MHz
275 Gbps
20 Mbps
Microondas
terrestres
50 GHz
500 Mbps
Láser
100 MHz
Microondas
satelital
por
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Observaciones
- Apenas usados hoy en día.
- Interferencias, ruidos.
- Resistente a ruidos e
interferencias
- Atenuación.
- Pequeño tamaño y peso,
inmune
a
ruidos
e
interferencias,
atenuación
pequeña.
Caras.
Manipulación
complicada.
Se
necesitan
emisores/receptores.
Corta
distancia
y
atenuación fuerte.
- Difícil instalar.
- Poca atenuación.
- Requiere visibilidad directa
emisor/ receptor.
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Conceptos:
Banda ISM:
ISM (Industrial, Scientific and Medical) son bandas reservadas internacionalmente para uso no
comercial de radiofrecuencia electromagnética en áreas industrial, científica y médica. En la
actualidad estas bandas han sido popularizadas por su uso en comunicaciones WLAN (e.g. WiFi) o WPAN (e.g. Bluetooth).
Las bandas ISM fueron definidas por la ITU en el artículo 5 de las Regulaciones Radio (RR),
concretamente puntos 5.138 y 5.150.
El uso de estas bandas de frecuencia está abierto a todo el mundo sin necesidad de licencia,
respetando las regulaciones que limitan los niveles de potencia transmitida. Este hecho fuerza a
que este tipo de comunicaciones tengan cierta tolerancia frente a errores y que utilicen
mecanismos de protección contra interferencias, como técnicas de ensanchado de espectro (ver
RR 15.13).
Ing. Carlos Eduardo Molina C.
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