Capa Física

1. Capa Física

2. 1 Los Enemigos En esta sección se presentan los enemigos adversos al buen funcionamiento de las telecomunicaciones. Los objetivos de conocimiento son los siguientes: • Atenuación • Interferencia / crosstalk / ruido • Distorsión / dispersión • Reflejos • Asincronía / retraso / jitter • Descargas eléctricas • Roedores

3. Señal de entrada Señal de salida Canal extendido (medio de transmisión, conectores e interfaces físicas) Atenuación Pérdida de energía en el medio

4. Interferencia / crosstalk / ruido Modificación de la información por fuentes externas Señal de salida Señal de entrada Canal extendido (medio de transmisión, conectores e interfaces físicas)

5. Distorsión / dispersión Modificación de la señal por seguir trayectorias diferentes Señal de entrada Señal de salida Canal extendido (medio de transmisión, conectores e interfaces físicas)

6. Reflejos Generación de señales espurias por barreras detectadas Señal de entrada Señal de salida Canal extendido (medio de transmisión, conectores e interfaces físicas)

7. 0 1 2 Asincronía / retraso / jitter Mala detección de las señales por ocurrir fuera de tiempo Señal de entrada Señal de salida 0 1 2 Canal extendido (medio de transmisión, conectores e interfaces físicas)

8. Descargas eléctricas Sobrecargas eléctricas por no tener buenas tierras físicas • Si todos los equipos no están debidamente aterrizados puede ocurrir que los equipos se quemen al ocurrir una descarga eléctrica no prevista • Si hay conductores metálicos de baja impedancia que conectan diversos edificios, todos ellos deben tener sus tierras físicas igualadas • Si se utilizan cables con malla, ésta se debe aterrizar en un solo punto para evitar que se presenten cargas flotantes

9. Roedores Destrucción de la infraestructura de comunicaciones • Los cables, especialmente los conductores de electricidad son susceptibles de ser comidos por diferentes tipos de roedores • La generación de señales electromagnética parece incitarlos a comer los cables • La instalación de cables con malla anti-roedores o el uso de canaletas y tubos reduce o elimina la probabilidad de destrucción por roedores

10. 2 MEDIOS DE TRANSMISIÓN En esta sección se presentan los diferentes medios de transmisión para propagar las señales de las telecomunicaciones. Los objetivos de conocimiento son los siguientes: • Medios de transmisión • Cable par trenzado • Cable coaxial • Cable de fibra óptica • Radiofrecuencias • Satélite • Luz infrarroja • Láser

11. Medios de transmisión • Para que la información pase del emisor al receptor se necesita utilizar un medio • Existen 6 tipos de medios utilizados en comunicaciones: • Cableados • Par trenzado • Coaxial • Fibra óptica • Inalámbricos • Radiofrecuencias en oficinas • Radiofrecuencias terrenas • Satélite • Luz

12. Cable par trenzado • Son los cables que se utilizaron primero y su calidad era muy pobre para transportar información a alta velocidad • Actualmente se producen cables par trenzado que permiten transmitir datos a 1 Gbps • Pueden ser blindados (con malla: STP - Shielded twisted Pair) o sin blindaje (sin malla: UTP - Unshielded Twisted Pair) y también existen los FTP que tiene una malla delgada y sus características electromagnéticas son las de los UTP

13. Enemigos de los cables par trenzado • Atenuación • Interferencia • Reflejos • Descargas • Roedores

14. Diferencias entre categoría,nivel y tipo • Categoría • Los cables que cumplen con la norma EIA/TIA/568 de alguna categoría tiene características mejores que los que solo cumplen con las especificaciones del mismo nivel • Nivel • Los cables que solo cumplen con los requerimientos de nivel pueden tener variaciones importantes en sus características eléctricas • Tipo • IBM ha denominado ciertos “tipos” a algunos cables con determinadas características, incluidos cables coaxiales y fibras ópticas

15. Categorías de los cables par trenzado

16. Clasificación IBM de cables por tipo

17. Aplicaciones de los cables par trenzado • Todo tipo de comunicación de datos, imágenes, voz, audio y video, con la excepción de redes metropolitanas (MAN)

18. Cable coaxial • Se popularizó su uso cuando surgió Ethernet • Para Ethernet se utiliza el coaxial grueso (color amarillo) y el coaxial delgado (color gris o negro) • Hay muchos cables coaxiales pero solo los que dicen IEEE 802.3 se pueden utilizar para Ethernet

19. Enemigos del cable coaxial • Atenuación • Reflejos • Asincronía • Descargas • Roedores

20. IMPEDANCIA CARACTERÍSTICA (ohms) 50 50 53 75 93 110 APLICACION Ethernet delgado Ethernet grueso NO SE DEBE USAR CATV IBM 3270 IBM SYSTEM/3X IBM AS/400 TIPO DE CABLE 802.3 y RG 58 802.3, RG 8, RG 11, RG213 Y RG 214 RG 58 RG 59 RG 62 Twinaxial Cables coaxiales

21. Aplicaciones de los cables coaxiales • Redes locales, CATV, terminales IBM, ISDN, conexión a antenas de radio

22. Cables de fibra óptica • Están formadas por una fibra de vidrio central (núcleo) rodeada por otra (revestimiento o clad) con índices de refracción diferentes • Las trayectorias de luz que incidan con un ángulo inferior al crítico causarán que el haz de luz se refleje totalmente y no abandone el núcleo • Cuando la cubierta es floja se utilizan fibras de kevlar rodeando la fibra óptica para darle resistencia mecánica y evitar que ésta se rompa

23. Enemigos de la fibra óptica • Atenuación • Dispersión • Reflejos • Roedores

24. Tipos de fibra óptica

25. Tipos de fibras unimodo • Indice escalonado • Dispersión desplazada

26. dBm 0 - 14 - 28 distancia Power budget • El presupuesto de pérdidas es la herramienta para medir las pérdidas a lo largo de un enlace de fibra • Las causas de pérdidas en una enlace de fibra óptica son los siguientes: • Atenuación en la fibra • Conectores • Empalmes

27. Fibra óptica vs. cables metálicos

28. Aplicaciones de la fibra óptica • La fibra óptica multimodo índice escalonado ya no se utiliza • La fibra óptica multimodo índice gradual se utiliza en redes locales (LAN) con un tramo máximo de 2 Km • La fibra óptica unimodo se utiliza en redes de área amplia (WAN) y metropolitanas (MAN) con un tramo máximo de 60 Km

29. Radiofrecuencias • Las ondas de radio se propagan por diferentes medios físicos, como lo son el aire, el vacío y guías de onda • Al ser ondas electromagnéticas se propagan en estos dos medios aproximadamente a 300,000Km/seg • Existen tres tipos de comunicación por radio: • En oficinas • Terrenas • Satelitales

30. Enemigos de la comunicación por radio • Atenuación • Interferencia • Distorsión • Reflejos • Asincronía

31. Radiofrecuencias en oficina • Consiste en antenas emisoras/receptoras colocadas en los equipos de cómputo para conectividad local (LAN) • Ventajas • No se requiere cableado • Movilidad y reubicación • Muchas veces no se requiere línea de vista • Puesta en marcha muy rápida • No requiere asignación de frecuencia • Desventajas • 800’ de distancia máxima entre estaciones • Las paredes atenúan la señal • Muchas de ellas operan a menos de 10 Mbps

32. Comunicación terrena por radio • Existen dos opciones de frecuencias: radio y micro-ondas, teniendo mayor alcance estas últimas • Ventajas • No se requiere cableado • Grandes distancias • Tasas medias y altas • Desventajas • Infraestructura costosa • Requiere línea de vista (incluyendo la primer zona de Fresnel) • Puede requerir asignación de frecuencia • La lluvia y el polvo afectan la calidad de la transmisión

33. Comunicación satelital • Se utilizan estaciones terrenas de micro-ondas apuntadas al satélite que las repetirá • Ventajas • No se requiere cableado • Muy grandes distancias • No se requiere línea de vista (solo al satélite) • Desventajas • Infraestructura muy costosa • Tiempo de respuesta con retraso de más de medio segundo • Tasas bajas • Requiere asignación de frecuencia • La lluvia y el polvo afectan la calidad de la transmisión

34. Aplicaciones de la comunicación por radio • Se utilizan en todo tipo de comunicaciones aprovechando las ventajas de cada un de las opciones disponibles

35. Comunicación luminosa • Existen 2 opciones: LASER y luz infrarroja • La comunicación con LASER es muy costosa y no tiene mucho alcance, se usa principalmente para enlazar edificios a tasas altas • La comunicación con luz infrarroja enlaza dispositivos a tasas bajas y con corto alcance, siendo muy económica

36. 3 CAPACIDAD DE LOS CANALES En esta sección se presentan las capacidades de los canales de telecomunicaciones. Los objetivos de conocimiento son los siguientes: • Capacidad de un canal • Canal extendido • Ancho de banda • Limitaciones de los canales

37. Capacidad de un canal • La tasa máxima de transmisión de un canal se le denomina su capacidad • La capacidad se mide en bits por segundo • Muchas veces se le llama ancho de banda a lo que en realidad es su capacidad

38. Canal extendido Se le llama canal extendido a los siguientes componentes: • Medio de transmisión • Conectores • Interfaz del equipo • Circuitería de acceso al medio En todo análisis de un canal se debe considerar el canal extendido

39. Ancho de banda (B): El oído humano registra entre 20,000 Hz y 20 Hz , o sea, un ancho de banda de 19,980 Hz Más del 90% de la energía de la voz humana se encuentra entre 3,400 Hz y 300 Hz , o sea, un ancho de banda de 3,100 Hz Este es el ancho de banda de la red telefónica conmutada (RTC) diferencia entre la frecuencia máxima y la frecuencia mínima permitida Ancho de banda

40. Limitaciones de los canales analógicos Los canales analógicos están limitados por el número de armónicas que pueden ser transmitidas: Capacidad máxima del canal en bps = Para reconstruir la señal original se requieren 8 armónicas como mínimo (ancho de banda) x (# de bits por byte) número de armónicas

41. Limitaciones de los canales digitales Los canales digitales están limitados por la proporción señal a ruido: Capacidad máxima del canal en bps = 3.32 x (ancho de banda) x log (1+ señal/ruido)

42. 4 MODULACIÓN Y CODIFICACIÓN En esta sección se presentan los causas que obligan a realizar conversiones de las señales al ser transmitidas por los medios de telecomunicaciones. Los objetivos de conocimiento son los siguientes: • Tipos de conversión • Modulaciones • Codificaciones

43. Requerimientos de conversión de señales • Características físicas • Emisor y receptor • Medio de comunicación • Naturaleza de las señales • Analógicas • Digitales • Enemigos específicos

44. Tipo de informa- ción en el equipo Tipo de informa- ción en el medio Tipo de conversión Analógica Digital Analógica Digital Analógica Analógica Digital Digital Modulación AM, FM, PM Modulación ASK, FSK, PSK Codificación PCM, Delta Codificación NRZ, RZ, NRZI, Manchester, Diferencial, Miller, Bifase, etc. Tipos de conversión

45. Modulación • Proceso para enviar información analógica por el medio, el cual modifica (modula) una onda senoidal perfecta llamada portadora (carrier) según la información del emisor • En el otro extremo del medio debe realizarse la función inversa (demodulación) para entregar la información al receptor

46. Series de Fourier • El matemático Jean Fourier demostró que una función periódica no errática puede ser representada por una serie de funciones senoidales armónicas

47. Señal original 1 armónica 4 armónicas 8 armónicas Aproximación de una señal Número incremental de armónicas:

48. Propagación de una onda Características de una onda: Amplitud Frecuencia Fase Período Longitud de onda Velocidad 1 ciclo Amplitud o o o o o o o o o Fase: 0 90 180 270 360 90 180 270 360

49. Características de una onda • Amplitud (A) • Frecuencia (f) • Fase () • Período (T) • Longitud de onda() • Velocidad (v) Altura máxima de la onda Número de ciclos que ocurren en un segundo Ángulo de la senoide Tiempo que tarda un ciclo Distancia que avanza la onda en un ciclo Velocidad de la onda en el medio, para las ondas electromagnéticas es la velocidad de la luz (c): 300,000 km/seg f : ciclos por segundo (en Hz) T = 1/f (en seg) = v/f (en mts)

50. Onda portadora (carrier) • La onda portadora se utiliza para enviar información analógica en un medio físico • Se utiliza como base para modificarla (modularla) según la información del emisor • La onda portadora debe tener una frecuencia de al menos el doble de la frecuencia de la señal original, y típicamente es mucho mayor que la de ésta última