captulo 4_medios de trans mi sin y perturbaciones

8/3/2019 Captulo 4_Medios de Trans Mi Sin y Perturbaciones

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TEORA DE LAS TELECOMUNICACIONES

CAPTULO 4 MEDIOS DE TRANSMISIN Y PERTURBACIONES ...................... 3

4.1 Medios guiados ..................................................................................................... 44.1.1 Cable de par trenzado (seal elctrica) ............................................................ 44.1.2 Cable coaxial (seal elctrica)......................................................................... 94.1.3 Fibra ptica (seal luminosa) ........................................................................ 11

4.2 Medios no guiados .............................................................................................. 184.2.1 Transmisin de seales de radio.................................................................... 194.2.2 Microondas en el espacio libre...................................................................... 244.2.3 Satlite.......................................................................................................... 264.2.4 Infrarrojas..................................................................................................... 28

4.3 Perturbaciones.................................................................................................... 304.3.1 Ruidos .......................................................................................................... 324.3.2 Distorsin por retardo ................................................................................... 334.3.3 Atenuacin ................................................................................................... 34

4.4 Efectos del ruido en las seales transmitidas (errores en la recepcin)............ 35

4.5 Mecanismos para la deteccin de errores......................................................... 394.5.1 Verificacin de redundancia vertical (VRC).................................................. 434.5.2 Verificacin de redundancia longitudinal (LRC)........................................... 454.5.3 Verificacin de redundancia cclica (CRC) ................................................... 46

4.6 Correccin de errores......................................................................................... 514.6.1 Cdigo Hamming ......................................................................................... 54


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2 Teora de las telecomunicaciones

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Captulo 4 Medios de transmisin y perturbaciones 3

Captulo 4 Medios de transmisin y perturbacionesComo se vio en el Captulo 1, las computadoras y otros dispositivos de telecomunicacinusan seales para representar los datos. Estas seales se transmiten de un dispositivo a otro

en forma de energa electromagntica. Las seales electromagnticas pueden viajar a travsdel vaco, el aire u otros medios de transmisin.

Figura 4.1 Espectro electromagntico

La energa electromagntica, una combinacin de campos elctricos y magnticos vibrandoentre s, comprende a la corriente elctrica alterna, las seales elctricas de voz, a las ondasde radio, a la luz infrarroja, a la luz visible, a la luz ultravioleta y a los rayos X, gamma ycsmicos. Cada uno de ellos constituye una porcin del espectro electromagntico (vase lafigura 4.1). Sin embargo, no todas las porciones del espectro se pueden usar realmente paralas telecomunicaciones y los medios para conducir aquellas que son utilizables estnlimitados a unos pocos tipos.

Las frecuencias en la banda de voz se transmiten generalmente en forma de corrientes atravs de hilos de metal, como los pares trenzados o los cables coaxiales. Las radiofrecuencias pueden viajar a travs del aire o del espacio, pero necesitan mecanismosespecficos de transmisin y recepcin. La luz visible, el tercer tipo de energaelectromagntica que se usa actualmente para las telecomunicaciones, se conduce usandoun cable de fibra ptica.

Los medios de transmisin se pueden dividir en dos grandes categoras: guiados y noguiados (vase la figura 4.2).

Figura 4.2 Clases de medios de transmisin


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4.1 Medios guiados

Los medios guiados son aquellos que proporcionan un conductor de un dispositivo al otro eincluyen cables de pares trenzados, cables coaxiales y cables de fibra ptica (vase la figura

4.3)

Figura 4.3 Clases de medios guiados

Una seal viajando por cualquiera de estos medios es dirigida y contenida por los lmitesfsicos del medio. El par trenzado y el cable coaxial usan conductores metlicos (de cobre)que aceptan y transportan seales de corriente elctrica. La fibra ptica es un cable decristal o plstico que acepta y transporta seales en forma de luz.

4.1.1 Cable de par trenzado (seal elctrica)

El cable de par trenzado se presenta en dos formas: sin blindaje y blindado.

Cable de par trenzado sin blindaje (UTP)

El cable de par trenzado sin blindaje (UTP, Unshielded Twisted Pair) es el tipo msfrecuente de medio de comunicacin que se usa actualmente. Aunque es el ms familiar porsu uso en los sistemas telefnicos, su rango de frecuencia es adecuado para transmitir tantodatos como voz (vase la Figura 4.4). Un par trenzado est formado por dos conductores(habitualmente de cobre), cada uno con su aislamiento de plstico de color. El aislamientode plstico tiene un color asignado a cada banda para su identificacin (vase la figura 4.5).Los colores se usan tanto para identificar los hilos especficos de un cable como paraindicar qu cables pertenecen a un par y cmo se relacionan con los otros pares de unmanojo de cables.

Figura 4.4Rango de frecuencias para un cable de par trenzado


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Figura 4.5 Cable de par trenzado

En el pasado se usaron dos cables planos paralelos para la comunicacin. Sin embargo lainterferencia electromagntica de dispositivos tales como motores poda originar ruidos enlos cables. Si los dos cables son paralelos, el cable ms cercano a la fuente de ruido tienems interferencia y termina con un nivel de tensin ms alto que el cable que est mslejos, lo que da como resultado cargas distintas y una seal daada (vase la figura 4.6).

Figura 4.6 Efecto de ruido sobre las lneas paralelas

Sin embargo, si los dos cables estn trenzados entre s en intervalos regulares (entre 2 y 12trenzas por pie), cada cable est cerca de la fuente del ruido durante la mitad del tiempo ylejos durante la otra mitad. Por tanto, con el trenzado, el efecto acumulativo de la

interferencia es igual en ambos cables (examine la Figura 4.7). Cada seccin de cable tieneuna carga de 4 cuando est en la parte alta del trenzado y de 3 cuando est en la parte baja.El efecto total del ruido en el receptor es 0 (14 -14). El trenzado no siempre elimina elimpacto del ruido, pero lo reduce significativamente.Las ventajas del UTP son su precio y su facilidad de uso. El UTP es barato, flexible y fcilde instalar. En muchas tecnologas de LAN, incluyendo Ethernet y Anillo con paso detestigo, se usa UTP de gama alta. La Figura 4.8 muestra un cable que contiene cuatro parestrenzados sin blindaje. Su impedancia tpica es de 100 ohmios.


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Figura 4.7 Efecto del ruido en lneas de par trenzado

Figura 4.8 Cable de 4 pares de hilos trenzados sin blindajeLa Asociacin de Industrias de Telecomunicaciones (TIA) y la Asociacin de IndustriasElectrnicas (EIA) ha desarrollado estndares para graduar los cables UTP segn sucalidad. Las categoras se determinan segn la calidad del cable, que vara desde 1, para lams baja, hasta 7, para la ms alta. Cada categora de la TIA/EIA es adecuada para ciertostipos de usos y no para otros:


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Categora 1: Actualmente no reconocido por TIA/EIA. Previamente usado paracomunicaciones telefnicas POTS, ISDN y cableado de timbrado.

Categora 2: Actualmente no reconocido por TIA/EIA. Previamente fue usado confrecuencia en redes token ring de 4 Mbit/s.

Categora 3: Actualmente definido en TIA/EIA-568-B, usado para redes de datosusando frecuencias de hasta 16 MHz. Historicamente popular (y todava usado) pararedes ethernet de 10 Mbit/s. Debe tener al menos nueve trenzas por metro.

Categora 4: Actualmente no reconocido por TIA/EIA. Posee desempeo de hasta 20MHz, y fue frecuentemente usado en redes token ring de 16 Mbit/s. Tambien de nuevetrenzas por metro.

Categora 5: Actualmente no reconocido por TIA/EIA. Posee desempeo de hasta 100MHz, y es frecuentemente usado en redes ethernet de 100 Mbit/s . Es posible usarlopara ethernet de gigabit 1000BASE-T.

Categora 5e: Actualmente definido en TIA/EIA-568-B. Posee desempeo de hasta100 MHz, y es frecuentemente usado tanto para ethernet 100 Mbit/s como para ethernet

1000 Mbit/s (gigabit). Categora 6: Actualmente definido en TIA/EIA-568-B. Posee desempeo de hasta 250

MHz, ms del doble que las categoras 5 y 5e. Usado principalmente para Gigabit Categora 6a: Especificacon futura para aplicaciones de 10 Gbit/s. Categora 7: Nombre informal aplicado a cableado de clase F de ISO/IEC 11801. Este

estndar especifica 4 pares blindados individualmente dentro de otro blindaje. Diseadopara transmisin a frecuencias de hasta 600 MHz.

Los cables UTP se conectan habitualmente a los dispositivos de la red a travs de un tipo deconector y un tipo de enchufe como el que se usa en las clavijas telefnicas. Los conectorespueden ser machos (el enchufe) o hembras (el receptculo). Los conectores machos entran

en los conectores hembras y tienen una pestaa mvil (denominada llave) que los bloqueacuando quedan ubicados en su sitio. Cada hilo de un cable est unido a un conductor (opatilla) del conector. Los conectores que se usan ms frecuentemente para estos enchufesson los RJ45, que tienen ocho conductores, uno para cada hilo de cuatro pares trenzados.

Cable de par trenzado con blindado global (FTP)

En este tipo de cable como en el UTP, sus pares no estn blindados, pero s dispone de unblindaje global de todo el conjunto de pares para mejorar su nivel de proteccin anteinterferencias externas. Su impedancia caracterstica tpica es de 120 Ohmios y suspropiedades de transmisin son ms parecidas a las del UTP. Adems, puede utilizar los

mismos conectores RJ45. Tiene un precio intermedio entre el UTP y STP. Ver figura 4.9.

Cable de par trenzado blindado (STP)

El cable de par trenzado blindado (STP, Shielded Twisted Pair) tiene una funda de metal oun recubrimiento de malla entrelazada que rodea cada par de conductores aislados (vase laFigura 4.10). La carcasa de metal evita que penetre ruido electromagntico. Tambinelimina un fenmeno denominado interferencia, que es un efecto indeseado de un circuito(o canal) sobre otro circuito (o canal). Se produce cuando una lnea (que acta como antena


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receptora) capta alguna de las seales que viajan por otra lnea (que acta como antenaemisora). Este efecto se experimenta durante las conversaciones telefnicas cuando se oyenconversaciones de fondo. Blindando cada par de cable de par trenzado se pueden eliminarla mayor parte de las interferencias. El STP tiene las mismas consideraciones de calidad y

usa los mismos conectores que el UTP, pero es necesario conectar el blindaje a tierra. Losmateriales y los requisitos de fabricacin del STP son ms caros que los del UTP, pero dancomo resultado cables menos susceptibles al ruido. Su impedancia tpica es de 150 ohmios.

Figura 4.9 Cable de par trenzado blindado de aluminio (FTP)

Figura 4.10 Cable de par trenzado blindado por par (STP)


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4.1.2 Cable coaxial (seal elctrica)

El cable coaxial (o coax) transporta seales con rangos de frecuencias mas altos que loscables de pares trenzados (vase la Figura 4.11), en parte debido a que ambos medios estnconstruidos de forma bastante distinta. En lugar de tener dos hilos, el cable coaxial tiene unncleo conductor central formado por un hilo slido o enfilado (habitualmente cobre)recubierto por un aislante de material dielctrico, que est, a su vez, recubierto por una hojaexterior de metal conductor, malla o una combinacin de ambas (tambin habitualmente decobre). La cubierta metlica exterior sirve como blindaje contra el ruido y como unsegundo conductor, lo que completa el circuito. Este conductor exterior est tambinrecubierto por un escudo aislante y todo el cable est protegido por una cubierta de plstico(vase la Figura 4.12).

Figura 4.11 Cable coaxial

Figura 4.12 Cable coaxial

Normas de cable coaxial

Los distintos diseos del cable coaxial se pueden categorizar segn sus clasificaciones deradio del gobierno (RG). Cada nmero RG denota un conjunto nico de especificacionesfsicas, incluyendo el grosor del cable del conductor interno, el grosor y el tipo del aislanteinterior, la construccin del blindaje y el tamao y el tipo de la cubierta exterior.


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Cada cable definido por las clasificaciones RG est adaptado para una funcinespecializada. Los ms frecuentes son:

RG-8 50 Ohmios Usado en Ethernet de cable gruesoRG-9 50 Ohmios Usado en Ethernet de cable gruesoRG-11 50 Ohmios Usado en Ethernet de cable gruesoRG-58. 50 Ohmios Usado en Ethernet de cable finoRG-59 75 Ohmios Usado para TV

Conectores de los cables coaxiales

A lo largo de los aos, se han diseado un cierto nmero de conectores para su uso en elcable coaxial, habitualmente por fabricantes que buscaban soluciones especficas arequisitos de productos especficos. Unos pocos de los conectores ms ampliamente usadosse han convertido en normas. El ms frecuente de todos ellos se denomina conector enbarril por su forma. De los conectores en barril, el ms popular es el conector de red abayoneta (BNC, Bayonet Network Connector) (Ver figura 4.12a), que se aprieta haciadentro y se bloquea en su lugar dando media vuelta. Otros tipos de conectores de barril seatornillan juntos, lo que necesita ms esfuerzo de instalacin, o simplemente se aprietan sinbloqueo, lo que es menos seguro. Generalmente, un cable termina en un conector machoque se enchufa o se atornilla en su conector hembra correspondiente asociado aldispositivo. Todos los conectores coaxiales tienen una nica patilla que sale del centro delconector macho y entra dentro de una funda de hierro del conector hembra. Los conectorescoaxiales son muy familiares debido a los cables de TV y a los enchufes de VCR, queemplean tanto los de presin como los deslizantes.

Figura 4.12a Conectores para cable coxial

Otros dos tipos de conectores que se usan frecuentemente son los conectores T y losterminadores. Un conector T (que se usa en la Ethernet de cable fino) permite derivar uncable secundario u otros cables de la lnea principal. Un cable que sale de una computadora,por ejemplo, se puede ramificar para conectarse a varios terminales. Los terminadores sonnecesarios en las topologas de bus donde hay un cable principal que acta como unatroncal con ramas a varios dispositivos, pero que en s misma no termina en ningndispositivo. Si el cable principal se deja sin terminar, cualquier seal que se transmita sobre


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l genera un eco que rebota hacia atrs e interfiere con la seal original. Un terminadorabsorbe la onda al final del cable y elimina el eco de vuelta.

4.1.3 Fibra ptica (seal luminosa)

Hasta este momento, se han visto cables conductores (de metal) que transmiten seales enforma de corriente. La fibra ptica, por otro lado, est hecha de plstico o de cristal ytransmite las seales en forma de luz. Para comprender cmo funciona la fibra ptica esnecesario explorar primero varios aspectos de la naturaleza de la luz.

La naturaleza de la luz

La luz es una forma de energa electromagntica que alcanza su mxima velocidad en elvaco: 300.000 kilmetros/segundo (aproximadamente, 186.000 millas/segundo). Lavelocidad de la luz depende del medio por el que se propaga (cuanto ms alta es ladensidad, ms baja es la velocidad).

Refraccin. La luz se propaga en lnea recta mientras se mueve a travs de una nicasustancia uniforme. Si un rayo de luz que se propaga a travs de una sustancia entra derepente en otra (ms o menos densa), su velocidad cambia abruptamente, causando que elrayo cambie de direccin. Este cambio se denomina refraccin. Una varilla que sobresalede un vaso de agua parece estar torcida, o incluso rota (figura 4.13), debido a que la luz atravs de la que la vemos cambia de direccin a medida que se mueve del aire al agua.

Figura 4.13 Efecto de la refraccin de la luz

La direccin en la que se refracta un rayo de luz depende del cambio de densidad queencuentre. Un rayo de luz que se mueva de una sustancia menos densa a un medio msdenso se curva hacia el eje vertical (examine la figura 4.13). Los dos ngulos formados por


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el rayo de luz en relacin al eje vertical se denominan I, para incidente, y R, pararefractado. En la figura 4.14a, el rayo se transmite desde un medio menos denso a un medioms denso. En este caso, el ngulo R es menor que el ngulo I. Sin embargo, en la figura4.14b, el rayo se propaga de un medio ms denso a un medio menos denso. En este caso, el

valor de I es ms pequeo que el valor de R. En otras palabras, cuando la luz penetra en unmedio ms denso, el ngulo de incidencia es mayor que el ngulo de refraccin; ycuando la luz penetra en un medio menos denso, el ngulo de incidencia es menor que elngulo de refraccin.

Figura 4.14Refraccin de la luz

La tecnologa de fibra ptica hace uso de las propiedades que se muestran en la figura

4.14b para controlar la propagacin de la luz a travs de un canal de fibra.

Figura 4.15ngulo crtico

ngulo crtico. Examinemos ahora la figura 4.15. Una vez ms tenemos un rayo de luz quese mueve de un medio ms denso a otro menos denso. Sin embargo, en este ejemplo seincrementa gradualmente el ngulo de incidencia medido desde la vertical. A medida que seincrementa el ngulo de incidencia, tambin lo hace el ngulo de refraccin. Este se alejaigualmente del eje vertical y se hace cada vez ms prximo al horizontal.


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En algn punto de este proceso, el cambio del ngulo de incidencia da como resultado unngulo de refraccin de 90 grados, de forma que el rayo refractado se mueve a lo largo dela horizontal. El ngulo de incidencia en este punto es el que se conoce como ngulocrtico.

Reflexin. Cuando el ngulo de incidencia se hace mayor que el ngulo crtico, se produceun fenmeno denominado reflexin (o, ms exactamente, reflexin completa, porquealgunos aspectos de la reflexin siempre coexisten con la refraccin). En este caso, ya nopasa nada de luz al medio menos denso, porque el ngulo de incidencia es siempre igual alngulo de reflexin (vase la Figura 4.15).La fibra ptica usa la reflexin para transmitir la luz a travs de un canal. Un ncleo decristal o plstico se rodea con una cobertura de cristal o plstico menos denso. La diferenciade densidad de ambos materiales debe ser tal que el rayo de luz que se mueve a travs delncleo sea reflejado por la cubierta en lugar de ser refractado por ella. La informacin secodifica dentro de un rayo de luz como series de destellos encendido-apagado querepresentan los bits uno y cero.

Modos de propagacin

La tecnologa actual proporciona dos modos de propagacin de la luz a lo largo de canalespticos, cada uno de los cuales necesita fibras con caractersticas distintas: multimodo ymono-modo. A su vez, el multimodo se puede implementar de dos maneras: ndiceescalonado o de ndice de gradiente gradual (vase la Figura 4.16).

Figura 4.16Modos de propagacin

Multimodo. El multimodo se denomina as porque hay mltiples rayos de luz de unafuente luminosa que se mueven a travs del ncleo por caminos distintos. Cmo se muevenestos rayos dentro del cable depende de la estructura del ncleo.


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En la fibra multimodo de ndice escalonado, la densidad del ncleo permanece constantedesde el centro hasta los bordes. Un rayo de luz se mueve a travs de esta densidadconstante en lnea recta hasta que alcanza la interfaz del ncleo y la cubierta . En la interfaz,hay un cambio abrupto a una densidad ms baja que altera el ngulo de movimiento del

rayo. El trmino ndice escalonado se refiere a la rapidez de este cambio.La Figura 4.17 muestra varios haces (o rayos) que se propagan a travs de una fibra dendice escalonado. Algunos rayos del centro viajan en lnea recta a travs del ncleo yalcanzan el destino sin reflejarse o refractarse. Algunos otros rayos golpean la interfaz delncleo y se reflejan en un ngulo menor que el ngulo crtico; estos rayos penetran lacubierta y se pierden. Todava quedan otros que golpean el borde del ncleo con ngulosmayores que el ngulo crtico y se vuelven a reflejar dentro del ncleo hasta el otro lado,balancendose hacia delante y hacia atrs a lo largo del canal hasta que alcanzan su destino.Cada rayo se refleja fuera de la interfaz en un ngulo igual a su ngulo de incidencia.Cuanto mayor sea el ngulo de incidencia, ms amplio es el ngulo de reflexin. Un rayocon un ngulo de incidencia menor necesitar ms balanceos para viajar la misma distanciaque un rayo con un ngulo de incidencia mayor. En consecuencia, el rayo con el ngulo deincidencia ms pequeo debe viajar ms rpido para alcanzar su destino. Esta diferencia enla longitud del camino significa que distintos rayos llegan al destino en momentos distintos.Puesto que los distintos rayos son recombinados en el receptor, el resultado es una sealque no es ya una rplica exacta de la seal que se retransmiti. Esta seal ha sidodistorsionada por los retrasos de la propagacin. Esta distorsin limita la tasa de datosdisponible y hace que el cable multimodo de ndice escalonado sea inadecuado para ciertasaplicaciones precisas.

Figura 4.17 Fibra multimodo de ndice escalonado

Hay un segundo tipo de fibra, denominado fibra multimodo de ndice gradual, quedecrementa esta distorsin de la seal a travs del cable. La palabra ndice se refiere en estecaso al ndice de refraccin. Como se ha visto anteriormente, el ndice de refraccin estrelacionado con la densidad. Por tanto, una fibra de ndice gradual tiene densidad variable.La densidad es mayor en el centro del ncleo y decrece gradualmente hasta el borde. Lafigura 4.18 muestra el impacto de esta densidad variable en la propagacin de los rayosluminosos.

La seal se introduce en el centro del ncleo. A partir de este punto, solamente el rayohorizontal se mueve en lnea recta a travs de la zona central, de la densidad constante. Losrayos en otros ngulos se mueven a travs de una serie de densidades que cambianconstantemente. Cada diferencia de densidad hace que el rayo se refracte formando unacurva. Adems, cambiar la refraccin cambia la distancia de cada rayo que viaja en el


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mismo periodo de tiempo, dando como resultado que los rayos distintos se intersecan aintervalos regulares. Si se sita cuidadosamente el rbceptor en uno de estos intervalos sepuede conseguir reconstruir la seal con una precisin mucho mayor.

Figura 4.18 Fibra multimodo de ndice gradual

Monomodo. El monomodo usa fibra de ndice escalonado y una fuente de luz muyenfocada que limita los rayos a un rango muy pqueUegTos,lodos cerca de la

horizontal. La fibra monomodo se fabrica con un dimetro mucho ms pequeo que lasfibras multimodo y con una densidad (ndice de refraccin) sustancialmente menor. Eldecrecimiento de densidad da como resultado un ngulo crtico que est muy cerca de los90 grados para hacer que la propagacin de los rayos sea casi horizontal. En este caso, lapropagacin de los distintos rayos es casi idntica y los retrasos son despreciables. Todoslos rayos llegan al destino juntos y se pueden recombinar sin distorsionar la seal (vasela figura 4.19).

Figura 4.19 Fibra monomodo

Tamao de la fibra

Las fibras pticas se definen por la relacin entre el dimetro de su ncleo y el dimetro desu cubierta, ambas expresadas en mieras (micrmetros). La tabla siguiente muestra lostamaos ms frecuentes. El ltimo tamao de la tabla se usa nicamente para monomodo.

Tipos de fibra


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Composicin del cable

La figura 4.20 muestra la composicin de un cable tpico de fibra ptica. La fibra estformada por un ncleo rodeado por una cubierta. En la mayora de los casos, la fibra est

cubierta por un nivel intermedio que lo protege de la contaminacin. Finalmente, todo elcable est encerrado por una carcasa exterior.Tanto el ncleo como la envoltura o revestimiento pueden estar hechos de cristal o plstico,pero deben ser de densidades distintas. Adems, el ncleo interior debe ser ultra puro ycompletamente regular en forma y tamao. Las diferencias qumicas del material, e inclusopequeas variaciones del tamao y la forma del canal, alteran el ngulo de reflexin ydistorsionan la seal. Algunas aplicaciones pueden admitir cierta distorsin y sus cablespueden ser ms baratos, pero otras dependen de que haya una uniformidad completa.La envoltura exterior (o funda) se puede hacer con varios materiales, incluyendo unrecubrimiento de tefln, plstico, plstico fibroso, tubera de metal y malla metlica. Cadauno de estos materiales sirve para un propsito distinto. Los plsticos son ligeros y baratospero no proporcionan fuerza estructural y pueden emitir humos cuando se queman. Latubera de metal proporciona mayor fortaleza pero eleva los costes. El tefln es ligero y sepuede usar al aire libre, pero es caro y no incrementa la robustez del cable. La eleccin delmaterial depende del lugar de instalacin del cable.

Figura 4.20 Construccin de la fibra

Fuentes de luz diversas para los cables pticos

Como se ha visto, el objetivo del cable de fibra ptica es contener y dirigir rayos de luz delorigen al destino. Para que haya transmisin, el dispositivo emisor debe estar equipado conuna fuente luminosa y el dispositivo receptor con una clula fotosensible (denominada foto-diodo) capaz de traducir la luz recibida en corriente que pueda ser usada en unacomputadora. La fuente luminosa puede ser bien un diodo emisor de luz (LED, LightEmmitting Diode) o un diodo de inyeccin lser (ILD, Injection Lser Diode). Los LEDson la fuente ms barata, pero proporcionan una luz desenfocada que incide en los extremos


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del canal con ngulos descontrolados y se difumina con la distancia. Por esta razn, el usode los LED est limitado a distancias cortas.Por otro lado, los lsers se pueden enfocar en un rango muy estrecho, permitiendo elcontrol del ngulo de incidencia. Las seales lser conservan el carcter de la seal en

distancias considerables.Conectores para fibra ptica

Los conectores para el cable de fibra ptica deben ser tan precisos como el cable en smismo. Con medios metlicos, las conexiones no necesitan ser tan exactas siempre queambos conductores estn en contacto fsico. Por otro lado, con la fibra ptica cualquierdesalineamiento o bien con otro segmento del ncleo o bien con un fotodiodo da comoresultado que la seal se refleje hacia el emisor y cualquier diferencia en el tamao de losdos canales conectados da como resultado un cambio en el ngulo de la seal. Adems, laconexin debe completarse aunque las fibras conectadas no estn completamente unidas.Un intervalo entre ambos ncleos da como resultado una seal disipada; una conexinfuertemente presionada puede comprimir ambos ncleos y alterar el ngulo de reflexin.Teniendo en cuenta estas restricciones, los fabricantes han desarrollado varios conectoresque son precisos y fciles de usar. Todos los conectores populares tienen forma de barril yconectores en versiones macho y hembra. El cable se equipa con un conector macho que sebloquea o conecta con un conector hembra asociado al dispositivo a conectar.

Ventajas de la fibra ptica

La principal ventaja que ofrece el cable de fibra ptica sobre los pares trenzados y el cablecoaxial son: inmunidad al ruido, menor atenuacin de la seal y ancho de banda mayor.

Inmunidad al ruido. Debido a que las transmisiones por fibra ptica usan luz en lugarde electricidad, el ruido no es importante. La luz externa, la nica interferencia posible,es bloqueada por el recubrimiento opaco exterior del canal.

Menor atenuacin de la seal. La distancia de transmisin de la fibra ptica essignificativamente mayor que la que se consigue en otros medios guiados. Una sealpuede transmitirse a lo largo de kilmetros sin necesidad de regeneracin.

Ancho de banda mayor. El cable de fibra ptica puede proporcionar anchos de banda(y por tanto tasas de datos) sustancialmente mayores que cualquier cable de partrenzado o coaxial. Actualmente, las tasas de datos y el uso del ancho de banda encables de fibra ptica no estn limitados por el medio, sino por la tecnologa disponible

de generacin y de recepcin de la seal.Desventajas de la fibra ptica

Las principales desventajas de la fibra ptica son el coste, la instalacin, el mantenimientoy la fragilidad.

Costo. El cable de fibra ptica es caro. Debido a que cualquier impureza o imperfeccindel ncleo puede interrumpir la seal, la fabricacin debe ser laboriosamente precisa.


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Igualmente, conseguir una fuente de luz lser puede costar miles de dlares, comparadoa los cientos de dlares necesarios para los generadores de seales elctricas.

Instalation/mantenimiento. Cualquier grieta o rozadura del ncleo de un cable de fibraptica difumina la luz y altera la seal. Todas las marcas deben ser pulidas y fundidas

con precisin. Todas las conexiones deben estar perfectamente alineadas y sercoincidentes con el tamao del ncleo y deben proporcionar uniones completamenteacopladas pero sin excesivas presiones. Las conexiones de los medios metlicos, porotro lado, se pueden hacer con herramientas de cortado y de presin relativamente pocosofisticadas.

Fragilidad. La fibra de cristal se rompe ms fcilmente que el cable, lo que la convierteen menos til para aplicaciones en las que es necesario transportar el hardware.

A medida que las tcnicas de fabricacin han mejorado y los costes se han reducido, lasaltas tasas de datos y la inmunidad al ruido han hecho de la fibra ptica un mediocrecientemente popular.

4.2 Medios no guiadosLos medios no guiados, o comunicaciones sin cable, transportan ondas electromagnticassin usar un conductor fsico. En su lugar, las seales se radian a travs del aire (o, en unospocos casos, el agua) y, por tanto, estn disponibles para cualquiera que tenga undispositivo capaz de aceptarlas.La seccin del espectro electromagntico definido como comunicacin de radio se divideen ocho rangos, denominados bandas, cada una de ellas reguladas por las autoridadesgubernamentales. Estas bandas se clasifican desde frecuencia muy baja (VLF, Very LowFrequency) a frecuencia extremadamente alta (EHF, Extremely High Frequency). La Figura4.21 muestra las ocho bandas y sus acrnimos. \

Figura 4.21Bandas de comunicacin por radio


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4.2.1 Transmisin de seales de radio

La transmisin de ondas de radio utiliza cinco tipos de propagacin distintos: superficie,troposfrica, ionosfrica, lnea de visin y espacio (vase la figura 4.22)

Figura 4.22 Tipos de propagacin

La tecnologa de radio considera que la tierra est rodeada por dos capas de atmsfera: latropsfera y la ionosfera. La troposfera es la porcin de la atmsfera que se extiende hastaaproximadamente 45 km desde la superficie de la tierra (en terminologa de radio, latroposfera incluye una capa de mxima altitud denominada estratosfera) y contiene aquelloen lo que nosotros generalmente pensamos como el aire. Las nubes, el viento, lasvariaciones de temperatura y el clima en general ocurren en la troposfera, al igual que losviajes de avin. La ionosfera es la capa de atmsfera por encima de la troposfera pero pordebajo del espacio. Est ms all de lo que nosotros denominamos atmsfera y contienepartculas libres cargadas elctricamente (de aqu el nombre).

Propagacin en superficie. En la propagacin en superficie, las ondas de radio viajan atravs de la porcin ms baja de la atmsfera, abrazando a la tierra. A las frecuencias msbajas (menos de 2 Mhz), las seales emanan en todas las direcciones desde la antena detransmisin y sigue la curvatura del planeta. La distancia depende de la cantidad depotencia en la seal: cuanto mayor es la potencia, mayor es la distancia. La propagacin ensuperficie tambin puede tener lugar en el agua del mar.

Propagacin troposfrica. La propagacin troposfrica puede actuar de dos formas. Obien se puede dirigir la seal en lnea recta de antena a antena (visin directa) o se puede


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radiar con un cierto ngulo hasta los niveles superiores de la troposfera donde se reflejahacia la superficie de la tierra. El primer mtodo necesita que la situacin del receptor y eltransmisor est dentro de distancias de visin, limitadas por la curvatura de la tierra enrelacin a la altura de las antenas. El segundo mtodo permite cubrir distancias mayores.

Propagacin ionosfrica. En la propagacin ionosfrica, las ondas de radio de ms altafrecuencia (2 a 30 Mhz) se radian hacia la ionosfera donde se reflejan de nuevo hacia latierra. La densidad entre la troposfera y la ionosfera hace que cada onda de radio se acelerey cambie de direccin, curvndose de nuevo hacia la tierra. Este tipo de transmisinpermite cubrir grandes distancias con menor potencia de salida.

Propagacin por visin directa. En la propagacin por visin directa, se transmitenseales de muy alta frecuencia (mas de 30 Mhz) directamente de antena a antena siguiendouna lnea recta. Las antenas deben ser direccionales, estando enfrentadas entre s, y o bienestn suficientemente altas o suficientemente juntas para no verse afectadas por la curvaturade la tierra. La propagacin por visin directa es compleja porque las transmisiones deradio no se pueden enfocar completamente. Las ondas emanan hacia arriba y hacia abajoas como hacia delante y pueden reflejar sobre la superficie de la tierra o partes de laatmsfera. Las ondas reflejadas que llegan a la antena receptora ms tarde que la porcindirecta de la transmisin puede corromper la seal recibida.

Propagacin por el espacio. La propagacin por el espacio utiliza como retransmisorsatlites en lugar de la refraccin atmosfrica. Una seal radiada es recibida por un satlitesituado en rbita, que la reenva de vuelta a la tierra para el receptor adecuado. Latransmisin va satlite es bsicamente una transmisin de visin directa con unintermediario (el satlite). La distancia al satlite de la tierra es equivalente a una antena desper alta ganancia e incrementa enormemente la distancia que puede ser cubierta por unaseal.

Propagacin de seales especficas

El tipo de propagacin que se usa en la radio-transmisin depende de la frecuencia de laseal. Cada frecuencia es adecuada para una capa especfica de la atmsfera y es mseficiente si se transmite y se enva con tecnologas adaptadas a la capa.

4.23Rango de frecuencias para VLF

VLF. Las ondas de frecuencia muy baja (VLF, Very Low Frequency) se propagan comoondas de superficie, habitualmente a travs del aire, pero algunas veces a travs del aguadel mar. Las ondas VLF no sufren mucha atenuacin debido a la transmisin, pero sonsensibles a los altos niveles de ruido atmosfrico (calor y electricidad) activo en bajasaltitudes.


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Las ondas VLF se usan principalmente para radio-navegacin de largo alcance y paracomunicacin submarina (vase la Figura 4.23).

Figura 4.24Rango de frecuencias LF

LF. De forma similar al VLF, las ondas de baja frecuencia (LF, Low Frequency) sepropagan tambin como ondas de superficie. Las ondas LF se usan para radio-navegacinde largo alcance y para las radio balizas o localizadores de navegacin (vase la figura4.24). La atenuacin es mayor durante el da, cuando se incrementa la absorcin de lasondas por los obstculos naturales.

Figura 4.25Rango de frecuencias MF

MF. Las seales de frecuencia media (MF, Middle Frequency) se propagan en latroposfera. Estas frecuencias son absorbidas por la ionosfera. Por tanto, la distancia quepueden cubrir est limitada por el ngulo necesario para reflejar la seal en la troposfera sin

entrar en la ionosfera. La absorcin se incrementa durante el da, pero la mayora de lastransmisiones MF se efectan con antenas de visin directa para incrementar el control yevitar tambin los problemas de absorcin. Los usos de las transmisiones MF incluyenradio AM, radio martima, buscadores audiodireccionales (RDF) y frecuencias deemergencia (vase la figura 4.25).

Figura 4.26Rango de frecuencias de HF

HF. Las seales de frecuencia alta (HF, High Frequency) usan propagacin ionosfrica.Estas seales se desplazan dentro de la ionosfera, donde la diferencia de densidad las reflejade nuevo hacia la tierra. Los usos de seales HF incluyen los radioaficionados (ham radio),la radio de bandas de ciudadanos (CB), las emisiones internacionales, comunicacionesmilitares, comunicacin de larga distancia para aviones y barcos, telfonos, telgrafos yfaxes (vase la figura 4.26).


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Figura 4.27Rango de frecuencias para VHF

VHF. La mayora de las ondas de frecuencia muy alta (VHF, Very High Frequency) usanpropagacin de visin directa. Los usos del VHF incluyen la televisin VHF, la radio FM,la radio AM de los aviones y la ayuda de navegacin de los aviones (vase la Figura 4.27).

Figura 4.28Rango de frecuencias para UHF

UHF. Las ondas de frecuencia ultra alta (UHF, Ultra High Frequency) siempre se usanen propagacin de visin directa. Los usos para el UHF incluyen la televisin UHF, lostelfonos mviles, la radio celular, los buscadores y los enlaces de microondas (vase lafigura 4.28). Observe que la comunicacin con microondas comienzan en la frecuencia 1GHz de la banda UHF y contina hasta las bandas SHF y EHF.

Figura 4.29Rango de frecuencias para SHF

SHF. Las ondas de frecuencia superalta (SHF, Super High Frequency) se transmitenusando principalmente propagacin por visin directa y algo de propagacin espacial. Losusos del SHF incluyen las microondas terrestres y satlite y la comunicacin radar (vase lafigura 4.29).

Figura 4.29Rango de frecuencias para SHF

EHF. Las ondas de frecuencia extremadamente alta (EHF, Extremely High Frequency)usan la propagacin espacial. Los usos para el EHF son predominantemente cientficos eincluyen radar, satlite y comunicaciones experimentales (vase la figura 4.30). La tablasiguiente resume las diferentes bandas y sus caractersticas de propagacin.


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BandaRango

defrecuencias

Rango delongitudes de

onda en elespacio libre

Caractersticasde

propagacinUso tpico

Frecuencias

extremadamentebajas (ELF,Extremely LowFrequency)

30 a 300 Hz10.000 a 1.000

kmSuperficial

Lneas de potencia; se

utilizan en algunossistemas de controldomsticos

Frecuencias devoz (VF, VoiceFrequency)

300 a 3.000 Hz1.000 a 100

kmSuperficial

Se usan en los bucles deabonado de los sistemasde telefona

Frecuencias muybajas (VLF, VeryLow Frequency)

3 a 30 kHz100 a 10 km

Superficial con bajaatenuacin diurna ynocturna; alto nivel deruido atmosfrico

Navegacin en alta mar;comunicacionessubmarinas

Frecuenciasbajas (LF, LowFrequency)

30 a 300 kHz10 a 1 km

Superficial; ligeramentemenos fiable que VLF;

absorcin diurna

Navegacin en alta mar;radiolocalizacin para

comunicaciones marinasFrecuenciasmedias (MF,MdiumFrequency)

300 a 3.000kHz

1.000 a 100 m

Superficial y ionosfricanocturna; baja atenuacinnocturna, siendo alta ladiurna; ruido atmosfrico

Radio martima;bsqueda dedirecciones; radiodifusinAM

Frecuenciasaltas (HF, HighFrequency)

3 a 30 MHz100 a 10 m

Ionosfrica; la calidadvara a lo largo del da,con las estaciones y lafrecuencia

Radioaficionados;radiodifusininternacional;comunicacionesmilitares; navegacinarea de larga distanciay comunicacionesmartimas

Frecuencias muyaltas (VHF, VeryHigh Frequency)

30 a 300 MHz10 a 1 m

Lnea de vista; dispersindebido a la inversin detemperaturas; ruidocsmico

Televisin VHF;radiodifusin FM,comunicaciones AM enaviones; ayudas a lanavegacin de aviones

Frecuencias ultraaltas (UHF, UltraHigh Frequency)

300 a 3.000MHz

100 a 10 cmLnea de vista; ruidocsmico

Televisin UHF; telefonacelular; radar; enlaces demicroondas; sistemas decomunicacin personal

Frecuenciassuper altas(SHF, SuperHigh Frequency)

3 a 30 GHz10 a 1 cm

Lnea de vista; la lluviaatena por encima de 10GHz; atenuacinatmosfrica debido alvapor de agua y al

oxgeno

Comunicacionessatelitales; radar;enlaces de microondasterrestres; bucles locales

inalmbricosFrecuenciasextremadamentealtas (EHF,Extremely HighFrequency)

30 a 300 GHz10 a 1 mm

Lnea de vista; atenuacinatmosfrica debido alvapor de agua y aloxgeno

Experimental; bucleslocales inalmbricos

Infrarrojos300 GHz a400 THz

1 a 770 nm Lnea de vistaLAN infrarrojas;aplicaciones deelectrnica de consumo

Luz visible 400 a 900 THz 700 a 330 nm Lnea de vista Comunicaciones pticas


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4.2.2 Microondas en el espacio libre

El mundo de las comunicaciones est basado en la transmisin de informacin medianteondas electromagnticas entre un emisor y un receptor. Fundamentalmente podemos dividir

esta transmisin en dos tipos fundamentales:

A travs de un cable o gua de ondas. Radiacin de OEM a travs del aire, el espacio libre o de un medio dielctrico.

La bsqueda de canales con baja atenuacin y la necesidad de enviar seales con un anchode banda cada vez mayor ha hecho que las guas de onda, que no se incluyen en este libro, juegan un papel cada vez ms importante en del conjunto de medios fsicos para lacomunicacin. La televisin por cable, la telefona, Internet, etc. obligan a un uso cada vezmayor de guias de onda, en particular de fibras pticas. Se llama gua de onda a cualquierestructura, o parte de una estructura, que hace que una onda electromagntica se propague

en una direccin determinada, con algn grado de confinamiento en el plano transversal ala direccin de propagacin. En esta seccin trataremos la transmisin de ondaselectromagnticas en el espacio libre, o sea, que no estn confinadas en un espacioreducido.

Las microondas terrestres no siguen la curvatura de la tierra y por tanto necesitan equipode transmisin y recepcin por visin directa. La distancia que se puede cubrir con unaseal por visin directa depende principalmente de la altura de la antena: cuanto mas altassean las antenas, ms larga es la distancia que se puede ver. La altura permite que la sealviaje ms lejos sin ser interferida por la curvatura del planeta y eleva la seal por encima demuchos obstculos de la superficie, como colinas bajas y edificios altos que de otra forma

bloquearan la transmisin. Habitualmente, las antenas se montan sobre torres que a su vezestn construidas sobre colinas o montaas.Las seales de microondas se propagan en una direccin concreta, lo que significa quehacen falta dos frecuencias para una comunicacin en dos sentidos, como por ejemplo unaconversacin telefnica. Una frecuencia se reserva para la transmisin por microondas enuna direccin y la otra para la transmisin en la otra. Cada frecuencia necesita su propiotransmisor y receptor. Actualmente, ambas partes del equipo se combinan habitualmente enun equipo denominado transceptor, lo que permite usar una nica antena para dar servicio aambas frecuencias y funciones.

Repetidores

Para incrementar la distancia til de las microondas terrestres, se puede instalar unsistema de repetidores con cada antena. La seal recibida por una antena se puede convertirde nuevo a una forma transmisible y entregarla a la antena siguiente (vase la figura 4.31).La distancia mnima entre los repetidores vara con la frecuencia de la seal y el entorno enel cual se encuentran las antenas. Un repetidor puede radiar la seal regenerada a lafrecuencia original o con una Hueva frecuencia, dependiendo del sistema.Las microondas terrestres con repetidores constituyen la base de la mayora de los sistemasde telefona contempornea alrededor del mundo.


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Figura 4.31Microondas terrestres

Antenas

Para las comunicaciones con microondas terrestres se usan dos tipos de antenas:parablicas y de cornete.

Figura 4.32Antena parablica

Una antena parablica se basa en la geometra de una parbola: cada lnea paralela a lalnea de simetra (lnea de vista) refleja la curva en ngulos tales que inciden en un puntocomn denominado foco (vase la figura 4.32). El plato parablico funciona como un

embudo, capturando un amplio rango de ondas y dirigindolas a un punto comn. De estaforma, se recupera ms seal de lo que sera posible con un receptor de punto nico.Las transmisiones de salida se radian a traves de un cornete apuntado al disco. Lasmicroondas golpean el disco y son deflexionadas hacia fuera en sentido contrario al caminode recepcin.

Una antena de cornete se parece a una cuchara gigante. Las transmisiones de salida sonradiadas hacia arriba de un mstil (que se parece al mango) y deflexionadas hacia fuera enuna serie de estrechos haces paralelos mediante la cabeza curvada (vase la figura 4.33).


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Figura 4.33Antena de corneteLas transmisiones recibidas son recolectadas por la forma de cuchara del cornete, de formasimilar a la antena parablica, y son deflexionadas mstil abajo.

4.2.3 Satlite

Las transmisiones va satlite se parecen mucho ms a las transmisiones con microondaspor visin directa en la que las estaciones son satlites que estn orbitando la tierra. Elprincipio es el mismo que con las microondas terrestres, excepto que hay un satliteactuando como una antena sper alta y como repetidor (vase la figura 4.34). Aunque lasseales que se transmiten va satlite siguen teniendo que viajar en lnea recta, las

limitaciones impuestas sobre la distancia por la curvatura de la tierra son muy reducidas.De esta forma, los satlites retransmisores permiten que las seales de microondas sepuedan transmitir a travs de continentes y ocanos con un nico salto.

Figura 4.34 Comunicacin va satlite


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Las microondas va satlite pueden proporcionar capacidad de transmisin a y desdecualquier localizacin en la tierra, sin importar lo remota que esta sea. Esta ventaja haceque las comunicaciones de alta calidad estn disponibles en lugares no desarrollados delmundo sin necesidad de hacer grandes inversiones en infraestructura de tierra. Por

supuesto, los satlites en s mismos son extremadamente caros, pero alquilar tiempo ofrecuencias de uno de ellos puede ser relativamente barato.

Satlites geosincrnicos

La propagacin por lnea de vista necesita que las antenas emisoras y receptoras estnfijas/estticas con respecto a la localizacin de las dems en todo momento (una antenadebe poder ver a la otra). Por esta razn, un satlite que se mueve ms deprisa o msdespacio que la rotacin de la tierra es til nicamente para periodos de tiempo cortos (de lamisma forma que un reloj parado solamente es exacto dos veces al da). Para asegurar unacomunicacin constante, el satlite debe moverse a la misma velocidad que la tierra deforma que parezca que est fijo en un cierto punto. Estos satlites se llamangeosincrnicos.o geoestacionarios

Figura 4.35 Satlites de rbita geosncrona

Debido a que la velocidad orbital depende de la distancia desde el planeta, solamente hayuna rbita que puede ser geosincrnica. Esta rbita se produce en el plano ecuatorial y estaproximadamente a 36.000 kilmetros de la superficie de la tierra.


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Pero un nico satlite geosincrnico no puede cubrir toda la tierra. Un satlite en rbitatiene contacto por lnea de vista con un gran nmero de estaciones, pero la curvatura de latierra sigue haciendo que gran parte del planeta todava no se pueda ver. Por ello, esnecesario tener un mnimo de tres satlites equidistantes entre s en rbita geosincrnica

para proporcionar una transmisin global completa. La figura 4.35 muestra tres satlites,separados 120 grados entre s en una rbita geosincrnica alrededor del ecuador. Es unavista desde el Polo Norte.

Bandas de frecuencia para comunicacin por satlite

Las frecuencias reservadas para la comunicacin por microondas va satlite estn en elrango de los gigahertz (GHz). Cada satlite enva y recibe dos bandas distintas. Latransmisin desde la tierra al satlite se denomina enlace ascendente. La transmisin desdeel satlite a la tierra se denomina enlace descendente. La tabla siguiente muestra losnombres de las bandas de frecuencias para cada rango.

Banda Enlace descendente(GHz)

Enlace ascendente (GHz) Problemas

C 3.7 4.2 5.925 6.425 Interferencia TerrestreKu 11.7 12.2 14.0 14.5 LluviaKa 17.7 21.7 27.5 30.5 Lluvia

Los satlites comerciales funcionan en tres bandas de frecuencias, llamadas C, Ku y Ka. Lagran mayora de emisiones de televisin por satlite se realizan en la banda Ku.No es conveniente poner muy prximos en la rbita geoestacionaria dos satlites quefuncionen en la misma banda de frecuencias, ya que pueden interferirse. En la banda C ladistancia mnima es de dos grados, en la Ku y la Ka de un grado. Esto limita en la prcticael nmero total de satlites que puede haber en toda la rbita geoestacionaria a 180 en labanda C y a 360 en las bandas Ku y Ka. La distribucin de bandas y espacio en la rbitageoestacionaria se realiza mediante acuerdos internacionales.

4.2.4 Infrarrojas

Las comunicaciones infrarrojas estn basadas en el principio de la luz infrarroja, que es unaradiacin electromagntica cuya frecuencia la hace invisible al ojo humano, La luz visibleviaja en ases de luz que van desde los 400 ngstroms, violeta oscuro, a 700 ngstroms, rojooscuro. Las frecuencias del infrarrojo son de 700 a 1,000 ngstroms. Conforme a losestndares del IrDA la mayora de las computadoras personales y equipo de

comunicaciones se mantienen entre los 850 y 900 ngstroms.Los rayos infrarrojos tienen una longitud de onda cercana a la de la luz y, por lo tanto, conun comportamiento similar, tanto en sus ventajas como en sus inconvenientes. Entre estascaractersticas, la ms evidente es que no pueden atravesar objetos slidos como paredes, loque supone un serio freno a su capacidad de difusin. Bien es cierto que no hay mal que porbien no venga y esta misma limitacin supone un seguro contra receptores no deseados.Tambin, debido a su alta frecuencia, presentan una fuerte resistencia a las interferenciaselectromagnticas artificiales radiadas por otros dispositivos, pudiendo, adems, alcanzar


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grandes velocidades de transmisin; de hecho, se han desarrollado sistemas que operan a100 Mbps.

En cuanto a las restricciones de uso, la transmisin por rayos infrarrojos no requiere

autorizacin especial en ningn pas, excepto por los organismos de salud que limitan lapotencia de la seal transmitida. Por ltimo, y como atractivo seuelo a todo tipo defabricantes, utiliza componentes sumamente econmicos y de bajo consumo energtico,importantes caractersticas muy a tener en cuenta en aquellos dispositivos que deban formarparte de equipos mviles porttiles.Entre las limitaciones principales, cabe decir que resultan sumamente sensibles a objetosmviles que interfieren y perturban la comunicacin entre emisor y receptor. Adems, lasrestricciones en la potencia de transmisin limitan la cobertura de estas redes a unas cuantasdecenas de metros, y lo que an ms grave, la luz solar directa, las lmparas incandescentesy otras fuentes de luz brillante pueden interferir seriamente la seal.

En el balance final sobre ventajas e inconvenientes, los pocos sistemas de comunicacinque emplean como medio de transmisin la luz infrarroja estn limitadas por el espacio,utilizndose casi en exclusividad en comunicaciones en las que los distintos dispositivos seencuentran en un slo cuarto o rea, escenario que normalmente se presenta en el entornocasero. No obstante, algunas compaas que tienen sus oficinas en varios edificios realizanla comunicacin colocando los receptores/emisores en las ventanas de los edificios.

En resumen, a pesar de sus buenas cualidades y caractersticas, la gran influencia delentorno representa un enorme obstculo a la fiabilidad de las comunicaciones y, por tanto,reduce sus posibilidades de implantacin masiva. De hecho, salvo la inclusin de lossistemas por infrarrojos incorporados a la mayora de las computadorass porttiles yperifricos como impresoras, cmaras digitales o PDA que siguen la norma IrDA, soncontados y exclusivos los productos que implementan dicha tecnologa.

El conjunto de especificaciones que actualmente constituyen el la norma internacional parael desarrollo de sistemas de comunicaciones a travs de rayos infrarrojos adopta el mismonombre de la asociacin que los produce: IrDA, del ingles "Infrared Data Association,IrDA", la cul est patrocinada por ms de 160 industrias y fue establecida en 1993 con elobjetivo de crear las especificaciones y estndares para los equipos y protocolos empleadosen este tipo de enlaces.En esta forma especial de transmisin de radio, un haz enfocado de luz en el espectro defrecuencia infrarrojo, medido en terahertz o billones de hertzios (ciclos por segundo) semodula con informacin y se enva de un transmisor a un receptor a una distanciarelativamente corta. La radiacin infrarroja (IR) es la misma tecnologa usada paracontrolar un televisor con control a distancia.

Entre sus usos o posibilidades razonables est enviar un documento de nuestra computadoraporttil a una impresora, intercambiar tarjetas de visita, coordinar agendas y libretastelefnicas entre nuestras computadoras de escritorio y porttiles o PDA, enviar faxes desdenuestra computadora porttil a una mquina de fax distante usando un telfono pblico,cmaras digitales que pueden enviar las imgenes a nuestro ordenador, etc.


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La comunicacin infrarroja involucra un transceptor (una combinacin de transmisor yreceptor) en los dos dispositivos que se comunican. Hay microchips especiales queproporcionan esta capacidad. Adicionalmente, uno o ambos dispositivos pueden requerirsoftware especial para que la comunicacin pueda sincronizarse. Un ejemplo es el soporte

especial para IR en el sistema operativo Windows 95 de Microsoft. En el estndar IrDA-1.1, el mximo tamao de datos que se pueden transmitir es de 2,048 bytes y la tasamxima de transmisin es de 4 Mbps.

La IR tambin puede usarse para interconexiones un tanto ms largas y se consider comouna posibilidad para las interconexiones en redes de rea local (LAN). La distancia efectivamxima es algo menor a los ocho kilmetros y el mximo ancho de banda proyectado es de16 megabits por segundo. Dado que la IR es transmisin en lnea visual (ambosdispositivos deben poder "verse" entre s), es sensible a la niebla y otras condicionesatmosfricas.

La comunicacin de datos por infrarrojos ha jugado un importante papel en lascomunicaciones de datos inalmbricas debido a la popularidad de las computadorasporttiles, PDA, cmaras digitales, telfonos celulares, radio localizadores y otrosdispositivos. Sin embargo en la actualidad est siendo desplazada por tecnologas mspotentes como Bluetooth o Wi-Fi.

4.3 PerturbacionesEn cualquier sistema de comunicaciones se debe aceptar que la seal que se recibe diferirde la seal transmitida debido a varias adversidades y dificultades sufridas en latransmisin. En las seales analgicas, estas dificultades pueden degradar la calidad de laseal. En las seales digitales. se generarn bits errneos: un 1 binario se transformar en

un 0 y viceversa. En esta seccin se van a estudiar las dificultades mencionadascomentando sus efectos sobre la capacidad de transportar informacin en los enlaces detransmisin; en el Captulo 2 se presentaron algunas medidas a tomar para disminuir elefecto de estas dificultades.

Las dificultades ms significativas son:

Ruidos Distorsin por retardo Atenuacin

Decibel

Para medir la potencia que una seal ha perdido o ganado, se usa el concepto de decibel. Eldecibel (dB) mide las potencias relativas de dos seales o de una seal en dos puntosdistintos. Observe que el dB es negativo si una seal se ha atenuado y positivo si una sealse ha amplificado.

dB=101og10(P2/P1)


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donde P1 y P2representan la potencia de la seal en los puntos 1 y 2.

Ejemplo 4.1

Imagine que la seal viaja a travs de un medio de transmisin y que su potencia se reducea la mitad. Esto significa que P2 = (1/2) P1 En este caso, la atenuacin (prdida de seal) sepuede calcular como

10 log|0(P2/P1) = 10 log10 (0.5 P2/P1) = 10 log10(0.5) = 10 (-0.3) = -3 dB

Se sabe que -3dB, o una prdida de 3 dB, es equivalente a perder la mitad de potencia.

Ejemplo 4.2

Imagine una seal que viaja a travs de un amplificador y cuya potencia se incrementa 10veces. Esto significa que P

2= 10 x P

1En este caso la amplificacin (ganancia) se puede

calcular como

10 logl0(P2/P1) = 10 log10(10 P2/P1) = 10 log10(10) = 10 (1) = 10 dB

Ejemplo 4.3

Una de las razones por la que se usan los decibeles para medir los cambios de potencia deuna seal es que los nmeros decibeles se pueden sumar (o restar) cuando se miden variospuntos en lugar de en dos (cascada). La figura 4.36 muestra una seal que viaja una largadistancia desde el punto 1 al punto 4. La seal est atenuada para cuando alcanza el punto2. Entre los puntos 2 y 3, se amplifica la seal. De nuevo, entre los puntos 3 y 4, la seal seatena. Se pueden obtener los dB resultantes para la seal sin ms que sumar los dBmedidos entre cada par de puntos.

Figura 4.36 Suma y resta de decibeles

En este caso, los decibeles se pueden calcular como

dB = -3 + 7 - 3 = + l

Lo que significa que la seal ha ganado potencia.


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4.3.1 Ruidos

Para cualquier dato transmitido, la seal recibida consistir en la seal transmitida modificada por

las distorsiones introducidas en la transmisin, adems de seales no deseadas que se insertarn eaalgn punto entre el emisor y el receptor. A estas ltimas seales no deseadas se les denominaruido. El ruido es el factor de mayor importancia de entre los que limitan las prestaciones de nasistema de comunicacin.

La seal de ruido se puede clasificar en cuatro categoras:

Ruido trmico. Ruidode intermodulacin. Diafona. Ruido impulsivo.

El ruido trmico se debe a la agitacin trmica de los electrones. Est presente en todos losdispositivos electrnicos y medios de transmisin; como su nombre indica, es funcin de latemperatura. El ruido trmico est uniformemente distribuido en el espectro de frecuenciasusado en los sistemas de comunicacin, es por esto por lo que a veces se denomina ruidoblanco. El ruido trmico no se puede eliminar y, por tanto, impone un lmite superior en lasprestaciones de los sistemas de comunicacin. Es especialmente daino en lascomunicaciones satelitales ya que, en estos sistemas, la seal recibida por las estacionesterrestres es muy dbil. En cualquier dispositivo o conductor, la cantidad de ruido trmicopresente en un ancho de banda de 1 Hz es

N0 = kT(W/Hz)donde

N0 = densidad de potencia del ruido, en vatios por 1 Hz de ancho de banda.K =constante de Boltzmann = 1,38 x 1(T23 J/K.T = temperatura absoluta, en grados Kelvin.

Ejemplo 4.4

A temperatura ambiente, es decir a T= 17 C, o 290 K, la densidad de potencia de ruido trmicoser:

No = (1.38 x 10-23) x 290 = 4 x 10-21 W/Hz = -204 dBW/Hz

Donde dBW corresponde a decibeles-watts.

Se supone que el ruido es independiente de la frecuencia. As pues, el ruido trmicopresente en un ancho de banda deB hz se puede expresar como

N = kTBo expresado en decibeles-watts,


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N = 101og k+ 101og T+ l0logB= - 228.6 dBW + 10 log T + 10 logB

Ejemplo 4.5

Dado un receptor con una temperatura efectiva de ruido de 294 K y un ancho de banda de10 MHz, el ruido trmico a la salida del receptor ser

N= -228.6 dBW + l0/log(294) + l0log 107= -228.6 + 24.7 + 70 = -133.9 dBW

Cuando seales de distintas frecuencias comparten el mismo medio de transmisin puedeproducirse ruido de intermodulacin. El efecto del ruido de intermodulacin es laaparicin de seales a frecuencias que sean suma o diferencia de las dos frecuenciasoriginales o mltiplos de stas. Por ejemplo, la mezcla de las seales de frecuencias f1 yf2puede producir energa a frecuencia f1 + f2. Estas componentes espreas podran interferircon otras componentes a frecuenciaf1 + f2.

El ruido de intermodulacin se produce cuando hay alguna no linealidad en el transmisor,en el receptor o en el sistema de transmisin. Idealmente, estos sistemas se comportancomo sistemas lineales; es decir, la salida es igual a la entrada multiplicada por unaconstante. Sin embargo, en cualquier sistema real, la salida es una funcin ms compleja dela entrada. El comportamiento no lineal puede aparecer debido al funcionamientoincorrecto de los sistemas o por sobrecargas producidas al utilizar seales con muchaenerga. Bajo estas circunstancias es cuando aparecen los trminos suma o diferencia nodeseados.

La diafona la ha podido experimentar todo aquel que al usar un telfono haya odo otraconversacin; se trata, en realidad, de un acoplamiento no deseado entre las lneas quetransportan las seales. Esto puede ocurrir por el acoplamiento elctrico entre cables depares cercanos o, en raras ocasiones, en lneas de cable coaxial que transporten variasseales. La diafona tambin puede aparecer cuando las seales no deseadas se captan enlas antenas de microondas; aunque stas se caracterizan por ser altamente direccionales, laenerga de las microondas se dispersa durante la transmisin. Generalmente, la diafona esdel mismo orden de magnitud (o inferior) que el ruido trmico. La figura 4.36 muestra elefecto del ruido sobre una seal.

4.3.2 Distorsin por retardoLa distorsin de retardo es un fenmeno debido a que la velocidad de propagacin de unaseal a travs de un medio guiado vara con la frecuencia. Para una seal limitada en banda,la velocidad tiende a ser mayor cerca de la frecuencia central y disminuye al acercarse a losextremos de la banda. Por tanto, las distintas componentes en frecuencia de la sealllegarn al receptor en instantes diferentes de tiempo, dando lugar a desplazamientos defase entre las diferentes frecuencias.


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Figura 4.38Distorsin por retardo

Este efecto se llama distorsin por retardo (Ver figura 4.38), ya que la seal recibida estdistorsionada debido al retardo variable que sufren sus componentes. La distorsin deretardo es particularmente crtica en la transmisin de datos digitales. Supngase que seest transmitiendo una secuencia de bits, utilizando una seal analgica o digital. Debido a

la distorsin de retardo, algunas de las componentes de la seal en un bit se desplazarnhacia otras posiciones, provocando interferencia entre smbolos. Este hecho es un factor (degran importancia) que limita la velocidad de transmisin mxima en un canal detransmisin. Para compensar la distorsin de retardo tambin se pueden emplear tcnicas deecualizacin.

4.3.3 Atenuacin

En cualquier medio de transmisin la energa de la seal decae con la distancia (Figura4.39). En medios guiados, esta reduccin de la energa es por lo general exponencial y, portanto, se expresa generalmente como un nmero constante en decibeles por unidad delongitud. En medios no guiados, la atenuacin es una funcin ms compleja de la distanciay es dependiente, a su vez, de las condiciones atmosfricas. Se pueden establecer tresconsideraciones respecto a la atenuacin. Primera, la seal recibida debe tener suficienteenerga para que la circuitera electrnica en el receptor pueda detectar la sealadecuadamente. Segunda, para ser recibida sin error, la seal debe conservar un nivelsuficientemente mayor que el ruido. Tercera, la atenuacin es habitualmente una funcincreciente de la frecuencia.

Figura 4.39Atenuacin


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Los dos primeros problemas se resuelven controlando la energa de la seal, para ello seusan amplificadores o repetidores. En un enlace punto a punto, la energa de la seal en eltransmisor debe ser lo suficientemente elevada como para que se reciba con inteligibilidad,

pero no tan elevada que sature la circuitera del transmisor o del receptor, lo que generarauna seal distorsionada. A partir de cierta distancia, la atenuacin es inaceptable, lo querequiere la utilizacin de repetidores o amplificadores que realcen la seal peridicamente.Este tipo de problemas son todava ms complejos en lneas multipunto, en las que ladistancia entre el transmisor y el receptor es variable.

El tercer problema es especialmente relevante para el caso de las seales analgicas.Debido a que la atenuacin vara en funcin de la frecuencia, la seal recibida estdistorsionada, reduciendo as la inteligibilidad. Para soslayar este problema, existentcnicas para ecualizar la atenuacin en una banda de frecuencias dada. En las lneastelefnicas esto se realiza cambiando las propiedades elctricas de la lnea, usandonormalmente bobinas de carga, las cuales suavizan los efectos de la atenuacin. Otraaproximacin alternativa es la utilizacin de amplificadores que amplifiquen ms lasfrecuencias altas que las bajas.

4.4 Efectos del ruido en las seales transmitidas (errores en la recepcin)Los ruidos antes descritos son de magnitud constante y razonablemente predecibles. Aspues, es posible idear un sistema de transmisin que les haga frente. Por el contrario, elruido impulsivo es no continuo y est constituido por pulsos o picos irregulares de cortaduracin y de amplitud relativamente grande. Se generan por una gran diversidad decausas, por ejemplo, por perturbaciones electromagnticas exteriores producidas portormentas atmosfricas o por fallos y defectos en los sistemas de comunicacin.

Generalmente, el ruido impulsivo no tiene mucha trascendencia para los datos analgicos.Por ejemplo, la transmisin de voz se puede perturbar mediante chasquidos o crujidoscortos, sin que ello implique prdida significativa de inteligibilidad. Sin embargo, el ruidoimpulsivo es una de las fuentes principales de error en la comunicacin digital de datos. Porejemplo, un pico de energa con duracin de 0.01 segundos no inutilizara datos de voz,pero podra corromper aproximadamente 560 bits si se transmitieran a 56 kbps. La figura4.36 muestra un ejemplo del efecto del ruido sobre una seal digital. Aqu el ruido consisteen un nivel relativamente pequeo de ruido trmico ms picos ocasionales de ruidoimpulsivo. Los datos digitales se recuperan muestreando la seal recibida una vez por cadaintervalo de duracin del bit. Como se puede observar, el ruido es a veces suficiente para

convertir un 1 en .un 0, o un 0 en un 1.

Capacidad del canal

Previamente se ha mencionado que hay una gran variedad de efectos nocivos quedistorsionan o corrompen la seal. Para los datos digitales, la cuestin a resolver es en qumedida estos defectos limitan la velocidad con la que se pueden transmitir. Se denominacapacidad del canal a la velocidad mxima a la que se pueden transmitir los datos en uncanal, o ruta de comunicacin de datos, bajo unas condiciones dadas.


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Hay cuatro conceptos en juego relacionados entre s, que son:

La velocidad de transmisin de los datos: velocidad, expresada en bits por segundo(bps), a la que se pueden transmitir los datos.

El ancho de banda: ancho de banda de la seal transmitida; ste estar limitado por eltransmisor y por la naturaleza del medio de transmisin; se mide en ciclos por segundoo hertz.

El ruido: nivel medio de ruido a travs del camino de transmisin. La tasa de errores: tasa a la que ocurren los errores. Se considera que ha habido un

error cuando se recibe un 1 habiendo transmitido un 0, o se recibe un 0 habiendotransmitido un 1.

El problema considerado aqu es el siguiente: los servicios de comunicaciones son por logeneral caros y, normalmente, cuanto mayor es el ancho de banda requerido por el servicio,mayor es el precio. Es ms, todos los canales de transmisin de inters prctico estn

limitados en banda. Las limitaciones surgen de las propiedades fsicas de los medios detransmisin o por limitaciones que se imponen deliberadamente en el transmisor paraprevenir interferencias con otras fuentes. Por consiguiente, es deseable hacer un uso taneficiente como sea posible del ancho de banda limitado. En el caso de los datos digitales,esto significa que dado un ancho de banda sera deseable conseguir la mayor velocidad dedatos posible no superando la tasa de errores permitida. El mayor inconveniente paraconseguir este objetivo es la existencia de ruido.

Ancho de banda de Nyquist

Para comenzar, considrese el caso de un canal exento de ruido. En este entorno, la

limitacin en la velocidad de los datos est impuesta simplemente por el ancho de banda dela seal. Nyquist formaliz esta limitacin, afirmando que si la velocidad de transmisin dela seal es 2B, entonces una seal con frecuencias no superiores a B es suficiente paratransportar esta velocidad de transmisin de la seal. Y viceversa: dado un ancho de bandaB, la mayor velocidad de transmisin de la seal que se puede conseguir es 2B. Estalimitacin est provocada por la interferencia entre smbolos que se produce por ladistorsin de retardo. Este resultado es de utilidad en el diseo de convertidores digital aanalgico.

Obsrvese que en el ltimo prrafo nos hemos referido a la velocidad de la seal. Si lasseales a transmitir son binarias (dos niveles de voltaje), la velocidad de transmisin de

datos que se puede conseguir conB Hz es igual a 2B bps. Por ejemplo, considrese un canalde voz que se utiliza mediante un mdem para transmitir datos digitales. Supngase unancho de banda de 3,100 Hz. Entonces, la capacidad Cdel canal es 2B = 6,200 bps. Noobstante, como se vio en el seccin 2.5 se pueden usar seales con ms de dos niveles; esdecir, cada elemento de seal puede representar a ms de dos bits. Por ejemplo, si se usauna seal con cuatro niveles de tensin, cada elemento de dicha seal podr representar dosbits. La formulacin de Nyquist para el caso de seales multinivel es

C = 2B log2M


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dondeMes el nmero de seales discretas o niveles de tensin. As pues, paraM= 8, valortpico que se usa en algunos mdem, la capacidad resulta ser 18,600 bps, siendo el ancho debanda igual a 3,100 Hz.

Por tanto, para un ancho de banda dado, la velocidad de transmisin de datos se puedeincrementar considerando un nmero mayor de seales diferentes. Sin embargo, estosupone una dificultad mayor en el receptor: en lugar de tener que distinguir una de entredos seales, deber distinguir una de entre Mposibles seales. El ruido y otras dificultadesen la lnea de transmisin limitarn el valor deM.

Frmula para la capacidad de Shannon

La frmula de Nyquist implica que al duplicar el ancho de banda se duplica la velocidad detransmisin, si todo lo dems se mantiene inalterado. Ahora establezcamos una relacinentre la velocidad de transmisin, el ruido y la tasa de errores. La presencia de ruido puedecorromper uno o ms bits. Si se aumenta la velocidad de transmisin, el bit se hace mscorto , de tal manera que dado un patrn de ruido, ste afectar a un mayor nmero de

bits. As pues, dado un nivel de ruido, cuanto mayor es la velocidad de transmisin, mayores la tasa de errores.

Figura 4.40 Efecto del ruido en una seal digital


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La figura 4.40 ilustra esta relacin. Si se incrementa la velocidad de transmisin de losdatos, entonces habr ms bits durante el intervalo de duracin del ruido y, por tanto, habrun mayor nmero de errores.

Todos estos conceptos se han relacionado en la frmula desarrollada por el matemticoClaude Shannon. Como se ha comentado, cuanto mayor es la velocidad de transmisin,mayor es el dao que puede ocasionar el ruido. Dado un nivel de ruido, es de esperar queincrementando la energa de la seal se mejorara la recepcin de datos en presencia deruido. Un parmetro fundamental en el desarrollo de este razonamiento es la relacin seal-ruido (SNR, o S/N), que se define como el cociente de la potencia de la seal entre lapotencia del ruido presente en un punto determinado en el medio de transmisin.Generalmente, este cociente se mide en el receptor, ya que es aqu donde se realiza elprocesado de la seal y la eliminacin del ruido no deseado. Por cuestiones de comodidad,la SNR se expresa en decibeles:

potencia de la sealSNRdB = l0log10

potencia del ruidoEsta expresin muestra, en decibeles, cunto excede la seal al nivel de ruido. Una SNRalta significar una seal de alta calidad y, por tanto, la necesidad de un nmero reducidode repetidores.La relacin seal-ruido es importante en la transmisin de datos digitales, ya que stadetermina la mxima velocidad de transmisin que se puede conseguir. Una conclusin deShannon es que la capacidad mxima del canal, en bits por segundo, verifica la ecuacin

C=B log2 (l + SNR)

donde Ces la capacidad del canal en bits por segundo yB es el ancho de banda del canal enhertz. La frmula de Shannon representa el mximo lmite terico que se puede conseguir.Sin embargo, en la prctica, se consiguen velocidades mucho menores. Una razn para estoreside en el hecho de que la frmula anterior supone ruido blanco (ruido trmico). Adems,no se han tenido en cuenta el ruido impulsivo, la distorsin de atenuacin o la distorsin deretardo.

La capacidad, tal y como se ha calculado en la frmula precedente, se denomina capacidadlibre de errores. Shannon prob que si la velocidad de informacin real en el canal esmenor que la capacidad libre de errores, entonces es tericamente posible encontrar unacodificacin de la seal que consiga una transmisin exenta de errores a travs del canal.Desafortunadamente, el teorema de Shannon no sugiere la manera de encontrar dichocdigo, pero proporciona un criterio de referencia con el que se pueden comparar lasprestaciones de los esquemas de comunicacin reales.

Pueden ser instructivas otras consideraciones adicionales que se deducen a partir de laecuacin anterior. Para un nivel de ruido dado, podra parecer que la velocidad detransmisin se puede aumentar incrementando tanto la energa de la seal como el ancho debanda. Sin embargo, al aumentar la energa de la seal, tambin lo hacen las no linealidadesdel sistema, dando lugar a un aumento del ruido de intermodulacin. Obsrvese igualmente


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que, como el ruido se ha supuesto blanco, cuanto mayor sea el ancho de banda, ms ruidose introducir en el sistema. Por tanto, cuandoB aumenta, la SNR disminuye.

Ejemplo 4.6

En este ejemplo se relacionan las formulaciones de Shannon y Nyquist. Supngase que elespectro de un canal est situado entre 3 MHz y 4 MHz y que la SNRdB = 24 dB. En estecaso,

B = 4 MHz - 3 MHz = 1 MHzSNRdB = 24 dB = 101og10(SNR)

SNR = 251

Usando la frmula de Shannon se tiene que

C= 106 x log2(l + 251) 106 x 8 = 8 Mbps

Este es, como ya se ha mencionado, un lmite terico difcil de alcanzar. No obstante,supngase que este lmite se puede alcanzar. Segn la frmula de Nyquist, cuntos nivelesde sealizacin se necesitarn? Se tiene que

C= 2B log2M8 x 106 = 2 x (106) x log2M

4 = log2MM= 16

4.5 Mecanismos para la deteccin de erroresLas redes deben ser capaces de transferir datos desde un dispositivo a otro con unaexactitud total. Un sistema que no puede garantizar que los datos recibidos de undispositivo son idnticos a los transmitidos por otro es esencialmente intil. Sin embargo,siempre que se transmiten datos de un origen a un destino, se pueden corromper por elcamino. De hecho, es ms probable que buena parte del mensaje se vea alterado en eltrnsito que todos los contenidos lleguen intactos. Muchos factores, incluyendo el ruido dela lnea, pueden alterar o eliminar uno o ms bits de una unidad de datos determinada. Lossistemas fiables deben tener mecanismos para detectar y corregir tales errores.La deteccin y correccin de errores se implementa bien a nivel de enlace de datos o a nivel

de transporte del modelo OSI.

Tipos de errores

Siempre que una seal electromagntica fluye de un punto a otro, est sujeta ainterferencias impredecibles debidas al calor, el magnetismo y diversas formas deelectricidad. Esta interferencia puede cambiar la forma o la temporizacin de la seal. Si laseal transporta datos binarios codificados, tales cambios pueden alterar el significado delos datos. Cuando existe un error de bit, se cambia un 0 por un 1 o un 1 por un 0. En un


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error de rfaga, se cambian mltiples bits. Por ejemplo, una rfaga de ruido de impulso de0.01 segundo en una transmisin con una tasa de datos de 1,200 bps podra cambiar todos oparte de 12 bits de informacin (vase la figura 4.41)

Figura 4.41 Tipos de errores

Error de bit

El trmino error de bit significa que nicamente un bit de una unidad de datosdeterminada (tal como byte, carcter, unidad de datos o paquete) cambia de 1 a 0 o de 0 a 1.

Figura 4.42 Error de bit

La figura 4.42 muestra el efecto de un error de bit de una unidad de datos. Para comprenderel impacto de este cambio, imagine que cada grupo de 8 bits es un carcter ASCII con un 0aadido a la izquierda. En la figura, se ha enviado el carcter 00000010 (ASCII STX), queindica comienzo del texto, pero se ha recibido 00001010 (ASCII LF), que significa salto delnea.

Los errores en un nico bit son el tipo de error menos probable en una transmisin de datosen serie. Para ver por qu, imagine que un emisor enva datos a 1 Mbps. Esto significa que

cada bit dura nicamente 1/1,000,000 segundos, o 1 s. Para que ocurra un error de bit, elruido debe tener una duracin de solo 1 s, lo que es muy raro; normalmente el ruido duramucho ms que esto.

Sin embargo, puede ocurrir un error de bit si se estn enviando datos usando transmisinparalela. Por ejemplo, si se usan ocho cables para enviar los ocho bit de un byte al mismotiempo y uno de los cables es ruidoso, se puede corromper un bit de cada byte. Por ejemplo,piense en la transmisin paralela existente dentro de una computadora, entre la CPU y lamemoria.


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Error de rfaga

El trmino error de rfaga significa que dos o ms bits de la unidad de datos hancambiado de 1 a 0 o de 0 a 1.

Figura 4.43 Error de rfaga de longitud cinco

La figura 4.43 muestra el efecto de un error de rfaga sobre una unidad de datos. En estecaso, se ha enviado 0100010001000011, pero se ha recibido 0101110101000011. Observeque un error de rfaga no significa necesariamente que los errores se produzcan en bitsconsecutivos. La longitud de la rfaga se mide desde el primero hasta el ltimo bit correcto.Algunos bits intermedios pueden no ser corruptos. La presencia de errores de rfaga es msprobable en las transmisiones serie. La duracin del ruido es normalmente mayor que laduracin de un bit, lo que significa que cuando el ruido afecta a los datos, afecta a unconjunto de bits. El nmero de bits afectados depende de la tasa de datos y la duracin delruido. Por ejemplo, si se est enviando datos a 1 Kbps, un ruido de 1/100 segundos puede

afectar a 10 bits; si se envan datos a 1 Mbps, el mismo ruido podran afectar a 10,000 bits.

Deteccin de errores

Incluso si se conoce qu tipo de errores pueden existir, seremos capaces de reconocer unocuando lo veamos? Si existe una copia de lo que se quera transmitir para poder comparar,por supuesto que seramos capaces. Pero, qu ocurre si no tenemos una copia del original?En ese caso no hay forma de saber si se ha recibido un error hasta que se ha decodificado latransmisin y se ve que no tiene sentido. Que una mquina comprobara los errores de estaforma sera lento, costoso y de un valor cuestionable. No es necesario tener un sistema en elcual las computadoras decodifiquen todo lo que llega, luego se sienten decidiendo si el

emisor realmente quera usar la palabra glbrshnifen medio de un conjunto de estadsticasdel tiempo. Lo que necesitamos es un mecanismo que sea sencillo y completamenteobjetivo.

Redundancia

Un mecanismo de deteccin de errores que satisfara estos requisitos sera enviar dosveces cada unidad de datos. El dispositivo receptor sera entonces capaz de hacer unacomparacin bit a bit entre ambas versiones de los datos. Cualquier discrepancia indicara


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un error y se podra corregir mediante un mecanismo apropiado. Este sistema seracompletamente exacto (las probabilidades de introducir errores exactamente en los mismosbits de ambas copias seran infinitesimalmente pequeas), pero tambin serainsoportablemente lento. No solamente se doblara el tiempo necesario para la transmisin,

sino que adems habra que aadir el tiempo necesario para comparar cada unidad bit a bit.El concepto de inclusin de informacin extra en la transmisin con el nico propsito decomparar es bueno. Pero en lugar de repetir todo el flujo de datos, se puede aadir un grupoms pequeo de bits al final de cada unidad. Esta tcnica se denomina redundancia porquelos bits extra son redundantes a la informacin; se descartan tan pronto como se ha com-probado la exactitud de la transmisin.

Figura 4.44Bits de redundancia

La figura 4.44 muestra el proceso de uso de los bits redundantes para comprobar la exac-titud de una unidad de datos. Una vez que se ha generado el flujo de datos, se pasa a travsde un dispositivo que lo analiza y le aade un cdigo redundante codificadoapropiadamente. La unidad de datos, ahora alargada con varios bits (siete en la ilustracin)viaja por el enlace hasta el receptor. El receptor pasa todo el flujo a travs de una funcinde comprobacin. Si el flujo de bits recibido pasa los criterios de comprobacin, la porcinde datos de la unidad de datos se acepta y los bits redundantes son descartados.

Figura 4.45 Mtodos de deteccin de errores


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En las comunicaciones de datos se usan cuatro tipos de comprobaciones de redundancia:verificacin de redundancia vertical (VRC, vertical redundancy check) (tambin llamadaverificacin de paridad), verificacin de redundancia longitudinal (LRC, longitudinalredundancy check), verificacin de redundancia cclica (CRC, cyclic redundancy check) y

suma de comprobacin (checksum). Las tres primeras, VRC, LRC y CRC se imple-mentanhabitualmente en el nivel fsico para que se puedan usar en el enlace de datos. La cuarta, lasuma de comprobacin, se usa principalmente en los niveles ms altos (vase la figura4.45).

4.5.1 Verificacin de redundancia vertical (VRC)

El mecanismo de deteccin de errores ms frecuente y ms barato es la verificacin deredundancia vertical (VRC), denominada a menudo verificacin de paridad. En estatcnica, se aade un bit de redundancia, denominado bit de paridad, al final de cadaunidad de datos de forma que el nmero total de unos en la unidad (incluyendo el bit deparidad) sea par.

Figura 4.46 Concepto de VRC con paridad par

Suponga que se quiere transmitir la unidad de datos binarios 1100001 [ASCII a (97)]; vea;la figura 4.46. Si se suma el nmero de unos se obtiene 3, un nmero impar. Antes detransmitir se pasa la unidad de datos a travs de un generador de paridad. El generador de

paridad cuenta los unos y aade el bit de paridad (un 1 en este caso) al final. El nmerototal de unos es ahora 4, un nmero par. A continuacin el sistema transmite la unidadexpandida completa a travs del enlace de red. Cuando alcanza el destino, el receptor pasalos 8 bits a travs de una funcin de verificacin de paridad par. Si el receptor ve11100001, cuenta cuatro unos, un nmero par, y la unidad pasa la comprobacin. Pero quocurre si la unidad de datos ha sufrido daos en el transito Qu ocurre si en lugar derecibir 11100001 el receptor ve 11100101? En ese caso, cuando el comprobador de paridadcuenta los unos obtiene cinco, un nmero impar. El receptor sabe que en alguna parte se haproducido un error en los datos y por tanto rechaza la unidad completa.


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Observe que en, aras a la simplicidad, se est hablando nicamente de la verificacin deparidad par, donde el nmero de unos debera ser un nmero par. Algunos sistemas podranusar verificacin de parida

captulo 4_medios de trans mi sin y perturbaciones

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