Capítulo 3 Señales y cables

Objetivos de aprendizaje

• Entender los fundamentos de la transmisión de señal

• Entender las características eléctricas de los cables

• Aprender sobre teoría óptica

• Aprendizaje básica sobre teoría inalámbrica

• Aprender sobre señales en redes

• Aprender sobre señales de ancho de banda y de Backbone

Señales

• Señales eléctricas - La transmisión es alcanzada representando datos como los pulsos eléctricos en el cable de cobre

• Señales ópticas - La transmisión es alcanzada convirtiendo las señales eléctricas en pulsos de luz

• Señales inalámbricas - La transmisión es alcanzada usando infrarrojo, microonda, o las ondas de radio a través del espacio

Señales Eléctricas en el cable de cobre

Los instaladores deben tener cuidados excepcionales al instalar cable de cobre:

• Un cable que se termina incorrectamente no puede transferir toda la energía del cable al siguiente circuito

• Un cable colocado cerca de fuentes de ruido eléctrico o de ruido de radio puede actuar como antena, introduciendo señales perdidas que compiten con la información que va por el cable

Señales ópticas

Hay dos maneras de transportar una señal usando la luz como el medio de la transmisión:

• Fibra óptica - Las señales ópticas se propagan por tubos de cristal llamados fibra-óptica

•  Espacio libre óptico - Las comunicaciones ópticas de espacio libre toman a veces el lugar a través de microonda o de otros sistemas de la transmisión del punto a punto

Señales inalámbricas

• Inalámbrica es un término usado para describir las comunicaciones en las cuales las ondas electromagnéticas llevan las señales

• Los espectros inalámbricos tienen tres medios distintos de la transmisión:

• Onda ligera

• Radio o microondas • Acústicas (ultrasonido)

Distorsión y degradación de la señal

• Las señales que alcanzan el otro extremo del cable deben asemejarse tanto cuanto sea posible a las que entraron en el cable

• Uno de los obstáculos más grandes para una señal es el esfuerzo que lleva el paso a través del cable mismo. Esto se llama resistencia. La resistencia tiende a disminuir la fuerza de una señal

• Otra causa de la distorsión y de la degradación es el ruido. El ruido es causado por las señales, la radio o las ondas eléctrica de microondas, o de señales en los cables adyacentes

Atenuación

• La atenuación es un término general que refiere a cualquier reducción en la fuerza de una señal

• A veces llamada pérdida, la atenuación es una consecuencia natural de las largas distancias de la transmisión de la señal

• La atenuación puede afectar una red puesto que limita la longitud del cableado de la red

Ruido

• El ruido es la energía eléctrica, electromagnética, o de radiofrecuencia indeseada que puede degradar y distorsionar la calidad de la señal y de las comunicaciones de todo tipo

Ejemplo de ruido

• Una señal digital bien definida [1] no alcanza siempre su destinación sin un cierto cambio. El ruido eléctrico [2] puede ocurrir en la línea

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Ejemplo de ruido

• Cuando las dos señales se combinan en una nueva señal [1]. La señal clara original se puede interpretar incorrectamente por el dispositivo de recepción [2]

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Interferencia

• La interferencia ocurre cuando las señales a partir de un cable adyacente se escapa. La interferencia ocurre con frecuencia en el punto donde esta el conector del cable. Esto se conoce como interferencia del extremo cercano (NEXT). Si el cable esta demasiado destrenzado, las señales irradian en otros pares

EMI y RFI

• Cualquier dispositivo o sistema que generen un campo electromagnético tiene el potencial de interrumpir la operación de los componentes electrónicos, de dispositivos, y de sistemas en su entorno. Este fenómeno es interferencia electromagnética o EMI

• Cualquier dispositivo o sistema que funcionen radiofrecuencias excesivas tiene el potencial de interrumpir la operación de los componentes electrónicos, de dispositivos, y de sistemas. Este fenómeno es interferencia de radiofrecuencia o IRF

Líneas de corriente alterna, tierra y ruido

• La electricidad es llevada a las aplicaciones y a las máquinas por los cables ocultos en paredes, pisos, y techos. Por lo tanto, dentro de estos edificios, el ruido de las líneas de corriente alterna está en todo el edificio. Si no lo tratamos correctamente, puede causar problemas para una red

• Puesto que hay un acoplamiento entre la tierra de la referencia de la señal y la tierra de la energía, los problemas con la tierra pueden conducir a interferencia con el sistema de datos

Otras pérdidas

• Pérdidas en Fibra óptica - Las señales ópticas son susceptibles a las pérdidas cuando partículas pequeñas están atrapadas dentro del cristal

• Pérdidas de conector- Un conector une dos cables. Puesto que la señal tiene que pasar a partir de un cable a otro, si el conector no se hace correctamente, la señal puede perderse

• Pérdidas inalámbricas - Las pérdidas inalámbricas se pueden causar por el vapor de agua, el clima, o las partículas suspendidas en el aire

Voltaje

• Voltaje, se refiere a veces como fuerza electromotriz (EMF), una fuerza eléctrica basada en desequilibrio de la carga

• Voltaje es representado por la letra "V," y algunas veces por la letra "E," para la fuerza electromotriz

• La unidad de medida para el voltaje es voltio (v), y se define, como la cantidad de trabajo o de energía, por unidad de cambio

Corriente

• La corriente es el flujo de cargas que se generan cuando los electrones se mueven

• La letra “I” representa la corriente que por definición fluye de positivo a negativo

• La unidad de medida para la corriente es el amperio (amp), y es representada por la letra “A”

Resistencia

• La resistencia es la oposición al movimiento de los electrones en los materiales a través de los cuales los flujos actuan

• La letra "R" representa a la resistencia

• La unidad de medida para la resistencia es el ohm (Ω )

La corriente causa

La corriente fluye de áreas de una densidad más alta de cargas a las áreas de una densidad más baja de cargas, por una descarga o una chispa o sobre un conductor

La ley de Ohm

• La ley del ohm muestra la relación entre voltios (unidad de medida para el voltaje) (E), ohmios (unidad de medida para la resistencia) de (R), y amperios (unidad de medida para la corriente) de (I)

E = I * R

I = E / R

R = E / I

Energía

•La energía se mide en vatios. Un vatio se define como un voltio por un amperio

• Energia = Corriente (en amps) por voltaje (en volts)

• P = I (Corriente) *E (Voltaje)

•Un secador de pelo de 110 voltios a una potencia de 1100 VA (vatios) emplea una corriente de 10 amperios

•Una lámpara de 100 vatios genera una corriente de aproximadamente 1 amperio (suponiendo que la alimentación eléctrica opera a 110 voltios).

El Decibel (dB)

• Los decibeles describen las relaciones entre dos fuentes de energía.

• La unidad básica es el belio, que describe la diferencia en fuerza entre las fuentes cuando uno es diez veces la energía del otro

• El belio es demasiado grande para usarlo en la práctica, por eso, en lugar de éste, se utiliza una unidad de un décimo de su tamaño. Esta unidad es el deci (un décimo) belio o decibel.

dB Valores

•1 dB = 1,26 por la pérdida o la ganancia de potencia

•3 dB = 2 por la pérdida o la ganancia de potencia

•6 dB = 4 por la pérdida o la ganancia de potencia

•10 dB = 10 por la pérdida o la ganancia de potencia

•20 dB = 100 por la pérdida o la ganancia de potencia

Corriente y Magnetismo

• Cuando la corriente fluye, emanan campos magnéticos de los conductores.

• De la misma manera, cuando un campo magnético en movimiento atraviesa un cable, genera voltaje en ese cable.

• Estos campos siempre acompañan a un flujo de electrones

• Los campos se vuelven más grandes o más pequeños a medida que la fuerza de la corriente cambia

Inductancia

• Un campo eléctrico que forma alrededor de un cable se llama inductancia

• los efectos de la inductancia que se asemejan a los de una resistencia se denominan reactancia inductiva.

• La inductancia se mide en unidades denominadas Henries (H).

Capacitancia

• Cuando dos conductores cercanos pero separados por algún tipo de aislante, el movimiento de las cargas de uno de los conductores puede causar el movimiento correspondiente de las cargas del otro. Este efecto se denomina capacitancia.

• La capacitancia se mide en unidades denominadas faradios (F).

Efecto Kelvin de la corriente alterna

• Cuanto hay mayor frecuencia, menos viaja la corriente por el centro del conductor.

• Por el contrario, la corriente migra hacia la circunferencia, o borde externo.

• Cuando las frecuencias son muy altas, el efecto Kelvin es tan pronunciado que los cables, a veces, ni siquiera se usan.

• El efecto pelicular es un efecto eléctrico muy curioso. Se da únicamente en corriente alterna, y consiste en que la densidad de corriente se da principalmente por el exterior del conductor.En corriente continua, la densidad de corriente es similar en todo el conductor (figura a), pero en corriente alterna se observa que hay una mayor densidad de corriente en la superficie que en el centro (figura b). Este fenómeno se conoce como efecto pelicular, efecto skin o efecto Kelvin. Hace que la resistencia efectiva o de corriente alterna sea mayor que la resistencia óhmica o de corriente continua.

•

Corriente Directa (CD)

• La Corriente Directa (CD) es el flujo o el movimiento unidireccional de electrones

• En un circuito de la C.D., los electrones emergen del polo negativo y se mueven hacia el polo positivo

Electricidad Estática

• La electricidad estática ocurre cuando los electrones que están en descanso repentinamente saltan a un conductor

• Cuando hay descargas de electricidad estática en el ambiente electrónico de cables y de red. Se llaman la descarga electrostática (ESD)

• ESD puede dañar o destruir componentes electrónicos sensibles

• Parte de un buen cableado de red incluye tomar medidas para prevenir la ocurrencia de ESD

Señales Análogas

Señales Digitales

Efectos de la construcción de un Cable

Efectos de la construcción de un Cable

• El grosor del conductor determina cuánta corriente puede transportar.

• La capacidad de transmisión de señales también se ve afectada por la capacitancia del cable.

• Los cambios en el diámetro central o las imperfecciones en la construcción pueden causar diferencias de impedancia.

• los componentes químicos del aislante determinan en forma directa la cantidad de voltaje que puede transportar el cable

La Importancia de la conexión a tierra

• Una conexión a tierra es una vía a la tierra.

• La conexión a tierra es importante para los equipos eléctricos. Ésta protege al usuario y a los equipos contra descargas eléctricas.

• Los voltajes desviados pueden transmitir electricidad de manera invisible a un gabinete o a un marco de metal, y una persona puede tocar el punto peligroso.

• Si dos equipos están conectados entre sí, la corriente puede fluir gracias a las diferencias en la conexión a tierra. Esto se denomina bucle de conexión a tierra

Problemas de conexión a tierra

• Los edificios grandes, por lo general, necesitan más de una conexión a tierra.

• Las conexiones a tierra separadas dentro de un mismo edificio también pueden variar. Esto significa que realmente puede haber voltaje en un cable a tierra.

Tierra del edificio

• Los elementos de conexión a tierra de un sistema de telecomunicaciones se declara en el estándar 607 de TIA/EIA “los requisitos comerciales el poner a tierra y de vinculación del edificio para las telecomunicaciones”

• El sistema de conexión y unión a tierra para telecomunicaciones probablemente se conectará al sistema de conexión a tierra del edificio en varios puntos, pero seguramente se conectará cerca del sistema de electrodos a tierra del edificio.

• Este conductor de la vinculación termina en la barra de distribución que pone a la tierra principal (TMGB)

Sistema de conexión a tierra para telecomunicaciones

• La TMGB está ubicada en la instalación de ingreso para telecomunicaciones, que es el lugar por donde el cableado telefónico ingresa al edificio.

• Cada sala de telecomunicaciones en todo el edificio se conecta a la TMGB por una red de cables de conexión a tierra denominada backbone de unión a tierra para telecomunicaciones (TBB)

Vinculación a tierra

• En cada sala de telecomunicaciones, hay una versión más pequeña de la TMGB, denominada barra de conexión a tierra para telecomunicaciones (TGB)

• La TGB sirve como punto local para conectar a tierra todo lo que sea necesario. También se puede conectar a elementos de la estructura del edificio, como vigas.

Equipos de protección en el punto de demarcación DEMARC

Refracción

• La refracción es la desviación de la luz. Se produce cuando la luz se encuentra con determinadas sustancias, como el aire, el agua y el vidrio.

Índice de refracción

• El índice de refracción es una propiedad de los materiales ópticos que se relaciona con la velocidad de la luz en el material. Este índice se calcula dividiendo la velocidad de la luz al pasar por un material específico por la velocidad de la luz en el espacio.

• Cada tipo de material posee un índice de refracción diferente.

Transmisiones inalámbricas

• Inalámbricas es un término usado para describir las comunicaciones en las cuales las ondas electromagnéticas llevan señales

• Las señales en forma de longitudes de onda viajan por el espacio. Antes de la transmisión, las ondas se modulan, es decir, se codifican con la información que se transmite, realizando pequeños cambios en las ondas.

Antenas Inalámbricas

Ancho de banda

El ancho de banda es el ancho de una banda de frecuencias electromagnéticas. Se utiliza para describir:

• la velocidad de los datos en una vía de transmisión determinada

• El rango de frecuencias que ocupa la señal en un medio determinado.

• Para dispositivos digitales, el ancho de banda es usualmente expresado en bits por segundos (bps) o bytes por segundos (Bps)

• los dispositivos analógicos, el ancho de banda se expresa en ciclos por segundo o hertz (Hz).

Telefonía

• La telefonía a la ciencia de convertir sonido en señales eléctricas, transmitiéndolas al destino correcto, y luego convertiéndolas nuevamente en sonido.

• Este término también se emplea con frecuencia para referirse al hardware y al software de computadoras que ejecutan funciones tradicionalmente ejecutadas por equipos de telefonía

Modems

• Una línea telefónica puede ser usada para enviar datos, pero es necesario convertir las señales digitales en señales análogas para que el circuito telefónico pueda trabajar

• El módem convierte los niveles de alto y bajo voltaje de una señal digital en alta y baja frecuencia de una señal analógica. Este proceso se denomina modulación. El proceso inverso tiene lugar en el extremo receptor. La señal analógica se demodula de vuelta a las señales digitales.

Banda base

• El término banda base describe un sistema de comunicaciones en el que los medios transportan una señal sola.

• Esa señal puede tener muchos componentes, pero desde el punto de vista del cable o la fibra, hay una sola señal.

Notación Base X

• La anotación para las redes de banda base es xBasey, donde la x corresponde a la velocidad de la transmisión, o ancho de banda, y la y representa el tipo de medio.

Ejemplos:

• 10BASE-T (Usa cable par trenzado, 100 m de largo máximo por segmento)

• 100BASE-FX (cable de fibra óptica de dos hebras)

• 10BASE5 (Usa thicknet, 500 m de largo máximo por segmento)

Banda Ancha

• La banda ancha también describe un tipo de transmisión de datos en la que un solo medio (fibra o cable) puede transportar varios canales por vez

DOCSIS

• Para evitar que haya excesiva competencia de tecnologías para la transmisión de datos por cable, las grandes compañías de cable y varios fabricantes acordaron de antemano estándares para desarrollar sus sistemas.

• El objetivo era crear especificaciones de interfaces para productos de redes de datos sobre TV por cable, que sean estándar y cuya operación pudiera interrelacionarse.

• Habitualmente, estos documentos se conocen como Especificaciones de interfaz de datos sobre servicio de cable (DOCSIS).

DSL

ISDN

• El ISDN puede llevar una variedad de señales de tráfico de usuario

• El ISDN proporciona el acceso a vídeo digital, datos con conmutador de circuito, y a los servicios de red de teléfono usando la red de teléfono normal, con conmutador de circuito

• El ISDN ofrece una disposición de llamada mucho más rápida que las conexiones por módem porque utiliza un canal “fuera de banda” para el control de la llamada

Sistemas de Portadora-T y Portadora-E

SONET

• SONET es el acrónimo de Red óptica sincrónica.

• SONET es una serie de normas diseñadas para ayudar a distintos proveedores de servicios de alta velocidad a interconectarse, garantizando velocidades de datos uniformes.

• SONET define una velocidad base de 51.84 Mbps y un conjunto múltiple de velocidades base conocido como niveles de portadora óptica (OC-x).

ATM

• El modo de transferencia asincrónica (ATM) es una tecnología de conmutación de alto rendimiento que organiza los datos digitales en unidades de 53 bytes llamadas células.

• Todas las células tienen el mismo tamaño, lo que significa que cada operación de conmutación es igual a la siguiente

• ATM opera ya sea a 155.520 Mbps o a 622.080 Mbps empleando velocidades y frecuencias estándares.