“diseÑo de mapeador de cable utp y medidor de …

“DISEÑO DE MAPEADOR DE CABLE UTP Y MEDIDOR DE ATENUACIÓN BASADO

EN DSP’s”

T E S I S

QUE PARA OBTENER EL GRADO DE MAESTRO EN CIENCIAS EN INGENIERIA EN TELECOMUNICACIONES

PRESENTA

MARCOS PAREDES FARRERA

Dirigida por: Dr. Rafael Sánchez López Dr. Vladislav Kravchenko

México D.F Septiembre del 2000

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica

Unidad Profesional Adolfo López Mateos (Zacatenco) Sección de Estudios de Postgrado e Investigación

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Instituto Politécnico Nacional Sección de Estudios de Postgrado e Investigación

ESIME

Diseño de Mapeador de Cable UTP y Medidor de Atenuación Basado en DSP’s

Los conceptos físicos son

creaciones libres del espíritu humano y no son, como podría parecer, determinados exclusivamente por el mundo exterior. En nuestro esfuerzo por comprender la realidad nos parecemos a un hombre que trata de comprender el mecanismo de un reloj que está cerrado. Él ve la esfera y el movimiento de las manecillas, oye el tic-tac, pero no tiene la posibilidad de ver el interior. Si es ingenioso se formará una idea de un mecanismo que podría responder a todas sus observaciones, pero nunca estará del todo seguro de que su representación sea la única que

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explica el fenómeno, y nunca podrá confrontar su imagen con el mecanismo real; ni siquiera concibe que tal confrontación podría tener, posiblemente, un sentido.

Albert Einstein (1879-1955)

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Dedicatoria

A mis Padres: Gracias por el apoyo, cariño y confianza durante todo este tiempo.

A mi Tía Alicia gracias por tu apoyo durante toda la carrera.

A mi abuelita Adelaida gracias por sus consejos y aliento.

A mi abuelito Juan y mis padrinos Rafaela y José García con las que inicie esta

aventura pero no pudieron estar conmigo para poder compartir este momento.

A mis hermanos Alejandro, Melchor, Ezequiel, Mayra y Erick; este logro es mucho mas

grande en compañía de ustedes.

A mi amigo Jorge Fabio de León López por su amistad sincera.

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ESIME


Agradecimientos A la sección de estudios de Postgrado e Investigación de la Escuela Superior de

Ingeniería Mecánica y Eléctrica del Instituto Politécnico Nacional.

A la Dirección de Computo y Comunicaciones por el apoyo, principalmente al

departamento de conectividad y telefonía.

Al Dr. Guillermo Urriolagoitia, por sus enseñanzas en el campo de la investigación.

Al Ing. Francisco Javier Vázquez Gracias por su amistad y apoyo.

Al Dr. Rafael Sánchez López por la ayuda y experiencia compartida en este trabajo.

Un reconocimiento a las secciones de Mecánica y Telecomunicaciones por todo el apoyo

recibido.

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INDICE

INDICE ...................................................................................................................VI

GLOSARIO ............................................................................................................ IX

ABSTRACT..........................................................................................................XIII

RESUMEN .......................................................................................................... XIV

OBJETIVO ........................................................................................................... XV

JUSTIFICACIÓN.................................................................................................. XV

CAPITULO 1 “INTRODUCCIÓN”........................................................................... 1 1.1 Antecedentes ........................................................................................................................... 1 1.2 Estructura de la Tesis .............................................................................................................. 2

CAPITULO 2 “ESTADO DEL ARTE”..................................................................... 4 2.1 Antecedentes del Cable de Par Trenzado. .............................................................................. 4 2.2 Sistema de Cableado Estructurado y la Norma EIA/TIA 568 .................................................. 9

2.2.1 Historia de la Norma EIA/TIA 568.................................................................................... 9 2.2.2 Sistema de Cableado Estructurado (SCE). ................................................................... 12 2.2.3 Elementos que Componen un SCE.............................................................................. 24 2.2.4 Medios de Transmisión................................................................................................. 25 2.2.5 Tipos de Cable Utilizados en un SCE.......................................................................... 26

2.3 Cable de Par Trenzado .......................................................................................................... 32 2.3.1 Par Trenzado Blindado ................................................................................................. 33 2.3.2 Cable de Par Trenzado sin Blindar. ............................................................................... 33

2.4 Estado del Arte de las Pruebas y Mediciones para el Cable UTP......................................... 36 2.4.1 Norma TSB-67 ............................................................................................................... 36 2.4.2 Pruebas y Mediciones que se realizan al Cable UTP.................................................... 38

2.5 Mapeo del Cable UTP............................................................................................................ 41 2.6 Medición de la Atenuación en el Cable UTP ......................................................................... 42

CAPITULO 3 “FUNDAMENTOS TEÓRICOS” ..................................................... 44

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3.1 Prueba del estado de los pares ............................................................................................. 44 3.1.1 Historia del álgebra Booleana........................................................................................ 45 3.1.2 Teoremas básicos y propiedades del álgebra booleana ............................................... 46 3.1.3 Diagramas de Veen ....................................................................................................... 50

3.2 Conclusiones.......................................................................................................................... 51

CAPITULO 4 “METODOLOGÍA DE ANÁLISIS DEL MAPEO EN EL CABLE UTP” ..................................................................................................................... 52

4.1 Introducción............................................................................................................................ 52 4.2 Identificación de los Principales Estados a Probar. ............................................................... 52 4.3 Metodología Utilizada Para la Detección de Cada Estado. .................................................. 54

4.3.1 Detección de las Fallas en un Solo Par........................................................................ 56 4.3.2 Detección de Fallas en Todos los Pares. ...................................................................... 59

4.4 Diseño de un Sistema Para la Revisión de los Pares en el Cable UTP................................ 63 4.4.1 Procesos que Realiza el Probador ................................................................................ 63 4.4.2 Diagrama a Bloques del Hardware ................................................................................ 66 4.4.3 Diseño del Sistema Basado en la Máquina de Estado Algorítmico (ASM) ................... 69 4.4.4 Diseño del Circuito Digital del Probador de Cable UTP ................................................ 76 4.4.5 Propuesta de Diseño del Probador con DSP’s.............................................................. 85

CAPITULO 5 “MEDICIÓN DE LA ATENUACIÓN” .............................................. 88 5.1 Modelo de la Línea de Transmisión como un Sistema Lineal determinada por la Función de

Transferencia..................................................................................................................................... 88 5.2 Obtención de la Función de Transferencia Utilizando Diferentes Señales de Excitación.... 92

5.2.1 Obtención de la Función de Transferencia Utilizando la Función Impulso.................... 93 5.2.2 Obtención de la Función de Transferencia Utilizando la Función “ Sampling”.............. 94 5.2.3 Metodología Para Medir la Atenuación en el Cable UTP .............................................. 95 5.3 Propuesta de Medición de la Atenuación Utilizando DSP’s ............................................. 96 5.3.1 Características de un Sistema DSP............................................................................... 96 5.3.2 Diseño del Medidor de Atenuación Utilizando un Sistema DSP ................................... 98 5.3.3 Conclusiones del Capitulo ............................................................................................. 99

CAPITULO 6 “EVALUACIÓN DE RESULTADOS” ........................................... 100 6.1 Desempeño del probador..................................................................................................... 100 6.2 Objetivos alcanzados con el medidor de cable UTP ........................................................... 101 6.3 Conclusiones........................................................................................................................ 102 6.4 Trabajos a futuro .................................................................................................................. 103

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ANEXO A............................................................................................................ 104

ANEXO B............................................................................................................ 110

ANEXO C............................................................................................................ 140

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GLOSARIO

100BASE-T Una versión a alta velocidad de Ethernet (IEEE 802.3). También conocida como Fast Ethernet. La 100BASE-T transmite a 100 Mbps.

ACR Atenuation to Croostalk Ratio.- Cociente de Crosstalk a Atenuación. El ACR es el cociente de la potencia de la señal recibida (atenuada por el medio) entre la potencia del crosstalk (NEXT) desde el transmisor local. Para asegurar que la señal se transmita correctamente la potencia de las señal deberá ser mucho mayor que la potencia del NEXT.

Ancho de Banda

Es la escala de frecuencias disponibles que pueden ser utilizadas por la señal de transporte.

ANSI American National Standards Institute.- El cuerpo principal de desarrollo de estándares en Estados Unidos. ANSI es una asociación sin ánimo de lucro, no gubernamental, mantenida por organizaciones comerciales, sociedades profesionales e industrias. Es el representante americano ante la ISO (Organización Internacional de Estándares)

AT&T American Telegraph & Telephone, marca registrada de sistemas de comunicación.

ATM Asynchronous Transfer Mode, Modo de transferencia asíncrona, corresponde a la capa de transporte definida para B-ISDN.

Bit Binary Digit, dígito binario.

Byte Unidad de información compuesta generalmente por 8 bits y que pueden representar un carácter.

Cat Abreviatura para mencionar categoría, las categorías de cable UTP se implementaron en base a sus características de operación y fue establecido por la EIA/TIA.

CATV Community Antenna Televisión.- Ahora se denomina CATV a la TV por cable. Sin embargo, fue el nombre original para la TV, la cual usaba una sola antena en el emplazamiento más alto en una comunidad

CCIA Computer Communications Industry Association

CCITT Consultative Committee for International Telegraph and Telephony.-Una asociación internacional que fija los estándares

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de todo el mundo (tales como V.21, V.22, y X.25). Sustituida por la ITU-T.

Crosstalk Se define como las señales inducidas de un par hacia otro.

DSP Digital Signal Processing.- Procesamiento Digital de Señales

DSPs Digital Signal Processors.- Los Procesadores de Señales Digitales son chips encargados de llevara a cabo procesamiento digital.

E0 Canal básico de comunicación, de 64 Kbps, que surge del canal telefónico al que se asignan 4 Kbps, por lo que se requiere muestrearlo de acuerdo al Teorema de Nyquist al menos al doble de su frecuencia, por lo que se requiere realizar a 8,000 muestras/seg y al representarlo con 8 bits/muestra se tiene el valor de 64,000 bits/seg o bien 64 Kbps.

E1 Capacidad de norma europea correspondiente a 2.048 Mbps o 32 E0’s, de los cuales 30 pueden enviar información, uno se usa para sincronía y el último para señalización.

E3 Capacidad de norma europea correspondiente a 34 Mbps.

EIA (Electronic Industry Association) Asociación de industrias electrónicas

ELFEXT Equal Level Far End Crosstalk

EMI (Electromagnetic Interference) interferencia electromagnética.

FDDI Fiber Digital Data Interface, Interfase digital de datos a través de fibra óptica.

Hardware Se conforma por todos los componentes tangibles que puede tener un sistema de cómputo.

Host Computador huésped o anfitrión.

HTTP HyperText Transfer Protocol, Protocolo de Transferencia de hipertexto, se emplea para el intercambio de información en internet, brindando herramientas de formato y clasificación en base a marcas.

Hub Concentrador de puertos de datos, generalmente referido a sistemas ethernet.

IBM International Bussines Machine, marca registrada de equipo de cómputo y comunicaciones.

ISO International Standar Organization, Organización internacional de estándares.

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ITU-T (International Telecommunication Union Telecommunications Standardization Sector).-La organización que ha sustituido a la CCITT.

kbps Kilo bits por segundo

LAN Local Area Network, Red de área local.

Mainframe Sistema de cómputo de alto rendimiento.

Mbps Megabits por segundo.

MHz Megahertz, millones de ciclos por segundo.

NEXT Near End Crosstalk

NVP Nominal Velocity of Propagation

OC-3 Capacidad equivalente a STM-1 que corresponden a 155 Mbps.

OSI Open Systems Interconnection, Modelo de interconexión de sistemas abiertos.

PC Personal Computer, computadora personal que opera compatible con los primeros estándares de IBM.

Protocolo Conjunto de reglas que gobiernan la operación de algunas funciones de comunicación.

PS-ELFEXT Power Sum Equal Level Far End Crosstalk

PS-NEXT Power Sum Near End Crosstalk

RL (Return Loss) Perdida por retorno de señal ó onda estacionaria.

Router Equipo de comunicación de datos que permite establecer y seleccionar la mejor trayectoria para enlazar dispositivos de diferentes redes.

RS232 Una conexión estándar EIA entre dos DTE y DCE, empleando intercambio de datos binarios serie. La interfase estándar más común de la industria. El equivalente estándar ITU-T combina V.24 y V.28

SCE (Structured Cabling System) Sistemas de Cableado Estructurado

Software Conjunto de programas que es utilizado como interfase entre las máquinas y el usuario.

STM-1 Capacidad de 155 Mbps.

STP Shielded Twisted Pair

TCP/IP Transfer Control Protocol / Internet Protocol, Conjunto de

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protocolos diseñados para operar en internet.

TIA (Telecommunication Industry Association) Asociación de las industrias de las telecomunicaciones.

Token Ring Un mecanismo de acceso a red y a topología de anillo, en la cual una trama supervisora o un testigo es pasado de estación a estación como en una transmisión dentro de un sistema poleable (estándar IEEE 802.5).

TSB Technical System Bulletin

UTP (Unshield Twisted Pair) Par Trenzado sin blindaje

VBR Variable Bit Rate, tasa de bit variable

WAO Work Area outlet,

WWW World Wide Web, es un sistema cliente/servidor que soporta referencias de hypertexto para la búsqueda de información en internet.

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ABSTRACT

In this work the design of two test instruments a cable mapper tester and

an a methodology for measure the attenuation for UTP cable is presented. The

mapper is a fundamental instrument for any system that uses UTP cable. Faults

like reversed, open and cross pairs can be detected. The detection of the states in

each pair is developed with a combinatory analysis using algebra of Boole. The

design of the mapper was developed under the basis of an algorithmic state

machine, and a prototype was constructed with logic circuits to verify the

operation. In the case of the attenuation measurement problem was analyzed in a

different form: the traditional methodology was examined in the frequency domain.

Later the attenuation was analyzed formulating a question: How could the

attenuation be measured using different types of signals?, Like square, sample and

impulse signals. Both methodologies were compared in order to get the best one.

We propose to implement both systems with DSP's, since this technology

presents more facilities in its operation and more speed in operations. Besides, its

processes operate in digital form. In this part we delineated the hardware and a

portion of the algorithms required so that they can operate the equipment property.

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RESUMEN

En siguiente trabajo se presenta el diseño de dos instrumentos de prueba:

un mapeador y una metodología para medir la atenuación en el cable UTP. El

mapeador es un instrumento primordial para cualquier sistema que utilice cable

UTP. Fallas tales cómo pares invertidos, en corto, abiertos y cruzados pueden ser

detectados. La detección de los estados en cada par se lleva a cabo con un

análisis combinatorio utilizando álgebra de Boole. El diseño del probador se

desarrolló tomando cómo base a la maquina de estado algorítmico. Se construyo

un prototipo con circuitos Lógicos para comprobar el funcionamiento del mismo.

En el caso de la medición de la atenuación el problema se analizo de forma

diferente, examinando la metodología utilizada tradicionalmente, pero en el

dominio de la frecuencia. Después se analizó formulando la siguiente pregunta,

¿cómo se podría medir la atenuación usando diferentes tipos de señales?, tales

cómo señales cuadrada sample e impulso. Se compararon ambas metodologías

con el fin de obtener la mejor.

Ambos sistemas se propone implementarlos con DSP’s, ya que esta

tecnología presenta una mayor versatibilidad en su funcionamiento, una mayor

rapidez en operaciones, además de operar en forma digital sus procesos. En esta

parte se presenta el hardware y parte de los algoritmos necesarios para que

puedan operar cada uno de los equipos.

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OBJETIVO

El Objetivo de este trabajo es presentar el diseño de un mapeador de cable

UTP utilizando DSP’s, además una metodología para medir la atenuación en el

cable UTP. Se presenta una propuesta para el diseño de un medidor de

atenuación utilizando DSP’s.

JUSTIFICACIÓN

Hoy en día, en el campo de las telecomunicaciones se ha popularizado el

uso del cable de par trenzado o mejor conocido cómo cable UTP. El cual se

emplea por lo general en redes de datos y redes telefónicas; aunque su uso se

puede extender a otras aplicaciones. El cable UTP debe cumplir con normas que

contienen especificaciones estrictas en su fabricación e instalación. Además se

encuentra dividido en niveles los cuales indica las tasas de transmisión máxima

que pueden transportar.

Con el fin de asegurar el buen funcionamiento del cable UTP en un sistema

de cableado estructurado, se requiere de equipo de prueba capaz de verificar su

estado. Uno de los instrumentos que es básico durante la instalación del cable

UTP es el Mapeador de Cable. Con él podemos verificar si los pares del cable se

encuentran ordenados adecuadamente, además de comprobar que no se

encuentren dañados. Incluso durante el tiempo de vida del cable se pueden

presentar problemas que no se pueden detectar fácilmente si no se cuenta con un

mapeador.

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En redes de datos la tasa de transmisión se ha elevado debido a las

necesidades de aplicaciones modernas cómo: colaboración en red (compartir

archivos e impresoras), video en demanda y voz sobre IP, por mencionar algunas.

Esto ha requerido que el ancho de banda sea cada día mayor. Debido a esto las

pruebas que se realizan en el cable UTP deben de efectuarse con mayor exactitud

que aquellas para pares normales; sobre todo cuando el ancho de banda exigido

sea mayor que 2MHz. Recordemos que las redes de datos transmitían a 1 ó 2

Mbps en 1980 y era a través de cable coaxial en la mayor parte de los casos. Hoy

en día se utilizan velocidades de transmisión de 10/100 o superior Mbps a través

del cable UTP. Actualmente se puede transmitir a velocidades de Gbps.

Transmitir a 10/100 Mbps ó superior exige un ancho de banda cada vez

mayor en el cable UTP. Los sistemas de cableado estructurado certificados en

categoría 5 que operan hoy en día a velocidades menores que 10 Mbps, pueden

no operar correctamente a velocidades mayores a 100 Mbps. Si se toma en

cuenta que características cómo la separación no uniforme en el trenzado de los

pares y la no-uniformidad en el aislante entre los pares, pueden presentar mayor

atenuación a frecuencias mayores. Por estas causas se requiere equipo que

pueda medir la atenuación en estos cables en la instalación y durante su

operación del cable UTP. Los instrumentos utilizados en las pruebas del cable

UTP son de procedencia extranjera, principalmente de Estados Unidos.

Actualmente el diseño con circuitos electrónicos para una aplicación

especifica, ha sido substituido por el diseño en sistemas digitales:

Microcontroladores y DSP’s principalmente. El diseño en DSP’s presenta grandes

ventajas comparadas con el diseño electrónico. Ya que los sistemas digitales nos

permiten programar nuestros diseños, los sistemas diseñados son estables y

existen aplicaciones especiales que solo pueden realizarse en DSP’s. En general

una aplicación diseñada en México trabajará igual en cualquier lugar del mundo,

no le afecta en gran medida la temperatura, los componentes no envejecen, y

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ESIME


tiene la cualidad de poder actualizarse si existe un mejor diseño. Por estas

razones es por que se seleccionaron a los DSP’s cómo plataforma de diseño.

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CAPITULO 1 “INTRODUCCIÓN”

1.1 Antecedentes

Al principio las redes de computadoras transportaban los datos por cable

coaxial. Si embargo este tipo de medio presentaba muchas limitaciones. A finales

del año 1970 la IBM emprendió la construcción especial de cable de par

trenzando. En aquellos tiempos los cables eran de gran dimensión y en lo único

que se asemejaban a los actuales era el hecho de que presentaban grandes

ventajas cómo medios de transmisión de datos, por un ancho de banda aceptable

y un bajo costo en su producción, por mencionar algunos. La idea de tener pares

trenzados que tuviesen una alta capacidad de transmisión inició con un intento de

organizar en niveles a toda la gama de cables existentes. Durante este proceso se

observó que los pares trenzados (una tecnología que inició con los teléfonos)

podrían ser modificados de tal forma que pudieran aceptar altas tasas de

transmisión de datos.

De esta manera surgieron dos tipos de cable de par trenzado: Los Pares

Trenzados Sin Blindaje o mejor conocidos cómo UTP (Unshield Twisted Pair) y los

Pares Trenzados Blindados conocidos STP(Shielded Twisted Pair).

A mediados del año 1980 la tecnología del par trenzado avanzó de tal forma

que surgió la pregunta, ¿Qué cables pueden transmitir a 2Mbps? ¿...4Mbps?

(Tasa de transmisión de datos que originalmente contemplaba IBM) y después a ¿

...10Mbps?. De modo que conforme se elevaba la tasa de transmisión se requería

una forma de indicar el desempeño y características del cable. Fue así que se

sugirió un sistema que manejara niveles. La Electronic Industry

Association/Telecommunication Industry Association (EIA/TIA) son dos

organismos que establecen las normas para la industria de los datos. Ellos

adoptaron la filosofía de separar las tasas de transmisión y otras especificaciones

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ESIME


en “categorías” o “niveles”. Se adopto la palabra Cat. como abreviatura de

Categoría. Aunque hoy en día estos dos términos ya no significan lo mismo,

cables de categorías diferentes cómo UTP Cat 5, Cat 5e y Cat 5e+ se encuentran

en diferentes niveles. Cat 5 corresponde al nivel 5 mientras el Cat 5e y el Cat 5e+

corresponden al nivel 6. Actualmente tenemos las categorías 3, 5 y superiores y

las categorías 2 y 4 ya no se fabrican. Cada categoría es más restrictiva en sus

requerimientos con tasas de transmisión más altas y un desempeño superior

comparadas con las categorías inferiores. Estas especificaciones se mencionaran

en el capitulo 2, cuando se hable de la norma EIA/TIA 568A.

Una vez que esta norma fue establecida en el verano de 1991, sólo cubría

hasta la Cat 3. El comité emitió el TSB-36 (Technical System Bulletin) llamado

“Especificaciones adicionales para los cables de par trenzado”, donde se definían

los parámetros de operación de las nuevas categorías 3,4 y 5. Un TSB no es una

norma, pero sí es un documento preliminar de lo que podría ser la nueva norma.

El TSB-67 establece los requerimientos que deberán seguir los equipos de

prueba, así cómo las pruebas de las especificaciones básicas del canal y el

enlace. La configuración del enlace básico se entiende cómo el tendido del cable.

La configuración del canal incluye al tendido y a todos los cables de conexión,

además a las conexiones cruzadas.

1.2 Estructura de la Tesis En el capítulo 2 se muestran las normas que se siguen para realizar la

instalación del cable UTP en un sistema de cableado estructurado, en este

capitulo se muestra la importancia que tiene el cable UTP dentro de estos

sistemas así como las especificaciones que deben seguir. En este capitulo se

indican también como se encuentra configurado el armado del cable así como el

código de colores que debe seguir. Se muestra un resumen del estándar TSB-67

el cual indica como se deben realizar las mediciones de mapeo y atenuación. En

el capitulo 3 se muestra un resumen de la teoría utilizada en el diseño del

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ESIME


mapeador de cable UTP que se basa en un análisis combinatorio, para esto se

utiliza el álgebra de boole.

En el capitulo 4 se muestra la metodología realizada para la detección de

los estados en el cable UTP, así como el diseño de los bloques de hardware. Para

el diseño del hardware se baso en la maquina de estado algorítmico. Se

desarrollo así mismo un sistema con circuitos lógicos para comprobarla

metodología. Para finalizar se presenta la propuesta de implementar el mapeador

con un sistema DSP.

En el capitulo 5 se propone analizar la medición de la atenuación desde el

dominio de la frecuencia. Así mismo se analizan tres tipos de señales a ser

utilizadas para la determinación de la función de transferencia. Se determina cual

de estas tres señales propuestas es la de mejor desempeño. Para terminar se

presenta una propuesta para implementar el medidor de atenuación con el sistema

DSP.

En el Capitulo 6 se presentan los resultados obtenidos con el trabajo de

tesis.

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ESIME


CAPITULO 2 “ESTADO DEL ARTE”

2.1 Antecedentes del Cable de Par Trenzado. El empleo del cable se puede remontar a varios miles de años en la historia

del hombre, el primer manuscrito conocido donde se detalla cómo se fabrica un

cable aparece en la Biblia (Éxodo 39:3)[1], pero no es si no en el siglo XIX, con la

proliferación del telégrafo en 1840[2], y del teléfono en 1876[2], cuando se hizo

indispensable su uso.

Fig. 2.1 Alexander Graham Bell y su invención el teléfono.

Las primeras líneas utilizadas para el telégrafo eran líneas de hierro y este

tipo de cables se siguió utilizando con la aparición del teléfono. Las primeras

líneas telefónicas se colocaron en Boston en 1877[3]. Estas líneas eran elevadas,

las cuales utilizaban postes y gabinetes ubicados en los techos. Las líneas eran de

un solo conductor de hierro o, acero las cuales estaban aterrizadas y por lo tanto

eran inherentemente susceptibles al ruido. Algunas líneas se galvanizaron con el

objetivo de que fueran resistentes a la corrosión, sin embargo este no era el mayor

5


ESIME


de los problemas. Se hizo el intento de construir cables de bronce con fósforo y

cables de cobre compuesto con acero con el fin de reducir el ruido. En ese

entonces se conocían las ventajas de utilizar al cobre cómo conductor. Sin

embargo debido a las limitaciones de la tecnología en ese tiempo, no fue posible

fabricar un cable de cobre capaz de resistir cómo cable elevado. Entonces en

1877 Thomas Doolittle desarrolló el proceso para fabricar el cobre llamado “Hard

Drawn Copper Wire”[3], el cual resultó ser lo suficientemente fuerte para el

cableado elevado. Entonces el cable de cobre incursionó y tomó el mercado del

cable telefónico.

En 1884 se instaló una línea experimental de cobre entre Boston y Nueva

York. En 1885 se instaló una línea telefónica utilizando el cable con tecnología

Hard Drawn entre Nueva York y Filadelfia. Esto provocó que muchos fabricantes

produjeran el cable de cobre con tecnología Hard Drawn con el fin de satisfacer

la gran demanda de cable telefónico. El uso de este tipo de cable de cobre

también se extendió a las líneas de transmisión de la energía eléctrica y en la

industria eléctrica.

En 1881 surgió la idea de utilizar dos hilos en la transmisión y ésta se le

debe a Alexander Graham Bell. El uso de dos hilos para la transmisión fue un

desarrolló importante ya que eliminaba una gran cantidad de disturbios eléctricos y

ruido no deseado en las líneas. El hecho de cambiar todas las líneas existentes

constituía tanto un reto físico cómo financiero. La red de cableado elevado debía

de cambiar de un hilo a dos hilos; este cambio se realizó gradualmente entre los

años 1890 y 1900.

Un gran interés floreció en él desarrolló de cables telefónicos. Varios hilos

telefónicos estaban contenidos en un solo cable telefónico por lo cual se requería

un mejor aislamiento que fuera más resistente al agua y al electromagnetismo. Los

primeros cables telefónicos confiaban en la misma tecnología usada en la

fabricación de cable telegráfico y los materiales utilizados en el aislamiento eran el

Gutta Percha (el cual es un látex extraído de algunos árboles[1]) y varios

compuestos de la goma.

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Los cables utilizados en 1879 fueron empleados en forma aérea o elevada,

debajo del agua y debajo de la tierra. Para 1887 existían nuevos fabricantes de

cables sin embargo los cables hechos por diferentes fabricantes eran similares

pero no idénticos. Estos cables contenían incluso mas de 100 hilos de cobre las

cuales estaban aisladas con algodón, algodón impregnado de parafina, gutta

percha y entonces envueltos en una sola guía.

Fig. 2.2 Una calle de Manhattan 1890.

En esta época a menos de 10 años de la invención del teléfono, la parte

baja de Manhattan estaba saturado de líneas telefónicas. 20 años después

incluso las poblaciones pequeñas cómo Pratt y Kansas tenían los mismos

problemas. Entonces sé tubo necesidad de tener un cable telefónico mucho mas

compacto y con mejores características[4].

Lo que ocasiono una gran demanda de cable telefónico debido a que se

necesitaba remplazar a las líneas telefónicas aéreas de un solo hilo en las

ciudades. Una de las principales preocupaciones que sé tenia con el cable

telefónico era la eliminación del ruido, que fuera impermeable, y que entraran mas

hilos en cada cable telefónico. La técnica utilizada para envolver a los hilos

conductores en una guía fue desarrollada para eliminar el ruido electromagnético.

Se empezaron a utilizar técnicas cómo la de utilizar papel de estaño para cubrir los

hilos y después utilizar capas de aislante adicional. Técnicas cómo el de

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ESIME


impregnar con parafina, resina, o una mezcla de ambas e incluso chapopote, era

introducida en forma liquida en los tubos guías (poco después de que los hilos

conductores se habían envuelto)con el fin de protegerlos de la humedad.

Al final del año 1890 los cables telefónicos y los cables de la energía

eléctrica se encontraban bajo tierra a través de conductos hechos de madera

tratado con creosote (que es un conservante de la madera[1]), poco después se

utilizaron conductos de arcilla petrificada el cual llegó a ser el principal tipo de

conducto utilizado en las instalaciones subterráneas. Esta tenia un hoyo de forma

cuadrada para cada cable y cuando se requerían mas conductos se podían

adicionar mas secciones.

Una de las principales quejas de los usuarios eran la baja calidad de la voz

transmitida en los cables telefónicos, lo que ocasionaba que la voz no fuese

reconocible, y que sonidos ahuecados y amortiguados estuviesen aun presentes.

Se llevaron a cabo dos mejoras importantes en el cable telefónico a finales de la

década de 1880.

La primer mejora fue la emisión de una especificación para un tipo de

norma para el cable telefónico. Los hilos eran 18B&S, los cuales tenían

conductores con 40 mm de diámetro, cubiertos con al menos dos capas de

algodón y revestidos en un tubo con una aleación de 97 % de plomo, y un 3% de

estaño. El espacio entre núcleo y núcleo y el tubo se llenaba con un material

aislante. Un cable con 2 pulgadas de ancho podía contener hasta 52 pares de

cables.

La segunda mejora fue el desarrollo del papel aislante seco del núcleo del

cable. Los cables con núcleo seco fueron un éxito debido a que el revestimiento

de aleación de plomo y estaño aseguraban una buena resistencia al agua. Para

1891 el cable con núcleo seco con aislamiento de papel llega a ser la norma en el

tipo de cable usado en telefonía, debido a que utilizaban menos espacio, la

capacitancía electrostática se redujo.

En el siglo XX el cable telefónico sufrió mejoras importantes, algunas de

estas mejoras fueron debidas a avances en otras áreas: Cómo la química en

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ESIME


donde se lograron mejores aislantes con los plásticos; en la electrónica con la cual

aparecieron las bobinas, transmisores, repetidores y multiplexores, la metalurgia la

cual creó mejores aleaciones de cobre y recubrimientos que mejoraron la

eficiencia en la transmisión. A principios de este siglo la industria telefónica ya no

era una novedad que sólo unos cuantos podían costear, era un servicio que se

tornó necesario. Durante la segunda guerra mundial se presentaron

descubrimientos cómo el uso del plástico cómo aislante y la invención del cable

coaxial. Se podían realizar alrededor de 600 conversaciones telefónicas a través

de dos cables coaxiales creciendo en poco tiempo hasta 10,800 por par de

coaxial[4].

El cable coaxial tenia cubierto tanto el mercado de la telefonía cómo la de

una nueva y naciente industria llamada redes de computadoras. En este campo el

uso del cable coaxial se hizo indispensable por su gran ancho de banda, y su

inmunidad al ruido, sin embargo en el año 1970 la IBM empezó a experimentar

con cable de par trenzado. El mismo cable telefónico a simple vista, pero con

mejoras en la fabricación del conductor así cómo en el tipo de aislante y el

trenzado que utiliza. Estos primeros cables presentaban una gran ventaja en

comparación a los cables coaxiales, la fabricación de estos no era tan elaborado y

la instalación del mismo era sencilla. El cable UTP ( Unshield Twisted Pair) llego a

ser el estándar para la mayor parte de los cableados en los sistemas telefónicos y

en las redes de computadoras. Sin embargo los usos que tiene el cable UTP no se

limitan a estos, existen aplicaciones donde se pueden utiliza cómo medio de

transmisión en equipos de sonido, en la transmisión de video analógico e incluso

para transmitir canales de televisión en forma analógica.

El cable UTP se encuentra hoy en día soportando altas tasas de

transmisión de datos, al utilizar todos los pares del cable UTP puede ser utilizado

en aplicaciones cómo Gigabit Ethernet. Hoy en día los fabricantes se encuentran

confiados en que serán capaces de construir pares capaces de transmitir a Giga

hertz.

9


ESIME


2.2 Sistema de Cableado Estructurado y la Norma EIA/TIA 568 Los sistemas de cableado estructurado no son mas que un ordenamiento

lógico de todas las tiradas de cable en un edificio, procurando que todo el material

del que está compuesto el cableado, así cómo los lugares donde llegan a

conectarse, cumplan con las normas fijadas por la industria[5]. Los sistemas de

cableado estructurado presentaron grandes mejoras al adoptar una norma común

la cual permitiría la instalación genérica de cableado capaz de soportar diversos

servicios en diferentes topologías.

2.2.1 Historia de la Norma EIA/TIA 568

Al comienzo de 1985 las compañías que representaban a la industria de las

telecomunicaciones y computación estaban preocupados por la falta de normas

que establecieran cómo construir sistemas de cableado para telecomunicaciones.

En este tiempo las tecnologías utilizadas en las redes de datos eran tan diversas

cómo los cableados utilizados en cada una de ellas. La Asociación de Industrias

de Computo y comunicaciones (Computer Communications Industry Association

CCIA ) le solicitó a la Asociación de Industrias Electrónicas ( Electronic Industry

Association EIA ) que desarrollaran las normas necesarias[7].

Después de seis años de trabajo se obtuvo la norma EIA/TIA 568 para la

instalación comercial de cableado para telecomunicaciones, la cual fue publicada

en Julio de 1991, esta fue la primera versión de la norma. En Agosto de 1991 se

publico un boletín técnico el TSB-36 en el cual se indicaban especificaciones mas

altas para el cable UTP (Cat 4, Cat 5). En Agosto de 1992 se publico TSB-40 la

cual estaba dirigida al hardware de conexión para cable UTP indicando

especificaciones mayores. En enero de 1994 se reviso el TSB-40 obteniéndose el

TSB-40A el cual trata los cables de conexión (patch cords) de UTP con mas

10


ESIME


detalle, y determina los requerimientos de prueba para los conectores modulares

para el UTP. La norma 568 se reviso y se obtuvo la norma TIA/EIA-568A. El TSB-

36 y TSB-40A fueron absorbidos dentro del cuerpo de la norma revisada. Se

puede asegurar que en el futuro se tendrán nuevos TSBs y revisiones adicionales

a la norma.

La norma EIA/TIA 568 A sigue los siguientes lineamientos:

• Especificar sistemas de cableados estructurados para telecomunicaciones

genéricas los cuales puedan ser implementados de diferentes vendedores

con una diversidad de productos.

• Proveer un camino para el diseño de productos de telecomunicaciones

comerciales.

• Permitir la planeación e instalación de cableados con un mínimo de

conocimiento de los productos de telecomunicaciones a ser instalados.

• Establecer el criterio de funcionamiento técnico para varias configuraciones

de cableado.

2.2.1.1 Norma ANSI/TIA/EIA-568-A

Norma de cableado de telecomunicaciones para edificios comerciales, esta

norma define un sistema genérico de cableado de telecomunicaciones para

edificios comerciales que puedan soportar diversos productos de

telecomunicaciones de proveedores múltiples. El propósito de la norma es permitir

el diseño e instalación del cableado de telecomunicaciones aun cuando se cuente

con poca información acerca de los productos de telecomunicaciones que

posteriormente se instalarán. La instalación del SCE durante el proceso de

construcción y/o remodelación del edificio en donde residirá la red, representa un

costo significativamente más barato e implican menos interrupciones en el servicio

en comparación cuando el edificio esta ocupado.

11


ESIME


2.2.1.2 Norma ANSI/TIA/EIA-569

La norma ANSI/TIA/EIA-569 establece las Rutas y los Espacios que deben

seguir los equipos y medios de transmisión de Telecomunicaciones en los

Edificios Comerciales. Así mismo reconoce tres conceptos fundamentales

relacionados con telecomunicaciones y edificios:

Los edificios son dinámicos. Durante la existencia de un edificio, las

remodelaciones son más la regla que la excepción. Esta norma reconoce, de

manera positiva, que el cambio ocurre. Los sistemas de telecomunicaciones y los

medios de transmisión son dinámicos. Durante la existencia de un edificio, los

equipos de telecomunicaciones cambian dramáticamente. Esta norma reconoce

este hecho siendo tan independiente cómo sea posible de proveedores de equipo.

Las Telecomunicaciones en el edificio son más que datos y voz. Las

Telecomunicaciones también incorporan otros sistemas tales cómo control

ambiental, seguridad, audio, televisión, alarmas y sonido. De hecho, las

telecomunicaciones incorporan todos los sistemas de bajo voltaje que transportan

información en los edificios.

Esta norma reconoce un precepto de fundamental importancia: De manera

que un edificio quede exitosamente diseñado, construido y equipado para

telecomunicaciones, es imperativo que el diseño de las telecomunicaciones se

incorpore durante la fase preliminar de diseño arquitectónico.

12


ESIME


2.2.2.3 Norma ANSI/TIA/EIA-606

Administración para la Infraestructura de Telecomunicaciones de Edificios

Comerciales El propósito de esta norma es proporcionar un esquema de

administración uniforme que sea independiente de las aplicaciones que se le den

al sistema de cableado, las cuales pueden cambiar varias veces durante la

existencia de un edificio. Esta norma establece guías para propietarios, usuarios

finales, consultores, contratistas, diseñadores, instaladores y administradores de la

infraestructura de telecomunicaciones y sistemas relacionados.

2.2.2 Sistema de Cableado Estructurado (SCE).

El Sistema de Cableado Estructurado(Structured Cabling System, SCS) se

considera para las instalaciones (Edificios, Oficinas, etc.) el medio de transmisión

ya sea el interior de un edificio o entre los demás edificios. En el SCE, los

elementos de comunicación (telefonía, redes de datos, dispositivos de vídeo,

automatización de oficinas, equipo de conmutación y otros equipos de

administración de información) se encuentran conectados entre sí y también con

redes de comunicación externas.

El SCE toman en consideración a todo el cableado así cómo a los

componentes de distribución relacionados. Esta relación se hace entre el punto

donde el cableado del edificio se conecta a la red exterior (por ejemplo a las líneas

de la compañía telefónica, Internet, etc. ) y las terminales de voz, datos y vídeo de

los centros de trabajo. Estos sistemas también pueden dar servicio a un edificio o

a grupos de edificios en instalaciones de tipo campus.

Un SCE esta formado con diversos componentes cómo: Medios de

transmisión, equipo de administración de circuitos, conectores, jacks, clavijas,

adaptadores, circuitos electrónicos para transmisión, dispositivos de protección

13


ESIME


eléctrica y equipo de apoyo. Estos componentes se utilizan para construir

sistemas de propósito específico que permiten una implementación sencilla y

evitan problemas cuando se llevan a cabo mejoras en la tecnología de

distribución o cuando cambian los requisitos de comunicaciones.

Un SCE bien diseñado es independiente del equipo al cual da servicio. Es

capaz de interconectar dispositivos diferentes, incluyendo terminales de datos,

teléfonos analógicos y digitales, computadoras personales o centrales, o bien

equipo común del sistema.

Desde el punto de vista de comunicaciones el SCE es la infraestructura de

cualquier red de comunicaciones. Los cables de cobre y fibra conectados al

equipo son los enlaces conjuntos para llevar todo el tráfico de Voz, Datos, Vídeo e

Internet hacía una oficina, construcción o al exterior. Por lo general se encuentran

escondidos en muros o pisos falsos. Por ser parte de la infraestructura

únicamente se diseña para complementar la función corporativa.

Los medios de comunicación (Fibra cable, UTP, etc.)están diseñados con el

fin de soportar muy altas tasas de transmisión de datos y obtener una mejor

eficiencia. El SCE es una disposición lógica que nos permite que por medio de un

solo cableado se tengan diferentes servicios, sin la necesidad de tener un tipo de

cableado específico para cada tipo de servicio. Todo esto con el fin de que los

usuarios puedan comunicar y compartir recursos. Es por ello que este tipo de

sistemas tiene una mayor aceptación en comparación al Sistema Tradicional que

antes se empleaba.

El SCE se caracteriza por ser confiable al no presentar caídas continuas o

problemas atribuibles a atenuación, diafonía, interferencia, etc. Es flexible ante las

modificaciones a corto o largo plazo, de fácil configuración, fácil administración y

14


ESIME


sobre todo que por medio de un mismo esquema de cableado se tienen diversos

servicios.

Otro aspecto importante es que todo está previsto en las normas fijados por

la Asociación de Industria Electrónicas (norma EIA/TIA 568 que se explicara mas

adelante). Además de que se siguen reglas especificas de ingeniería para la

disposición de los equipos, cableado y conectividad. Entre las mejoras que

caracterizan a los SCE se presentan las siguientes:

• Arquitectura abierta

• Medios y disposición normalizados

• Interfaces de conexión normalizados

• Cumplimiento de las normas nacionales e internacionales

• Diseño e instalación de sistema total

Por las razones anteriores los SCE presentan grandes ventajas a saber:

contemplar un solo esquema de cableado para todos los servicios, bajar el costo

en la instalación y administración y mantener una normatividad igual en toda la

red. La parte fundamental de este sistema es el medio de transmisión(Cables,

fibra óptica, etc.) que se emplea dentro de la red para llevar a cabo la

comunicación.

2.2.2.1 Los Seis Subsistemas del Sistema de Cableado Estructurado

La norma EIA/TIA 568 divide un SCE en 6 subsistemas únicos, los cuales

nos permiten comprender mejor la funcionalidad del cableado dentro de un edificio

así cómo su conexión al exterior:

Los Subsistemas son:

1. Subsistema horizontal.

2. Subsistema de Backbone (Vertical)

15


ESIME


3. Subsistema de área de trabajo.

4. Subsistema de closet de telecomunicaciones.

5. Subsistema de cuarto de equipo.

6. Cuarto de Entrada de Servicios.

En la Fig. 2.3. se muestra un ejemplo de cómo se distribuyen los seis

subsistemas dentro de un edificio.

MedioLas líneas punteadas

muestran el medio dentrode las paredes

1

3

2

4

6

5

3

Figura 2.3 La distribución dentro de un edificio de los seis subsistemas del SCE.

1. Subsistema horizontal.

Este sistema esta formado normalmente por cables de par trenzado sin

blindaje (UTP), de cuatro pares, los cuales se extienden desde la salida del área

de trabajo (Work Area outlet, WAO) hasta el cuarto de telecomunicaciones.

También se conectan con el sistema vertical mediante el closet de

telecomunicaciones. Los nodos de distribución son los puntos donde se conecta y

distribuye el cableado horizontal con el vertical o backbone, colocándose en los

16


ESIME


puntos medios de la zona a la que prestarán el servicio con objeto de no exceder

la distancia crítica fijada por la norma EIA/TIA 568. En este sistema se emplea

cable UTP dedicado para cada aplicación cómo lo son: usuarios, estaciones de

trabajo o mejor conocidos cómo “Host”. El closet de comunicaciones debe de estar

localizado en un lugar accesible sin sobrepasar los 90m, que se tienen cómo

norma, más 10m al equipo activo. La distancia horizontal máxima es de 90 metros

independientemente del cable utilizado. Esta es la distancia desde el área de

trabajo de telecomunicaciones hasta el cuarto de telecomunicaciones; con otros

10 metros adicionales para la distancia combinada de cables de empate (3

metros) y cables utilizados para conectar equipo en el área de trabajo de

telecomunicaciones y el cuarto de telecomunicaciones. Cómo se muestra en la

Fig. 2.4. En caso de sobrepasar esta distancia se deberá emplear un repetidor

adecuado.

Roseta deDatos

Roseta deDatos

Roseta deDatos

3 metros

3 metros

3 metros

90 m.

90 m.

90 m.

100 metros

Estación de Tra bajo



Closet deTelecomunica ciones

Cross-Connect

Figura 2.4 Distancias maximas para el cableado horizontal

En el centro de comunicaciones, donde se encuentra normalmente la

acometida telefónica, es el lugar donde se unen el sistema vertical y el horizontal.

Se hacen divisiones en los racks de conexión para diferenciar estos sistemas,

además de usar códigos o numeración con el fin de lograr la identificación

correcta de los cables de cada propietario y a su vez saber a que sistema

pertenece.

17


ESIME


El cableado horizontal incluye las salidas de telecomunicaciones en el área

de trabajo cómo son las cajas, placas, conectores, cables y conectores de

transición instalados entre las salidas del área de trabajo y el cuarto de

telecomunicaciones, paneles de parcheo, cables de parcheo utilizados para

configurar las conexiones de cableado horizontal en el cuarto de

telecomunicaciones. La caja de contactos en donde se conectan los equipos en el

área de trabajo se le conoce cómo enchufe de telecomunicaciones la cual se

muestra en la figura 2.5.

UTP 4 pares de 100 ohms para cableadode voz bajo la no rma T568A o T568B

4 pares de UTP de 1 00 ohms,2 Pares de STP de 150 ohms óFibra de 62 .5/125 mm para datos

Fig 2.5 Caja de contactos de telecomunicaciones ( Telecommunication Outlet)

Cada área deberá tener cómo mínimo una caja de contactos, con un puerto

de datos y un puerto de voz instalados. La configuración de los mismos se

muestra en la figura 2.6.

Par 1Par 3 Par 4 Par 1Par 2 Par 4

Figura 2.6 Jack modular con 8 posiciones ordenado en pares para su instalación

con el cable UTP.

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ESIME


Características importantes del Sistema Horizontal:

El cableado horizontal se debe implementar en una topología de estrella.

No se permiten empalmes en cableados de distribución horizontal. Algunos

equipos requieren componentes (tales cómo baluns o adaptadores RS-232) en la

salida del área de telecomunicaciones. Tales componentes deben instalarse

externos a la salida del área de telecomunicaciones. Esto garantiza la utilización

del sistema de cableado estructurado para otras necesidades.

Los tres tipos de cable reconocidos por ANSI/TIA/EIA-568-A para distribución

horizontal son:

− Par trenzado, cuatro pares, sin blindaje (UTP) de 100 ohm, 22/24 AWG

− Par trenzado, dos pares, con blindaje (STP) de 150 ohm, 22 AWG

− Fibra óptica, dos fibras, multimodo 62.5/125 mm

El cable a utilizar por excelencia es el par trenzado sin blindaje UTP de cuatro

pares categoría 5; el cable coaxial de 50 ohm se acepta pero no es recomendable

en instalaciones nuevas. Los ductos a las salidas de área de trabajo deben

prever la capacidad de manejar tres cables.

Las salidas de área de trabajo deben contar con un mínimo de dos conectores.

Uno de los conectores debe ser del tipo RJ-45 observando el código de colores de

cableado T568A (recomendado) o T568B.

Algunos equipos requieren componentes adicionales tales cómo baluns o

adaptadores RS-232), en la salida del área de trabajo. Estos componentes no

deben instalarse cómo parte del cableado horizontal, deben instalarse externos a

19


ESIME


la salida del área de trabajo. Esto garantiza la utilización del sistema de cableado

estructurado para otros usos.

2. Subsistema de Backbone (Vertical)

Es en cierta forma la columna vertebral del edificio. Este backbone puede

ser de fibra óptica si se trata de diferentes edificios o bien de cable de cobre si

sólo se trata de uno. Y el propósito del cableado del backbone es proporcionar

interconexiones entre cuartos de entrada de servicios de edificio, cuartos de

equipo y cuartos de telecomunicaciones. Este cableado incluye la conexión

vertical entre pisos en edificios, incluye medios de transmisión (cable), así cómo

puntos principales e intermedios de conexión cruzada y terminaciones mecánicas.

Además se distingue por ser la parte en la que se conecta la acometida con la

compañía telefónica o de otros servicios, siendo el punto de enlace de la empresa

con el exterior.

Lo diferentes tipos de cable que son admitidos y distancias máximas para

este sistema se presentan en la tabla 2.1.

El subsistema de backbone nos sirve para:

− Realizar conexiones verticales entre pisos (risers)

− Cablear entre el cuarto de equipo y el cuarto de entrada de servicios.

− Cablear entre edificios (interbuilding)

La distancia del Backbone depende del tipo de aplicación. Las distancias

máximas especificadas están basadas en transmisiones por UTP y transmisión

de datos para STP y Fibra óptica: La distancia de 90m para STP es para

aplicaciones con un ancho de banda espectral de 20MHz a 300MHz.

20


ESIME


Una distancia de 90m también aplica para UTP en un ancho de banda de

5MHz a 16MHZ para la categoría 3, de 10MHz a 20MHz para la categoría 4 y por

último para la categoría 5 de 20MHz a 100MHz.

Cable Distancias

UTP de 100 ohm (24 o 22 AWG) 800m Voz

STP de 150 ohm (24 o 22 AWG) 90 m Datos

Fibra óptica 62.5/125 µm 2,000m

Fibra óptica 8.3/125 µm 3,000m

Tabla 2.1 Comparación de los diferentes medios de transmisión comúnmente

usados dentro de un SCE.

Para sistemas de comunicación de datos a baja velocidad cómo el IBM

3270, sistema IBM 36, el 38, AS 400 y asíncrono (RS232, 422, 423, etc.) pueden

operar sobre cable UTP (o STP) para distancias considerablemente grandes,

típicamente de varios cientos de metros de longitud. Esta distancia depende del

tipo de sistema que se está utilizando, de la velocidad de datos y de las

especificaciones de manufactura para los sistemas electrónicos y los

componentes asociados usados (por ejemplo: baluns, adaptadores, manejadores

de línea, etc.). Hoy en día se puede hacer uso de ambos cables de fibra óptica y

cobre en el Backbone.

Otros puntos importantes que se deben tomar en cuenta en el diseño son:

Que se aplica en una topología en estrella. Cómo se muestra en la Fig. 2.7.

No se aceptan más de 2 niveles jerárquicos de conexiones cruzadas, tampoco se

permiten "puenteos". El cable que hace la conexión cruzada principal e intermedia

no debe exceder los 20m, además de evitar su instalación cerca de fuentes con

altos niveles de interferencia electromagnética o de radio frecuencia que pueda

21


ESIME


existir y por último el aterrizaje debe estar dentro de los requerimientos cómo

están definidos en la norma de la EIA/TIA 607.

3. Subsistema de área de trabajo.

Este sistema se encuentra localizado en el área de trabajo y consiste sólo

del cableado que conecta los dispositivos terminales (Una computadora, teléfono

analógico o digital, fax, etc.) hacia donde se encuentran las salidas de

comunicaciones. Este sistema contempla el montaje del cableado cómo los

conectores, así cómo las extensiones necesarias par su conexión. El cableado del

área de trabajo está diseñado para que la conexión sea relativamente sencilla de

tal forma que las modificaciones, adiciones y cambios sean manejados de una

manera sencilla y rápida. Cuarto de equipo

Cross-Co nnectPrincipal

Cuarto de equipo

Cross-Co nnectIntermedio

Closets de Telecomunicaciones

Medios Opcionales para el Backbone

– UTP -- 80 0 metros– STP -- Depende de la aplicación– Fibra Multimodo -- 2000 metros– Fibra mono modo -- 30 00 metros

Figura 2.7 En el backbone el cableado debe de seguir una Topologia tipo estrella.

Se pueden llevar a cabo adaptaciones comunes en el área de trabajo, pero

estas no se limita a un cable especial para adaptar al conector del equipo

22


ESIME


(computadora, terminal, teléfono) al conector de la salida de telecomunicaciones.

Un adaptador en "Y" puede proporcionar dos servicios en un solo cable multipar

(por ejemplo teléfono con dos extensiones). Así mismo un adaptador pasivo cómo

un balún utilizado para convertir el tipo de cable del equipo al tipo de cable del

cableado horizontal (Por ejemplo computadoras en Token Ring). Un adaptador

activo para conectar dispositivos que utilicen diferentes esquemas de señalización

(por ejemplo EIA 232 a EIA 422). Un cable con pares transpuestos. etc.

4. Subsistema de closet de telecomunicaciones.

El closet de telecomunicaciones es el punto de transición entre los

subsistemas horizontal y de backbone, también contiene el hardware de

terminación y el medio de interconexión (Cables de parcheo o Alambres de

puenteo) necesarios para conectar los subsistemas Horizontal y de Backbone con

ellos mismos o con el equipo activo que se encuentra dentro del closet.

El subsistema de telecomunicaciones o también llamado subsistema de

administración es el lugar donde se lleva a cabo la distribución de los servicios en

un nivel o planta del edificio. Además de que puede emplear equipo activo, sólo

contempla el aspecto de la distribución y estructuración del cableado en una red o

edificio. Incluyendo las terminaciones mecánicas e interconexiones para el sistema

horizontal y de backbone. Según la norma EIA/TIA-569. Cómo se muestra en la

figura 2.2.

5. Subsistema de cuarto de equipo.

El subsistema de cuarto de equipo se debe considerar en forma diferente a

cómo se considero al subsistema de closet de telecomunicaciones, debido a la

naturaleza y/o complejidad de los equipos que contiene.

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ESIME


Es el área en un edificio utilizada para el uso exclusivo de equipo asociado

con el sistema de cableado de telecomunicaciones. El espacio del cuarto de

comunicaciones no debe ser compartido con instalaciones eléctricas que no sean

de telecomunicaciones. Igualmente debe ser capaz de albergar equipo de

telecomunicaciones, terminaciones de cable y cableado de interconexión

asociado. El diseño de cuartos de telecomunicaciones debe considerar, además

de voz y datos, la incorporación de otros sistemas de información del edificio tales

cómo televisión por cable (CATV), alarmas, seguridad, audio y otros sistemas de

telecomunicaciones. Todo edificio debe contar con al menos un cuarto de

telecomunicaciones o cuarto de equipo. No hay un límite máximo en la cantidad de

cuartos de telecomunicaciones que puedan haber en un edificio.

Los aspectos de diseño de la sala de equipo están especificados en la

norma EIA/TIA 569. La sala de equipo usualmente es de mayor complejidad que

los closets de telecomunicaciones. Algunos o todas las funciones del closet de

telecomunicaciones pueden ser proveídas por una sala de equipo. En el Sistema

de la sala de equipos sólo se tiene a todo el equipo activo.

6. Cuarto de Entrada de Servicios

El cuarto de entrada de servicios es el lugar donde se lleva a cabo la

conexión de los servicios de telecomunicaciones entre el edificio y el exterior.

El cuarto de entrada puede llevar a cabo la interfaz entre el edificio y otros

edificios situados en el campus. Los requerimientos de los cuartos de entrada se

especifican en la norma EIA/TIA-569, en el Sistema de backbone de campus o

entrada de servicios, se contempló que forma se lleva a cabo la conexión entre los

otros edificios.

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ESIME


2.2.3 Elementos que Componen un SCE

Medios de transmisión: Cables UTP, STP de 4 o 25 pares de diferentes

categorías, cables multipar y cables de fibra óptica. En el siguiente capitulo se

hablara con mayor profundidad sobre este tema.

Elementos de administración: Bloques de conexión (tipo 110) o Paneles

tipo RJ45 con sus elementos de fijación del cable y de organización del mismo.

Cables preconectados para asignación de señales: Cables terminados

en conectores tipo 110 de 1 a 4 pares; terminados en conector RJ45 en ambos

extremos; Terminado en tipo 100 en un extremo y RJ45 en el otro y finalmente con

conector tipo 110 o RJ45 en un extremo y cables sin conectorizar en el otro. En

cuanto a fibra óptica, se encuentran cables preconectorizados con conectores ST,

SC, Bicónicos, etc. ya sea en ambos extremos o en combinaciones de manera

similar con los cables de cobre. Se encuentran en fibra monomodo o multimodo.

Con estos diferentes tipos de terminado, se realiza la administración del sistema.

Adaptadores o “Baluns”: Son los diferentes tipos de elementos que

permiten integrar en un sistema de cableado, cualquier tipo de aplicación. Este es

uno de los elementos importantes, pues aseguran que un SCE se comporte cómo

un sistema abierto. Estos adaptadores o “baluns” aseguran que la señal

transmitida entre los equipos a través del sistema de cableado se conserve

balanceada y limpia.

Los conectores que se emplean constan de 4 pares de hilos denominados

en el mercado cómo conectores del tipo RJ-45. Estos son diseñados para soportar

y ser fiables en la transmisión a altas velocidades, así cómo en características

físicas y dimensiónales. Los hilos empleados en la topología Token Ring de

25


ESIME


acuerdo a la norma EIA/TIA 568B son los pares 1 y 3, los pares 2 y 3 para

Ethernet o 10BaseT y por último los 4 pares son empleados para altas velocidades

en 100Base-VG. Cómo se muestra en la Fig. 2.8.

UTP 4 pares de 100 ohms para cableadode voz bajo la norma T568A o T568B

4 pares de UTP de 100 ohms,2 Pares de STP de 150 ohms óFibra de 62 .5/125 mm para datos


Figura 2.8 Conector RJ-45, Jack para el RJ-45 y la caja de conexión.

2.2.4 Medios de Transmisión.

Un aspecto importante dentro de una Red de Telecomunicaciones son los

medios de transmisión que permiten la transportación de la información en forma

de señales electromagnéticas, este puede ser un medio físico o no físico tal cómo

lo son las comunicaciones inalámbricas. Para poder realizar esto se tienen varias

técnicas de transmisión, siendo las más comunes las de Banda Base y Banda

Ancha.

En la Banda Base se tiene la ventaja de no necesitar módem y la

transmisión es a alta velocidad. Es decir, la señal que usa este tipo de técnica de

transmisión no esta modulada, pero que presenta el inconveniente de no ser muy

adecuada para transmisiones a larga distancia ni para instalaciones sometidas a

un alto nivel de ruidos e interferencias, es por ello que se usa para distancias

cortas, un canal de comunicación para este tipo de técnica utiliza todo el ancho de

banda, por lo que sólo puede transmitir una sola señal en determinado momento.

En cuestión de repetidores o dispositivos de interfaz es muy económico.

Para el caso de Banda Ancha se utilizan circuitos de transmisión de banda

ancha. Está técnica consiste en la modulación de la información sobre ondas

26


ESIME


portadoras analógicas y una de sus ventajas es la de compartir la capacidad del

medio de transmisión con varias portadoras mediante técnicas de multiplexación

por división en frecuencia. Aunque todos los usuarios utilizan la misma línea, es

cómo si estuviesen utilizando diferentes líneas. El ancho de Banda depende de la

velocidad a la que se vayan a transmitir los datos. En este caso se necesita el

empleo de módem para modular la información.

2.2.5 Tipos de Cable Utilizados en un SCE

Los cables empleados en un SCE son básicamente de 3 tipos, estos son

de pares trenzados, fibra óptica y cable coaxial. Las características que cada uno

de ellos tiene los hacen especiales para los requerimientos que un diseñador de

una Red LAN desee, para una mejor comprensión se dividirá por ancho de banda:

− Banda Base.- Los cables de par trenzado (twisted pair cable) y el cable

coaxial de Banda Base (baseband coaxial cable).

− Banda Ancha.- Tenemos al cable coaxial de banda ancha (broadband

coaxial cable) y el cable de fibra óptica (fiber optic cable).

Algunos transmiten señales eléctricas a través de un conductor de metal

que generalmente es de cobre, mientras que la fibra óptica transmite por medio de

señales luminosas.

Las características de las instalaciones son las que determinarán el tipo de

cable a emplear como medio de transmisión. Las características a considerar son:

Aplicación: El tipo de instalación para el cuál será más apropiado el medio. La

distancia que se deberá cubrir con facilidad.

Restricciones: Las condiciones en la que se ha de evitar utilizar el medio

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ESIME


Topología: La topología que usa el cable.

Ventajas: Las situaciones en la que se ha de utilizar el cable.

Fiabilidad: El grado de fiabilidad del equipo que se ha de emplear.

Vulnerabilidad: Las causas principales de los fallos del equipo.

Inmunidad: La propensión de la Red a sufrir interferencias.

Costos: Los gastos de instalación de los cables y del equipo asociado son

uno de los gastos ocultos de las redes. Con todos los tipos de

cable, el gasto de instalación excede ampliamente el costo del

cable en sí.

Seguridad: La facilidad con que se puede intervenir el cable.

La tabla 2.2 tiene un comparativo de los tipos de cable y sus características.

A continuación describiremos algunas de las características generales más

importantes de cada uno de los tipos de cable, para después enfocarnos en el

cable UTP.

Cable Coaxial de Banda Base.

Este tipo de cable consta de un hilo conductor central que está rodeado de

una malla muy fina de hilos de cobre. Entre estas dos partes existe un aislante;

además está cubierto por un aislamiento de protección para reducir las emisiones

eléctricas. Este tipo de cable cuenta con un canal que transporta una sola señal

digital a una velocidad de transmisión muy alta: típicamente de 10 a 80 Mbps. Los

bits son llevados a través del cable sin modulación alguna. Debido al hecho de

28


ESIME


que no se modula está limitado a un canal y no es posible transmitir señales

compuestas de voz, datos y vídeo. La distancia máxima recomendada cuando se

usa este cable en una red local de banda base es de aproximadamente 3Km, pero

no es conveniente para distancias de más de 500m cuando la carga de

transmisión es alta. A continuación mostramos las características más

importantes:

Aplicación: El cable coaxial de banda base se puede usar en muchas de las

instalaciones donde se usa cable de par trenzado.

Par Trenzado

Coaxial de Banda Base

Coaxial de Banda Ancha

Fibra Óptica

Ancho de banda Baja Moderada Alta Muy alta

Fiabilidad de transferencia de datos

Baja Alta Alta Muy alta

Posibilidad de interferencias

Alta Moderada Baja Ninguna

Seguridad de transmisión

Baja Baja Baja Alta

Longitud Baja Moderada Alta Muy alta

Instalación Sencilla Sencilla Moderada Muy difícil

Tabla 2.2 Cuadro comparativo de los diferentes tipos de cable usados en un SCE

Restricciones: La mayoría de las redes de cable coaxial de este tipo limitan la

distancia entre estaciones y el número de estas.

Topología: Para redes dispuestas en bus.

29


ESIME


Ventajas: Ofrece mayor resistencia a las interferencias y un mejor

rendimiento que el cable de pares trenzados y a un costo

ligeramente elevado.

Fiabilidad: Buena y excelente.

Vulnerabilidad: Bastante robusto y duro

Inmunidad: Bastante sensible a interferencias eléctricas.

Costos: Los gastos son similares a los del cable de pares trenzados.

Seguridad: Puede actuar cómo una antena, emitiendo señales

constantemente, lo que permite la recepción de señales.

Cable Coaxial de Banda Ancha.

Es muy similar al cable coaxial de banda base. Puede tener varios

diámetros con diversos grosores de aislamiento. El cable central puede estar

protegido con una capa de aluminio. Tiene la capacidad de transportar entre 50 y

100 canales de televisión, o miles de canales de voz y de datos a baja velocidad

que se encuentren entre un intervalo de 9.2Kbps y 50 Kbps. Se emplean

amplificadores bidireccionales para dividir el cable en diferentes frecuencias, las

características principales son:

Aplicación: Adecuado para aplicaciones de alta frecuencia, de banda muy

ancha, y alta velocidad. Esta es una opción practica para redes no

muy grandes, que se utilicen para transmitir señales de voz, datos

y vídeo que abastezcan a pocas estaciones.

Restricciones: Poco práctico para redes pequeñas.

Topología: Flexible. Recomendado para configuraciones en estrella o en

árbol.

Ventajas: Buena calidad.

Vulnerabilidad: Sensible a los cambios de temperatura.

30


ESIME


Inmunidad: Capta interferencias a baja frecuencia. Se puede usar donde no se

emplee cable de par trenzado u otro tipo de cable no blindado.

Costos: El costo del cable no es muy elevado, pero el equipo asociado a

este sí lo es.

Cable de Fibra Óptica.

Está compuesto por un grupo de cristales o fibras plásticas por la cual es

transportada la señal de transmisión luminosa. Cada filamento tiene un núcleo

central de plástico o cristal con un alto índice de refracción, rodeado de una capa

de un material similar con un índice de refracción ligeramente menor. El

revestimiento aísla las fibras y evita que se produzca interferencias entre

filamentos adyacentes, al mismo tiempo proporciona protección al núcleo. Todo el

conjunto está normalmente protegido por otras capas que no tienen ninguna otra

función que la de proteger los filamentos, en la figura 2.5.1.

Existen varios tipos de fibra óptica siendo estos tres:

− Fibra monomodo.

− Fibra multimodo de salto de índice o índice escalonado.

− Fibra multimodo de índice gradual.

Fibra monomodo. El diámetro del núcleo de la fibra óptica es extremadamente fino

típicamente de 8µ y12µ Este tipo de fibra sólo permite la transmisión de una sola

manera de ahí su nombre, además de ser muy difícil la conexión del cable a

transmisiones y otros dispositivos.

31


ESIME


Fibra multimodo.

Fibra multimodo de índice escalonado.

Esta fibra tiene un diámetro de 50 a 62.5 µ y contiene un núcleo de alta

resolución dentro de un revestimiento de resolución más baja.

Fibra multimodo de índice gradual.

Esta es la fibra más empleada en telecomunicaciones ya que estas varían

de densidad reduciendo la dispersión de las señales, teniendo un índice de

transmisión muy alto, mayor que de las dos anteriormente mencionadas.

Para la conversión de las señales eléctricas a luminosas se emplean tanto

un transmisor y un receptor (transceptores), los cuales harán esta función. Un

transmisor el cuál esta formado por una fuente de alimentación y un led. La luz se

emite a través de un láser o un Diodo emisor de luz (LED). El receptor, también

llamado detector, detecta las señales luminosas y las convierte a señales

eléctricas.

Aplicación.- Usada en sistemas que necesitan efectuar transmisiones de

datos y vídeo a velocidad muy alta, a distancias mucho mayores que otros medios

de transmisión no lo permiten.

Restricciones.- No es costeable en redes pequeñas. Topología.- Más convenientes en configuraciones estrella o anillo (en

transmisiones punto a punto).

Ventajas.- Capaces de transmitir aproximadamente un 1Gbps en una

longitud de banda prácticamente ilimitada, con una gran fiabilidad y calidad

Costos.- Muy elevado.

32


ESIME


2.3 Cable de Par Trenzado El cable de par trenzado consiste básicamente de alambres ó hilos que se

encuentran ordenados por pares y que están trenzados entre sí. Existen dos tipos

de cable de par trenzado, ver figura 2.9:

Cable de par trenzado sin blindaje UTP (Unshield Twisted Pair)

Cable de par trenzado con blindaje STP (Shielded Twisted Pair)

Por lo general se agrupa un numero determinado de pares trenzados en

una funda protectora formando así un cable. Por lo general se agrupan 4 pares en

un cable. El trenzado nos permite cancelar el ruido eléctrico de los pares

adyacentes y de otras fuentes como motores, lámparas, relevadores y

transformadores[8].

El trenzado de los hilos nos permite eliminar radiaciones de interferencia

electromagnética e interferencia en radiofrecuencia. Entre mas alta sea la

frecuencia de transmisión el trenzado en el cable UTP deberá ser más denso.

(a)

(b)

Fig. 2.9 Existen en el Mercado dos tipos de cable de par trenzado (a) Cable UTP, (b) Cable STP.

Se emplea generalmente en sistemas telefónicos, sistemas de redes de

datos también es empleado en la transmisión de señales digitales, sobre todo en

topología en anillo, pues en esta configuración se puede compensar fácilmente,

33


ESIME


por medio de repetidores, los desequilibrios y las atenuaciones producidas por los

dos hilos.

2.3.1 Par Trenzado Blindado

Este cable a diferencia de la anterior cuenta con un blindaje metálico para

reducir la interferencia electromagnética (EMI) potencial. La EMI está causada por

señales provenientes de otras fuentes cómo son motores eléctricos, líneas de

energía, radios de alta potencia y señales de radar en el contorno que pueden

causar trastornos o interferencias, comúnmente llamado ruido. El cable de par

trenzado blindado (STP) encierra en un blindaje conductor los alambres

portadores de la señal. Para ello debe estar aterrizado correctamente en ambos

extremos del cable, además este es mucho más rígido y difícil de manejar.

2.3.2 Cable de Par Trenzado sin Blindar.

El cable de par trenzado sin blindar ó cable UTP ha evolucionado a través

de los años. Existen diferentes variedades disponibles para distintas necesidades.

Uno de ellos es el cable telefónico básico o conocido como POST. Se han

fabricado cables con características superiores gracias a mejoras cómo la

uniformidad en el trenzado y en el revestimiento del alambre individual. Debido a

que existen cambios en la tasa de transmisión de información requiriendo día con

día altas velocidades, ha sido necesario desarrollar un mejor cableado UTP para

las diferentes capacidades de transmisión. Esta es la razón por la que la EIA/TIA

divide en niveles al cable UTP. En la tabla 2. 3 se muestran las categorías en que

se encuentra dividido el cable UTP. Cabe mencionar que las categorías 1,2,4 se

mencionan solo como referencia histórica ya que no se fabrican mas estas

categorías. Anixter que fue uno de los promotores del programa de categorías ha

instituido un programa para establecer las especificaciones del cable UTP nivel 6 y

7. Sin embargo estos niveles son propios y no han sido adoptados bajo la norma.

Aun así se mencionan como una base para los próximos niveles.

34


ESIME


Categoría Bandwidth Minimum Power Sum NEXT

Atenuación max perm 100m

ACR Skew (nseg/100

m)

1 1

2 4

3 16 MHz 41 dB @ 1 MHz32 dB @ 4 MHz26 dB @ 10 MHz23 dB 16 MHz

5.6 dB @ 4 MHz9.7 dB @ 10 MHz13.1 dB @ 16 MHz

4 20MHz

5 100 MHz 53 dB @ 4 MHz47 dB @ 10 MHz44 dB @ 16 MHz40 dB @ 31.25 MHz 32 dB @ 100 MHz

4.1 dB @ 4 MHz6.5 dB @ 10 MHz8.2 dB @ 16 MHz11.7 dB @ 31.25 MHz17 dB @ 62.5 MHz22 dB @ 100 MHz

40 dB 37 dB 19 dB 4 dB -35 dB

45

5+ 200MHz

Anixter Level 6

350 MHz 53 dB @ 4 MHz47 dB @ 10 MHz44 dB @ 16 MHz40 dB @ 31.25 MHz 32 dB @ 100 MHz30 dB @ 155 MHz28 dB @ 200 MHz25 dB @ 310 MHz24 dB @ 350 MHz

4 dB @ 4 MHz6.4 dB @ 10 MHz8.1 dB @ 16 MHz11.6 dB @ 31.25 MHz21.7 dB @ 100 MHz27. 6 dB @ 155 MHz32 dB @ 200 MHz41.3 dB @ 310 MHz44.3 dB @ 350 MHz

49 dB 40.6 dB 35.9 dB 28.4 dB 10.3 dB 2.4 dB -4 dB -16.3 dB -20.3 dB

25

Anixter Level 7

400 MHz 70 dB@ 1 MHz61 dB @ 4 MHz55dB @ 10 MHz52 dB @ 16 MHz48 dB @ 31.25 MHz 43 dB @ 62.5 MHz40 dB @ 100 MHz37 dB @ 155 MHz36 dB @ 200 MHz33 dB @ 310 MHz32 dB @ 350 MHz31 dB @ 400 MHz

1.9 dB @ 1 MHz 3.8 dB @ 4 MHz6.0 dB @ 10 MHz7.7 dB @ 16 MHz10.9 dB @ 31.25 MHz15.8 dB @ 62.5 MHz20.5 dB @ 100 MHz26.2 dB @ 155 MHz30.3 dB @ 200 MHz39.2 dB @ 310 MHz42.1 dB @ 350 MHz45.6 dB @ 400 MHz55.3 dB @ 550 MHz

66 dB 57 dB 49 dB 44 dB 37 dB 27 dB 20 dB 11 dB 5 dB

25

Tabla 2.3 Tabla en donde se muestra las diferentes categorías de cable UTP.

A continuación se muestran las especificaciones Técnicas que debe cumplir

el cable UTP Cat 5, según la norma TIA/EIA 568-A [9].

35


ESIME


Conductor DCR: 9.38 ohms/100m (28.6 ohms/Mft) Max

DCR sin balance: 5% Max

Capacitancía Mutua: 46 pF/m (14 pF/ft) Nom

Cap. Sin balancear Par / Tierra: 132 pF/100m (400 pF/Mft) Max

Impedancia Característica : 100 ohms + 15% (1-100 MHz)

Perdidas por Retorno SRL (Return Loss): 23 dB MIN (1-20 MHz)

23 - 10 log10(f /20) dB Min (>20 MHz)

Perdida por Retorno RL (Return Loss): 17 + 3 log10(f ) dB Min (1-10 MHz)

20 dB Min (>10-20 MHz)

20 - 7 log10(f /20) dB Min (>20 MHz)

Atenuación: 1.967 sqr(f ) + .023 f + .050 / sqr(f ) dB/100m Max

Near End Crosstalk (NEXT): 68 - 15 log10(f /.772) dB/100m Min

Power Sum Near End Crosstalk (PS-NEXT): 64 - 15 log10(f /.772) dB/100m Min

Equal Level Far End Crosstalk (ELFEXT): 64 - 20 log10(f /.772) dB/100m Min

Power Sum Equal Level Far End Crosstalk (PS-ELFEXT): 61 - 20 log10(f /.772)

dB/100m Min

Delta Delay(Skew): 10 ns/100m Max

Nominal Velocity of Propagation (NVP): Plenum No-Plenum 72% 68%

donde f = Frecuencia en MHz desde .772 a 100 MHz

36


ESIME


2.4 Estado del Arte de las Pruebas y Mediciones para el Cable UTP Las pruebas y mediciones realizadas son de suma importancia sobre todo

en redes de datos de alta velocidad. En el anexo B se presenta la norma

completa. A frecuencias de transmisión muy grandes se requieren de pares que se

encuentren excepcionalmente bien balanceados con el fin de minimizar la

interferencia electromagnética EMI (Electromagnetic Interference) y la interferencia

de las frecuencias de radio. En el pasado una de los principales problemas que

limitaban la capacidad del cable UTP para rechazar el ruido externo se delimitaba

únicamente a valores de impedancia incorrectas en los cables y conectores. Al

presente factores como líneas que no están bien balanceadas o que el espacio

entre conductores no sea uniforme, limitan la habilidad de los cables sin blindaje

para transmitir en altas frecuencias. Incluso provocando que no puedan cumplir

con los parámetros establecidos y el usuario final no podrá transmitir a altas

velocidades.

Aun a bajas frecuencias es de gran utilidad contar con equipo de prueba

como el mapeador de cable UTP el cual asegura que el cable UTP se encuentra

configurado correctamente.

2.4.1 Norma TSB-67

La norma TS-B67[10] los lineamientos que se deben seguir para realizar

pruebas a los sistemas que utilizan cableados de par trenzado. Se le llama enlace

horizontal a aquel que contiene: la salida/conector de telecomunicaciones, un

punto de transición, 90 metros de cable UTP (Cat 3-5), una conexión cruzada que

consiste de dos bloques o paneles y 10 metros de cable para los cables de

interconexión (Patch Cord). En la Fig. 2.10 se muestra como están

interconectados los equipos.

37


ESIME


Enlace Básico

Enlace de Canal

Conexión Cruzada

Cable de Interconexión


Punto de transición

90 metros de Cable UTP

Enlace Básico

Enlace de Canal

Conexión Cruzada



Punto de transición

90 metros de Cable UTP

Fig. 2.10 Se muestra los elementos que componen un enlace básico y un enlace

de canal.

Se definen dos configuraciones de enlace con fines de prueba. El enlace

básico incluye la distribución del cable, la conector/salida de telecomunicaciones ó

puntos de transición y un componente horizontal de conexión cruzada. El cual se

asume que es parte permanente de un enlace. El enlace del canal esta

comprendido entre el enlace básico más el equipo instalado, los cables de

interconexión del usuario y de la conexión cruzada. La norma TSB-67 establece

los valores mínimos para el peor caso permitido de atenuación y NEXT para un

enlace establecido. Las tablas 2.4 y 2.5 muestran los valores limite para la

atenuación y el NEXT respectivamente para el enlace básico y el enlace de canal.

Frecuencia (MHz)

Categoría 3 (dB)

Categoría 4 (dB)

Categoría 5 (dB)

1 3.2/4.2 2.2/2.6 2.1/2.5 4 6.1/7.3 4.3/4.8 4/4.5 8 8.8/10.2 6/6.7 5.7/6.3

10 10/11.5 6.8/7.5 6.3/7 16 13.2/14.9 8.8/9.9 8.2/9.2 20 - 9.9/11 9.2/10.3 25 - - 10.3/11.4

31.25 - - 11.5/12.8 62.5 - - 16.7/18.5 100 - - 21.6/24

Tabla 2.4 Valores mínimos de Atenuación para el enlace Básico y del enlace de Canal

38


ESIME


Frecuencia (MHz)

Categoría 3 (dB)

Categoría 4 (dB)

Categoría 5 (dB)

1 40.1/39.1 54.7/53.3 60/60 4 30.7/29.3 45.1/43.3 51.8/50.6 8 25.9/24.3 40.2/38.2 47.1/45.6 10 24.3/22.7 38.6/36.6 4.5/44 16 21/19.3 35.3/33.1 42.3/40.6 20 - 33.7/31.4 40.7/39 25 - - 39.1/37.4 31.25 - - 37.6/35.7 62.5 - - 32.7/30.6 100 - - 29.3/27.1

Tabla 2.5 Valores mínimos de perdidas en NEXT (par a par) para el enlace Básico y del enlace de Canal.

2.4.2 Pruebas y Mediciones que se realizan al Cable UTP

Cuando los primeros cables de categoria5 fueron desarrollados e

introducidos en el mercado, las aplicaciones existentes no utilizaban todo el ancho

de banda disponible del cable. La eficiencia no era uno de los puntos primarios en

la taza de transmisión de bits en las aplicaciones de prevalecientes ya que estas

aplicaciones de red solo utilizaban una fracción del ancho de banda disponible.

Normalmente solo dos de los cuatro pares se utilizaba, los otros dos pares

de los cuatro pares del cable se mantenían sin uso desperdiciándose, de los dos

pares que se utilizaban un par se utiliza para transmitir señales y el otro para

recibir señales.

Este modo de operación se conoce normalmente como Operación Half

Duplex. El cable categoría cinco fue desarrollado para trabajar con un ancho de

banda de 100 Mhz, el cable es probado con un barrido de frecuencia el cual

abarca hasta 100 Mhz. Con la introducción del LANmark-350 en 1995, el concepto

de cociente de atenuación a Crosstalk ACR que es (atenuation to croostalk ratio)

fue introducido como un parámetro separado de desempeño del cable eléctrico.

39


ESIME


Tomando en cuenta que la longitud máxima se coloco artificialmente a 100 metros

la atenuación no era un cuello de botella para ese ancho de banda.

2.4.2.1 Parámetros de Medición en el Cable UTP

Impedancia[11]: indica la habilidad que tiene el cable UTP para conectarse y

transferir energía de un dispositivo a otro. La impedancia del cable esta

determinada por la impedancia de los sistemas y los dispositivos conectados. La

norma EIA/TIA establece que el cable categoría 3 y 5 que la impedancia

característica deberá ser 100Ω ± 15Ω sin embargo solo algunas categorías

cumplen con esta especificación. Otros cables utilizan una formula de ajuste

llamada “Zo-fit”. Una buena parte de los fabricantes dicen que sus cables están

probados a “300 MHz” (o incluso a 400 MHz), pero no ofrecen información sobre

características como (impedancia, Crosstalk, atenuación, ACR y skew etc) a esas

frecuencias. La variación en la impedancia puede variar frecuentemente entre

100Ω ± 50Ω, ocasionando que estos cables sean inservibles a frecuencias de 100

MHz.

Ancho de banda [11].- Es la escala de frecuencias disponibles que pueden

ser utilizadas por la señal de transporte. No obstante, el hecho de conocer el

tamaño de los túneles no significa que sabe como se moverá él trafico dentro del.

Si los datos son comprimidos estos utilizaran un ancho de banda menor. Por

ejemplo una señal de datos de 100Mbps puede ser transmitida en un ancho de

banda de 100MHz ó los datos pueden arreglados y codificados de tal forma que

puedan ser transmitidos en un ancho de banda de 50MHz, 30MHz o incluso en

una menor. De hecho un ancho de banda de 31.25MHz puede ser suficiente para

transmitir una señal de datos 155Mbps utilizando un protocolo de compresión. Ya

que el esquema de codificación no es aparente, se utiliza el ancho de banda para

conocer cual es la capacidad de cierto medio para transportar datos. Se puede

conocer el tamaño del túnel. Pero saber cuantos carros pueden entrar en el

dependerá de la forma como estén ordenados. Si se quiere conocer la verdadera

40


ESIME


capacidad de un cable para transportar señales, se deberá conocer su ancho de

banda.

NEXT [11].- Significa el Crosstalk cercano a la fuente “near-end Crosstalk”.

La señal de entrada es mas fuerte en la parte cercana a la fuente (source-end). Es

ahí donde ocurren los peores casos de Crosstalk. La norma 568A establece una

serie de valores mínimos a diferentes frecuencias. La suma de potencias de NEXT

(Power Sum NEXT) observa el efecto que tienen todos los pares contiguos

midiendo en el par bajo prueba, esta prueba es que aquellas donde solo se mide

de par a par.

Atenuación[11].- Es un fenómeno común en todos los sistemas que

transportan señales y se le puede definir como una perdida de señal. Perdidas de

señal de datos a –67dB (categoría 5 a 100 MHz) pueden ser recuperados

fácilmente.

ACR[11].- es el “índice de atenuación a Crosstalk” Al restar la atenuación del

Crosstalk se obtiene un resultado el cual indica el desempeño total de un cable.

Un ACR positivo es común en cables de altas frecuencias por lo cual es un

indicador de mejor desempeño. Por el otro lado es posible mejorar el Crosstalk y

por lo tanto mejorar el ACR, este caso poco usual puede ocurrir cuando se tiene

un tranzado muy ajustado.

Skew o retraso de Skew[11].- Se refiere a las diferencias en tiempo en un

cable multipar. El Skew es importante para aquellos sistemas que transmiten que

utilizan mas de un par simultáneamente para enviar datos. Aplicaciones como

Gigabit Ethernet requiere que los datos se distribuyan entre los cuatro pares. En

este tipo de sistemas, es esencial que la señal llegue al otro extremo del cable al

mismo tiempo. La norma EIA/TIA 568 a sido modificada de tal manera con el fin de

incluir especificaciones del Skew. Las variaciones en el tiempo para un sistema

completo no deberán exceder de 50ns entre cualquiera de los pares.

41


ESIME


2.5 Mapeo del Cable UTP Un mapeador de cable UTP es un instrumento utilizado para detectar fallas

en el cable UTP, el tipo de fallas son desde una mala configuración de los pares

por parte del técnico, o problemas que surgen como rompimiento de uno de los

hilos del par e incluso un corto en los pares. El mapeador de cable UTP verifica el

estado de cada par, si el par se encuentra en la posición correcta y nos dice que

pares están operando correctamente. En la figura 2.11 se muestran las fallas más

comunes en el cable UTP.

1

2

1

2

1

2

1

2

1

2

1

2

1

2

1

2

1

27

8

7

8

Par Buen Estado Par en Corto Par Abierto

Par Invertido

Pares Cruzados

Fig.2.11 En la imagen se muestran las posibles fallas que pueden ocurrir en el

cable UTP.

En el mercado existe una gran variedad de probadores.

Tenemos probadores como el MAPcat 1100[12], o el probador p12503044[12]

de IC, o el Cable 4 PC[12]. Estos tipos de probadores realizan la prueba de mapeo

de líneas de la siguiente forma: Conectando en un extremo a un modulo

(presumiblemente un generador de señales) y en el extremo opuesto se conecta

un detector de señales.

En el mercado existen medidores que pueden realizar el mapeo básico del

cable UTP y llevar a cabo otras pruebas como el caso del probador de cable de la

familia de probadores de los medidores de red de Fluke, de los cuales se hablara

mas adelante.

42


ESIME


2.6 Medición de la Atenuación en el Cable UTP Para la medición de la atenuación en el cable UTP se utiliza un instrumento

llamado analizador de redes ver Fig. 2.12.

Configuracion de la prueba en un Enlace basico a mas de 90 metros.

Conexiones al analizador de redes y a los terminadores

Fig. 2.12 Medición de la Atenuación con un Analizador de Redes para un enlace básico.

En este caso el analizador de redes realizara un barrido de frecuencias para

medir la atenuación en un rango de frecuencias predeterminado. Con estos datos

recopilados en cada incremento de frecuencia se puede obtener una grafica

mostrando la atenuación en el cable UTP.

Fig. 2.13 Probador de Cable de Fluke modelo DSP-4100

43


ESIME


Existen en el mercado medidores de atenuación como el DSP-4100 que

muestran graficas detalladas de atenuación a una frecuencia hasta 350 Mhz. Ver

Fig. 2.13.

Por lo general este tipo de instrumentos pueden proveer información sobre

otros parámetros como el PS NEXT, en la figura 2.14 se muestra una grafica en la

que se mide la atenuación a un cable Belden [17] de Cat 5e+.

Fig. 2.14 Grafica típica de medición de la atenuación y de PS NEXT en cada uno

de los pares en un cable Belden DataTwist 350.

44


ESIME


CAPITULO 3 “FUNDAMENTOS TEÓRICOS”

3.1 Prueba del estado de los pares

El mapeo de cables es una técnica que se utiliza para verificar el buen

funcionamiento de los hilos que componen a los cables.

Si realizamos un análisis combinatorio, el cable UTP contienen 8 hilos

conductores a los cuales los agrupamos en pares. Si se analizara al cable UTP

por hilos conductores tendríamos 40319 casos de falla y solo un caso con los hilos

organizados bien. Sin embargo lo que nos interesa en el mapeo es encontrar al

menos un par funcionando bien. Con un solo par se puede tener un servicio

analógico de voz y con dos pares una conexión de datos o un teléfono analógico.

Cuando se tienen sistemas de cableado estructurado muy grandes, es difícil

realizar un nuevo cableado y si alguno de los pares sirve para remplazar a los

dañados puede resolver el problema temporalmente. Para esto el mapeo deberá

estar enfocado a que la prueba se base en revisar pares. Si alguno de los pares

tiene al menos un hilo dañado este par no sirve y se desechan ambos hilos. Esto

puede parecer un desperdicio, pero si no están trenzados los hilos que componen

al par, este no servirá al nivel de funcionamiento requerido.

El mapeo del cable UTP es una verificación por lo general de CD, en el cual

se puede determinar:

Si los pares se encuentran en la posición correcta.

Si los pares no se encuentran invertidos

45


ESIME


Si los pares no están cruzados (es un tipo de configuración especial

en el cable donde se cruzan intencionalmente dos pares para

conectar concentradores o PC’s entre si)

Si no existen problemas físicos como rompimientos de algún hilo o

incluso cortos entre los pares.

Lo que se hace hoy en los probadores es agrupar los 40319 en casos

comunes como por ejemplo: un par en corto, este estado se presenta cuando al

menos uno de los conductores esta abierto. Esto reduce en gran medida las

combinaciones de los estados a revisar.

Las técnicas de mapeo pueden ser muy variadas, existen probadores que

utilizan un generador de frecuencias a un extremo y en el otro un detector de

tonos. Algunos utilizan terminadores compuestos de resistencias y elementos

capacitivos, y midiendo las diferencias de voltaje pueden detectar en que estado

se encuentran los pares.

Para el diseño de estos sistemas se requiere de un análisis combinatorio,

se propone que este análisis lo realicemos con lógica combinatoria. Durante el

diseño del circuito será fundamental en el desarrollo primero de las ecuaciones

para determinar que combinaciones detectan que estados y segundo para el

diseño de los circuitos lógicos.

3.1.1 Historia del álgebra Booleana En 1854 George Boole introdujo un tratamiento sistemático de la lógica y

desarrollo para este propósito un sistema algebraico que ahora se conoce como

álgebra booleana. En 1938 C. E. Shannon introdujo un álgebra booleana de dos

variables denominada álgebra de interruptores en la cual demostró que las

propiedades de los circuitos eléctricos y estables con interruptores pueden ser

representados.

Para la definición formal de álgebra booleana se emplean los postulados

formulados por E. V. Huntington en 1904, estos postulados o axiomas no son los

46


ESIME


únicos para definir el álgebra booleana. Se han usado otros conjuntos de

postulados como los de Birk Off y Bartee. El álgebra booleana como cualquier

otro sistema matemático deductivo, puede definirse como un conjunto de

elementos, un conjunto de operadores y un numero de axiomas no aprobados o

postulados. El álgebra booleana es una estructura algebraica de finida en un

conjunto de elementos b junto con dos operadores binarios +y •

El álgebra booleana debe satisfacer los siguientes postulados,

1. el elemento identidad con respecto a:

a. El operador +. El postulado establece que x+0 = 0+x = x

b. El operador • el postulado establece que x•1=1•x = x

2. Ley conmutativa con respecto a:

a. El operador +. El postulado establece que x+y=y+x

b. El operador • El postulado establece que x•y=y•x

3. Ley distributiva con respecto a:

a. • distributivo sobre +• El postulado establece que x• (y+z)= x•y+x.z

b. + distributivo sobre • El postulado establece que x+(y.z)=(x+y) •

(x+z)

3.1.2 Teoremas básicos y propiedades del álgebra booleana

Principio de dualidad El principio de dualidad establece que cada expresión algebraica deducida

de los postulados del álgebra booleana permanecen valida si los operadores y los

elementos identidad se intercambian.

47


ESIME


Teoremas básicos En la Tabla 3.1 se enlistan seis teoremas del álgebra booleana y cuatro de

sus postulados

Postulado 2 x +0 =x x • 1 =x

Postulado 5 x + x’ =1 x • x’ =0

Teorema 1 x +x = x x • x = 1

Teorema 2 x +1 =1 x • 0 =0

Teorema 3, involución (x’)’ =x

Postulado 3, conmutativo x +y = y+x x • y = y• x

Teorema 4, asociativo x +(y+z) = (x+y) + z x(yz) = (xy)z

Postulado 4, distributivo x (y+z) = xy + xz x +yz = (x+y) (x+z)

Teorema 5, de De Morgan (x + y)’ =x’y’ (x y)’ =x’+y’

Teorema 6, absorción x +xy = x x (x+y) = x

Tabla 3.1 Teoremas Básicos del álgebra de Boole

Los teoremas del álgebra booleana se pueden verificar mediante tablas de

verdad. En estas tablas, ambos lados de la relación se verifican para que den

resultados idénticos en todas las combinaciones posibles de las variables

indicadas, por ejemplo en la tabla 3.2 se muestra el teorema de la absorción.

x y xy x +xy

0 0 0 0

0 1 0 0

1 0 0 1

1 1 1 1

Tabla 3.2 Tabla de verdad de que comprueba el teorema de absorción.

48


ESIME


Los operadores que tiene una mayor jerarquía al evaluar las expresiones

booleanas , están en el siguiente orden:

1. Paréntesis

2. NOT

3. AND

4. OR

En otras palabras la expresión entre paréntesis se debe evaluar antes que

las otras operaciones, la siguiente operación que toma precedencia es el

complemento, entonces sigue el AND y por ultimo OR, por ejemplo considérese la

tabla de verdad para el teorema de De Morgan. Al lado izquierdo de la expresión

esta (x+y)’. Por consiguiente la expresión entre paréntesis se evalúa primero y

entonces se toma el complemento del resultado. El lado derecho de la expresión

es x’y’ así que el complemento de x y el complemento de y se evalúan primero y el

resultado se opera por AND. Obsérvese que en la aritmética ordinaria es valida la

misma precedencia (excepto para el complemento) cuando la multiplicación y la

sumas se reemplazan por AND y OR respectivamente.

Funciones Booleanas

Una variable binaria puede tomar el valor de 0 o 1 una función booleana es

una expresión formada por variables binarias, los dos operadores binarios OR y

AND, operador unitario NOT, paréntesis y signo de igual. Para un valor dado de

las variables el valor puede ser 0 o bien 1 por ejemplo la función booleana

F1 = xyz’

Lla función F1 =1 si x=1, y=1 y z’=0 de otra manera F1 = 0

De forma análoga la función F2=x+y+z’ la función F2=0 si x=0, y=0 y z’=1

de otra manera F2=1

Para que cualquier función booleana puede representarse en una tabla de

verdad, el numero de renglones en la tabla es 2n , donde n es el numero de

variable binarias en la función. Las combinaciones de 1 y 0 para cada renglón se

49


ESIME


obtienen fácilmente mediante los números binarios, contando desde 0 a 2n-1. para

cada renglón de la tabla hay un valor para la función igual ya sea a 1 o 0.

Equivalencia de las expresiones Booleanas a Circuitos Lógicos

Una función booleana puede transformarse de una expresión algebraica en

un diagrama lógico compuesto de compuertas AND, OR y NOT. A continuación se

muestran en la tabla 3.3, en donde se muestran los equivalentes de la función de

boole a circuitos lógicos. El circuito inversor corresponde a NOT, la compuerta

AND corresponde al producto punto y el OR corresponde al operador +.

Leyes de Morgan

El complemento de una función f es f’ y se obtiene por el intercambio de

números 0 a números 1 y de números 1 a 0 en el valor de f. El complemento de

una función puede derivarse de forma algebraica mediante el teorema de De

Morgan. Este par de teoremas se muestra en la tabla 3.2 para dos variables, estos

teoremas de De Morgan se pueden ocupar en tres o mas variables. los postulados

y teoremas de De Morgan se muestran en la tabla siguiente.

La forma de tres variables del primer teorema de De Morgan se muestran

a continuación

Compuertas lógicas digitales

Ya que las funciones booleanas se expresan en términos and, or y not, es

fácil implantar una función booleana con estos tipos de compuertas los principales

puntos que se deben tomar en cuenta en la construcción de otros tipos de

compuertas lógicas son:

50


ESIME


1. la factibilidad y economía de producir la compuerta con componentes

físicos

2. la posibilidad de extender la compuerta a mas de dos entradas

3. las propiedades básicas del operador binario, como conmutabilidad y

asociabilidad.

4. la habilidad de las compuertas para implantar compuertas booleanas solas

o junto con otras compuertas.

Cada compuerta básica tiene una o dos variables de entrada

designadas por “x” y “y” una variable binaria de salida por f. Los circuitos and,

or e inversor se muestran en la figura siguiente. El pequeño circulo en la salida

del símbolo gráfico de un inversor designa el complemento lógico, el símbolo

de triangulo por si mismo denota un circuito buffer. Un buffer produce la función

de transferencia pero no produce alguna operación lógica particular, ya que el

valor binario de la salida es igual al valor binario de la entrada.

La función NAND es el complemento de la función AND, como se indica

por un símbolo gráfico que consta de un símbolo gráfico AND seguido de un

círculo pequeño. De forma similar NOR es el complemento de la función OR y

usa un símbolo gráfico OR seguido de un círculo pequeño

3.1.3 Diagramas de Veen

El diagrama de Veen es una ayuda gráfica con la que podemos

visualizar las relaciones entre las variables de una expresión booleana. este

diagrama esta formado de un rectángulo conocido como universo, dentro del

cual se dibujan círculos que pueden estar traslapados. Cada circulo

corresponde a una variable y por lo tanto se etiqueta con el nombre de la

variable, se designan todos los puntos dentro de un círculo, como

pertenecientes a la variable etiquetada y todos los puntos fuera del círculo,

como no pertenecientes a la variable, por ejemplo tomemos a un círculo

51


ESIME


etiquetado con x, si los elementos están en el interior del circulo se dice que

x=1 si considera el exterior, se dice que x=0. ahora con dos círculos

traslapados, tenemos cuatro áreas distintas dentro del rectángulo:

1. el área que no pertenece ni a x ni a y, es decir (x’y’)

2. el área dentro del circulo y, pero fuera de x, es decir (x’y)

3. el área dentro del circulo x, pero fuera de y, es decir (xy’)

el área dentro de ambos círculos

3.2 Conclusiones El álgebra de boole es de gran utilidad para el diseño con circuitos lógicos:

Ya que nos permite simplificar circuitos complejos en circuitos

sencillos con el uso del álgebra.

Con el álgebra de Boole y los diagramas de Veen se pueden

agrupar un gran numero de estados en un evento y representarlos

con variables lógicas.

Con el álgebra de Boole, los resultados que se obtienen con las

ecuaciones pueden ser fácilmente implementados con circuitos

lógicos.

52


ESIME


CAPITULO 4 “METODOLOGÍA DE ANÁLISIS DEL MAPEO EN EL CABLE

UTP”

4.1 Introducción Uno de los principales problemas que se presenta cuando se realiza el

ensamblé del cable UTP con el conector RJ 45, es la de que los pares se

encuentren ordenados de una forma adecuada siguiendo las especificaciones que

marca la norma. Si embargo cuando se realiza el ensamble del cable UTP en los

diferentes subsistemas se puede presentar el caso de que una conexión no quede

bien ensamblada. Otro problema aparece cuando se instala una gran cantidad de

cables, algunos pueden presentar roturas o cortos en sus pares que a simple vista

no se pueden detectar. Para esto existe un instrumento llamado “Mapeador de

cable UTP” el cual verificará que los pares dentro del cable UTP se encuentren en

la posición correcta, además de identificar cortos y circuitos abiertos en los pares.

Este tipo de instrumento resulta de suma importancia para los técnicos

durante la instalación del sistema del cableado estructurado, y también durante la

vida de operación del sistema.

4.2 Identificación de los Principales Estados a Probar. Para realizar el diseño del mapeador de cable UTP primero se analizó de

qué forma deberían de encontrarse ordenados los pares. Para esto nos basamos

en las especificaciones que indica la norma EIA/TIA 568 A.

Cada par se encuentra polarizado de la siguiente forma: positivo “Tip”,

negativo “Ring”.

53


ESIME


La posición de los pares en los conectores está regida por un código de

colores véase la Fig. 4.1.

Todas las conexiones deben ser uno a uno. Esto significa que el pin 1 del

conector 1 se alambra al pin 1 del segundo conector, el pin 2 del conector

1 va al pin 2 del segundo conector y así sucesivamente.

Las distancias máximas en las que se puede instalar el cable UTP son de

90 metros para redes de datos y 800 metros en telefonía. Vea Fig. 4.2.


W-G = Blanco-Verde G = Verde

W-BL = Blanco-Azul BL= Azul

W-O = Blanco-Naranja O = Naranja

W-BR=Blanco-Café BR=Café

Fig. 4.1 Conector modular con 8 posiciones ordenado en pares para su instalación con el cable UTP.

Estas características son las que deben presentar el cable UTP en todos los

subsistemas ver Fig. 4.2. Sin embargo en el caso del cableado en la red de datos,

se observó que existían ciertos cables utilizados para poner en cascada a los

concentradores los cuales presentaban una configuración de pares cruzados. Por

lo tanto este era otro de los estados que debe ser detectado con el mapeador. El

siguiente paso fue identificar los problemas que con mayor frecuencia se

presentaba en el cable UTP, esta información se obtuvo a través de la gente que

trabaja en el área de cableado estructurado de la DCyC. Los problemas

encontrados en el cable UTP son los siguientes:

Par abierto, este caso se presenta cuando al menos uno de los hilos

que conforman al par se encuentra roto. Este fenómeno es muy

frecuente cuando se instala el cable y es provocado por que se jala

más de lo debido al cable. También puede ser ocasionado por un

golpe en el cable.

54


ESIME


Par en corto. Este caso se presenta cuando los hilos de los pares se

encuentran unidos. Esto sucede cuando los pares pierden el

aislamiento, ocasionado por un golpe o deformación del cable.

Par invertido. Este caso se presenta por lo general durante el

ensamble de los conectores, por distracción del técnico o por falta de

pericia del mismo invierte la polaridad del par.

Pares cruzados. Este caso ocurre cuando algunos patch cords

utilizados para conectar en cascada a dos concentradores, se

revuelve con los patch cords para conexiones

1

2

1

2

1

2

1

2

1

2

1

2

1

2

1

2

1

27

8

7

8

Par Buen Estado Par en Corto Par Abierto

Par Invertido

Pares Cruzados

Figura 4.2.- Fallas frecuentes que pueden aparecer en el cable UTP.

El siguiente paso es obtener una metodología que nos permita detectar

estos estados.

4.3 Metodología Utilizada Para la Detección de Cada Estado. Ya que se tienen identificados la forma en que se deben encontrar

posicionados los hilos (norma EIA/TIA 568) e identificados las principales fallas en

el cable UTP (Fig. 3.4) el siguiente paso es analizar un solo par para observar

cuantos de estos estados podemos identificar.

55


ESIME


Para probar el cable se determinó que se debía tener una señal “sonda” y

dependiendo del estado del cable la señal sería modificada. Analizando el tipo de

señal de prueba modificada se podría conocer el estado del par. Se empleó un

tren de pulsos cuadrados de ±5 volts, suponiendo que esta señal podía detectar

fácilmente estados, cómo pares abiertos, pares en corto y pares invertidos; sin

embargo para la detección de la posición de los pares no resultaba viable por la

complejidad de los circuitos a utilizar. Se experimentó con un tren de pulsos

cuadrados de +5 volts obteniéndose mejores resultados.

Otro punto que se tomó en cuenta en el diseño del mapeador que debía ser

de un bajo costo. Se analizaron diversos mapeadores en el mercado:

Uno de ellos utiliza un generador de señales en un extremo y en el otro un

detector, elevando así el costo del mismo.

Se analizó el caso del mapeador de marca Fluke. Este tipo de mapeador

utiliza un terminador pasivo (por lo tanto de bajo costo) y en el otro extremo

el mapeador el cual enviaba un cierto tipo de señal, se detectaba el estado

de los pares a través de la señal recibida en los otros pares.

Con base en lo anterior se decidió que el mapeador debía de contar con un

terminador de bajo costo en un extremo (cómo el mapeador de Fluke) y en el otro

el mapeador capaz de enviar la señal sonda además de recibir la señal procesada

a través del cable UTP y el terminador. Véase Fig. 4.3

Probador de cableUTP Terminador de cable

UTP

Cable UTP

Conector RJ-45 Conector RJ-45

Fig. 3.3 probador de cable UTP

La pregunta obligada es ¿por que un terminador de bajo costo en el

extremo?. Ello se debe a que se pueden fabricar una gran cantidad de

terminadores, los cuales se pueden posicionar en todos los cables a probar en un

56


ESIME


extremo, en tanto que del otro lado el técnico sólo tiene que mover el mapeador de

cable en cable para verificar el estado de cada uno.

El análisis se lleva a cabo revisando el estado de cada par, debido a que si

al menos un par se encuentra bien éste puede ser utilizado para un servicio de voz

analógico o uno de datos. Para el análisis de los pares primero se seleccionó la

siguiente nomenclatura para identificar los hilos que componen al cable:

Par1+ = w1, Par1

- = w2

Par2+ = w3, Par2

- = w4

Par3+ = w5, Par3

- = w6

Par4+ = w7, Par4

- = w8

4.3.1 Detección de las Fallas en un Solo Par

Con el fin de facilitar el análisis del problema, se analizó un solo par. Se

decidió enviar un tren de pulsos por el par positivo (w+) y en el extremo opuesto

tendremos un dispositivo pasivo (terminador) el cual nos envía una señal de

regreso por el par negativo (w-). Después se envía otro tren de pulsos en el par

negativo (w-) y se obtiene la señal en el par positivo (w+). Analizando estas dos

señales podemos identificar cual es el estado del par. Con este método se

resolvieron casos como el par abierto, par en corto, o par invertido. Ver Fig.4.4

Se probaron diversos componentes pasivos en el terminador, pero el que

presentó una mayor flexibilidad en la identificación de los errores es el diodo. Para

que la administración de la información obtenida fuese más rápida, se determinó

que si se recibía ese tren de pulsos cuadrado en el hilo complemento del par se

tomaría cómo “1” y si no se recibía seria un “0” , esto nos da una combinación de 4

posibles estados.

En la Fig. 4.5 y Fig. 4.6 se muestran todos los posibles estados que se

pueden presentar en un par así cómo que tipo de combinaciones se obtuvieron.

Por lo tanto se obtuvieron combinaciones cómo 00, 01, 10, 11. La primer

combinación “00” indica que el par se encuentra en corto, la cuarta “11” indica que

57


ESIME


el par esta en corto circuito. La combinación “10” indica que el par esta invertido y

la combinación “01” indica que el par se encuentra en buen estado.

Terminador

Señal de prueba

Señal con informacióndel estado delpar

Generadorde Pulsos

Terminador

Señal de prueba


Generadorde Pulsos

Prueba 1

Prueba 2

w+

w-

w+

w-Terminador

Señal de prueba


Generadorde Pulsos Terminador

Señal de prueba


Generadorde Pulsos

Terminador

Señal de prueba


Generadorde Pulsos

Prueba 1

Prueba 2

w+

w-

w+

w-

Fig. 4.4 Pasos que se deben seguir para comprobar el estado de un par.

Generadorde Pulsos w+

w-Detectorde pulso

Generadorde Pulsos

w+

w-

Detectorde pulso

Par en buen estado = registro “01”

0

1


w-Detectorde pulso

Generadorde Pulsos

w+

w-

Detectorde pulso

Par en corto = registro “11”

1

1


w-Detectorde pulso

Generadorde Pulsos

w+

w-

Detectorde pulso

Par en buen estado = registro “01”

0

1


w-Detectorde pulso

Generadorde Pulsos

w+

w-

Detectorde pulso

Par en corto = registro “11”

1

1

Fig. 4.5 Prueba de una par, el primer caso con el par en buen estado. El segundo

caso el par tiene un corto circuito. Observe el registro que se tiene para cada uno.

58


ESIME



w-Detectorde pulso

Generadorde Pulsos

w+

w-

Detectorde pulso

Par invertido = registro “10”

1

0


w-Detectorde pulso

Generadorde Pulsos

w+

w-

Detectorde pulso

Par abierto = registro “00”

0

0


w-Detectorde pulso

Generadorde Pulsos

w+

w-

Detectorde pulso

Par invertido = registro “10”

1

0


w-Detectorde pulso

Generadorde Pulsos

w+

w-

Detectorde pulso

Par abierto = registro “00”

0

0

Fig. 4.6 Prueba de una par (continuación), el tercer caso con el par invertido. El cuarto caso el par se encuentra abierto en uno de sus hilos. Observe el registro que se tiene para cada uno.

59


ESIME


4.3.2 Detección de Fallas en Todos los Pares.

Ya que se obtuvieron 4 de los estados que se debían cubrir sólo nos falta

identificar el caso cuando los pares se encuentran en una posición incorrecta. En

este caso, como en el anterior, se buscó un dispositivo capaz de tener una

combinación que permitiera determinar si un par se encontraba en la posición

correcta. Basados en esta lógica se decidió de nuevo tener una combinación de

diodos, ordenados de tal forma que no interfirieran con la prueba descrita

anteriormente. Se implemento el arreglo que se muestra en la figura 4.7.

Obsérvese que en esta figura aparecen tanto los diodos necesarios para

verificar la posición de los pares así como los diodos necesarios para verificar el

estado del par. Los tres diodos en la parte izquierda del dibujo son los que nos

indican la posición del par y sólo utilizan uno de los hilos del par para identificar su

posición.

w1

w2

w3

w4

w5

w6

w7

w8

Par 1

Par 2

Par 3

Par 4

w1

w2

w3

w4

w5

w6

w7

w8

Par 1

Par 2

Par 3

Par 4

Fig. 4.7 configuración final del terminador con el arreglo de diodos completo.

La revisión de la posición de los pares se realiza de una forma muy sencilla.

Este proceso se lleva a cabo por par:

60


ESIME


Primer par.- Se envía un tren de pulsos cuadrados por w1 y se obtiene su

respuesta por w3, w5, w7. Del análisis de estos tres datos se determina si se

encuentra en la posición correcta el par 1.

Segundo par.- Se envía un tren de pulsos cuadrados por w3 y se obtiene su



Tercer par.- Se envía un tren de pulsos cuadrados por w5 y se obtiene su



Cuarto par.- se envía un tren de pulsos cuadrados por w7 y se obtiene su



El siguiente paso es determinar qué estados nos pueden decir si el par se

encuentra en la posición incorrecta. Se pensó en un dispositivo que tuviera como

entrada a w1, w3, w5, w7 y otra entrada que le indicara cuál era el par Pi (i =1, 2, 3,

4) que examinaba, entregándonos a la salida un registro S. Este registro nos

indicará si el par está cruzado. En la tabla 4.1 se muestra la tabla de verdad para

el dispositivo S. No Hex Entradas del dispositivo S Salida

P4 P3 P2 P1 w4 w3 w2 w1 S 10 0 0 0 1 0 0 0 0 0 11 0 0 0 1 0 0 0 1 0 12 0 0 0 1 0 0 1 0 1 13 0 0 0 1 0 0 1 1 0 14 0 0 0 1 0 1 0 0 1 15 0 0 0 1 0 1 0 1 1 16 0 0 0 1 0 1 1 0 1 17 0 0 0 1 0 1 1 1 1 18 0 0 0 1 1 0 0 0 1 19 0 0 0 1 1 0 0 1 X 1A 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1B 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1C 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1D 0 0 0 1 1 1 0 1 X 1E 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1F 0 0 0 1 1 1 1 1 0

61


ESIME


20 0 0 1 0 0 0 0 0 0 21 0 0 1 0 0 0 0 1 0 22 0 0 1 0 0 0 1 0 0 23 0 0 1 0 0 0 1 1 0 24 0 0 1 0 0 1 0 0 1 25 0 0 1 0 0 1 0 1 0 26 0 0 1 0 0 1 1 0 1 27 0 0 1 0 0 1 1 1 0 28 0 0 1 0 1 0 0 0 1 29 0 0 1 0 1 0 0 1 0 2A 0 0 1 0 1 0 1 0 0 2B 0 0 1 0 1 0 1 1 0 2C 0 0 1 0 1 1 0 0 1 2D 0 0 1 0 1 1 0 1 0 2E 0 0 1 0 1 1 1 0 1 2F 0 0 1 0 1 1 1 1 0 40 0 1 0 0 0 0 0 0 X 41 0 1 0 0 0 0 0 1 0 42 0 1 0 0 0 0 1 0 0 43 0 1 0 0 0 0 1 1 0 44 0 1 0 0 0 1 0 0 X 45 0 1 0 0 0 1 0 1 0 46 0 1 0 0 0 1 1 0 0 47 0 1 0 0 0 1 1 1 0 48 0 1 0 0 1 0 0 0 1 49 0 1 0 0 1 0 0 1 0 4A 0 1 0 0 1 0 1 0 0 4B 0 1 0 0 1 0 1 1 0 4C 0 1 0 0 1 1 0 0 1 4D 0 1 0 0 1 1 0 1 0 4E 0 1 0 0 1 1 1 0 0 4F 0 1 0 0 1 1 1 1 0 80 1 0 0 0 0 0 0 0 1 81 1 0 0 0 0 0 0 1 0 82 1 0 0 0 0 0 1 0 0 83 1 0 0 0 0 0 1 1 0 84 1 0 0 0 0 1 0 0 0 85 1 0 0 0 0 1 0 1 0 86 1 0 0 0 0 1 1 0 0 87 1 0 0 0 0 1 1 1 0 88 1 0 0 0 1 0 0 0 1 89 1 0 0 0 1 0 0 1 0 8A 1 0 0 0 1 0 1 0 0 8B 1 0 0 0 1 0 1 1 0 8C 1 0 0 0 1 1 0 0 0 8D 1 0 0 0 1 1 0 1 0 8E 1 0 0 0 1 1 1 0 0 8F 1 0 0 0 1 1 1 1 0

Tabla 4.1 Tabla de estados que utilizara el dispositivo para detectar una posición

incorrecta.

62


ESIME


Los resultados de S se obtuvieron de la siguiente ecuación que fue

desarrollada por nosotros:

( ) ( ) 5314731317527531 wwwPwwwPwwwPwwwPS ∗∗∗+∗∗∗+∗+∗+++∗= ...(4.1)

Las variables w1, w3, w5 y w7 son las señales recibidas en el hilo positivo de

cada par. P1, P2, P3 y P4 indican a qué par se le está realizando la prueba.

Entonces usando álgebra de Boole el término ( )7531 wwwP ++∗ indica si el par 1

se encuentra cruzado o no. Si el par está bien deberá recibir pulsos en w3, w5, y

w7. Con esta función confirmamos que el par está en la posición correcta.

Para comprobar si el segundo par está bien tomamos la expresión

( ) 1752 wwwP ∗+∗ que indica que si se envía un tren de pulsos en w3 no se deben

de recibir pulsos en w1 pero sí en w5 y w7.

Para comprobar si el tercer par está bien tomamos la expresión

7313 wwwP ∗∗∗ . En este caso la expresión es más restrictiva ya que se debe

recibir una señal en w7 y no se debe recibir una señal en w1 ni en w3.

Para comprobar si el cuarto par esta bien tomamos la expresión

5314 wwwP ∗∗∗ en este caso la expresión es restrictiva ya que no se debe recibir

una señal en w1 w3 y w5.

Sin embargo se realizaron algunos ajustes, que fueron necesarios ya que

se observaron algunos casos especiales en la práctica. Uno de estos casos son

los puntos donde se indica con una “x” que significa indistinto, ya que allí puede

aparecer cualquier valor. Esto se debe a que los pares pueden estar en corto,

circuito abierto o estar invertidos. Esa información no es confiable hasta que se

compare con las primeras pruebas.

Ahora analizaremos los datos que obtuvimos de la primera prueba de

verificación de un solo par con la segunda prueba de posición de los pares. Para

este análisis se cambiaran los nombres a: w+ = A y w- = B. Y tomando la variable S

63


ESIME


tenemos la tabla 4.2. En esta tabla analizamos los casos donde S nos indica que

está cruzado; del lado de A y B nos indica el estado del par.

Si un par está en corto o abierto, puede mandar información errónea sobre el

verdadero estado del par. Además si el par esta dañado no es de importancia si

está cruzado el par.

S B A Estado 0 0 0 Abierto 0 0 1 Cruzado0 1 0 Cruzado0 1 1 Corto 1 0 0 Abierto 1 0 1 OK 1 1 0 Inverso 1 1 1 Corto

Tabla 4.2 Tabla donde se muestra el estado real del cable UTP.

Observe que aunque el dispositivo S marque que está cruzado el par tiene

mayor prioridad en el estado de abierto y corto.

4.4 Diseño de un Sistema Para la Revisión de los Pares en el Cable UTP Ya que hemos inferido cómo se llevará a cabo la detección de cada uno de

los estados en el cable UTP, ahora diseñaremos un sistema que sea capaz de

llevar a cabo cada una de las operaciones que se requieren para probar el estado

del cable UTP. Como ya se mencionó con anterioridad, utilizaremos lo que se

llama una máquina de estado algorítmico o mejor conocida cómo ASM.

4.4.1 Procesos que Realiza el Probador

Para realizar el sistema primero debemos definir un bloque que realice el control

de las operaciones y otro bloque que procese los datos obtenidos. A los datos se

les puede definir como elementos discretos que se pueden manipular para llevar a

64


ESIME


cabo tareas de aritmética, lógica, corrimiento y otras tareas similares al

procesamiento de datos. La información de control proporciona señales de mando

que supervisan las diferentes operaciones de la sección de datos; esto es con

objeto de llevar a cabo las tareas deseadas de procesamiento de datos. El diseño

lógico de un sistema digital se puede dividir en dos partes distintas. Una parte se

ocupa del diseño de los circuitos digitales que llevan a cabo las operaciones de

procesamiento de datos. La otra parte se ocupa del diseño de circuito de control

que supervisa las operaciones y sus secuencias[6].

Para iniciar los bloques primero se detalló cómo funcionaria el probador en

forma básica. En la prueba intervienen tres elementos principales: el primero es el

probador ó mapeador de cable UTP, el segundo es el terminador y el tercero es el

cable UTP. Ver Fig. 4.8

Probador decable UTP Terminador

P2+

P2-

P3-

P3+

P4+

P1+

P1-

P4-

w7

w2

w3

w4

w8

w6

w5

w1

Tren de pulsos Pulsos con la información del par

Fig. 4.8 Elementos que se utilizan durante la prueba del cable UTP.

Procedimiento de operación del probador El probador iniciará su operación cuando el usuario presione el botón de

inicio de prueba, en ese momento se iniciara la prueba:

Paso 1.- Envía un tren de pulsos por el hilo w1 y recibe la señal de

respuesta en los hilos w2, w3, w5 y w7. (con estos datos se puede

definir si el par 1 está cruzado)

65


ESIME



respuesta en el hilo w1 (con estos datos se puede conocer el

estado real del par 1).

Paso 3.- Se procesa la información recibida en los dos pasos anteriores y

se determina el estado del par, se guarda sólo el estado del par en

memoria (bien o con error) y se muestra con Leds el tipo de error

ó el estado OK en el par.



definir si el par 2 esta cruzado)



estado real del par 2).


se determina el estado del par, se guarda solo el estado del par en


o el estado OK en el par.






estado del par 3).


se determina el estado del par, se guarda solo el estado del par en


ó el estado OK en el par.




66


ESIME




estado del par 4).


se determina el estado del par, se guarda sólo el estado del par en


o el estado OK en el par.

Paso 13.-El probador termina con la prueba y espera de nuevo a que

presionen el botón.

Los datos que se recibirán en cada prueba dependen de los diferentes

estados que presente los pares en el cable UTP.

4.4.2 Diagrama a Bloques del Hardware

Ya que tenemos definidos qué procesos se llevarán a cabo en el sistema,

ahora lo que queda por definir es cuales son los bloques que realizarán cada

proceso. Para este diseño se presentaron los siguientes bloques:

Control Lógico del Probador.

Procesamiento de Datos.

Exhibición de los Datos Procesados.

Conmutación (Multiplexor Y Desmultiplexor).

Generador de Pulsos Cuadrados.

Terminador.

Véase la figura 4.9 donde se indica en forma gráfica los bloques que

conforma al probador y las relaciones entre cada bloque.

Bloque de control lógico del probador.- Es el encargado de dirigir todos

los procesos en el probador. Se le puede comparar con el director de una orquesta

el cual da los tiempos para cada operación. Le indica a cada bloque los procesos

67


ESIME


que realizará, además de coordinar a cada bloque cuando se intercambian datos.

Este bloque inicia los procesos y determina cuándo la prueba a finalizado.

El bloque de control realiza las siguientes operaciones:

Inicia la prueba cuando el botón de inicio se oprime

Le indica al bloque de conmutación hacia qué hilo debe enviar el tren de

pulsos, por cuales hilos se recibirá la información

Le indica al bloque de Procesamiento de Datos que recibirá datos del

bloque de Conmutación con el fin de que guarde en memoria los datos.

Cuando termina la recolección de datos le indica al bloque de

Procesamiento de Datos que analice y entregue los resultados al bloque de

exhibición de datos. Y le indica a esta misma etapa que almacene el estado

del par. Así sucesivamente para cada par

Cuando termina con el último par, termina con la prueba y vuelve a esperar

a que alguien presione el botón.

Bloque de procesamiento de datos.- Es el encargado de recibir,

almacenar y analizar la información recibida de la etapa de conmutación. Y

después de analizar la información le indica a la etapa de exhibición de datos cual

es el estado del par. Cuando analiza los datos determina cuál es el estado de los

pares y le indica al bloque de exhibición de datos que indique el estado del par.

Por ejemplo: cuando se revisa el primer par (Se envía un tren de pulsos en

w1 y después en w2) se analizan los datos obtenidos en: w1, w2, w3, w5 y w7. Con

estos datos determina el estado del par, después le indica al bloque de exhibición

de datos que indique el estado del par.

Bloque de exhibición de datos.- Es el encargado de recibir los datos que

envía la etapa de procesamiento de datos, indica mediante leds el estado del par

que se revisa, guarda y despliega si los pares presentaron alguna falla.

68


ESIME


Bloque de conmutación es el encargado de conducir las señales del

generador de pulsos cuadrados, los pares del cale UTP y la etapa de

procesamiento de datos. Por ejemplo: encamina los pulsos de reloj hacia los pares

que están en prueba y simultáneamente encamina los datos recibidos hacia al

bloque de procesamiento de datos.

Control Lógicodel probador

Con

mut

ació

n(M

ultip

lexa

ción

y D

emul

tiple

xaci

ón)

Procesamiento deDatos

Exhibición de Datos

Generadorde pulsosCuadrados

pulsoscuadrados

Línea de control

Terminador

Pares a ser revisados

Líne

a de

con

trol

Línea de Control

Inicio

Bien

Corto

Invertido

Cruzado

Abierto

Bien

Mal

Esta

do P

ar 1

Esta

do P

ar 2

Esta

do P

ar 3

Esta

do P

ar 4Bien

Corto

Invertido

Cruzado

Abierto

Bien

Mal

Esta

do P

ar 1

Esta

do P

ar 2

Esta

do P

ar 3

Esta

do P

ar 4

Fig 4.9 Bloques que conforman al probador de cable UTP, así como los lazos que se tiene entre cada uno.

Bloque Generador de Pulsos. Este bloque es el encargado de generar los

pulsos cuadrados necesarios para la detección de los estados.

Bloque Terminador. Esta es una de las parte importantes del probador.

Ya que es la que hace posible detectar los diferentes estados en el cable UTP. Por

ejemplo: si el par estuviera invertido o cruzado, el terminador enviará una

69


ESIME


combinación de pulsos única en los alambres w2, w3, w5, w7. Esta combinación

hace posible que se pueda detectar el estado del par.

4.4.3 Diseño del Sistema Basado en la Máquina de Estado

Algorítmico (ASM)

Una máquina de estado algorítmico es un circuito secuencial el cual

contiene la estructura básica de un sistema digital [6]. Donde las secuencias de

control y las tareas de procesamiento de datos de un sistema digital se especifican

mediante un algoritmo en el hardware. Un algoritmo de hardware consta de un

número finito de pasos que indican cómo obtener la solución a un problema en

particular. Para nuestro sistema utilizaremos el diagrama de máquina de estado

algorítmico, el cual es un diagrama de flujo que nos define el algoritmo de

hardware.

Para diseñar el diagrama de flujo primero deberemos definir las variables a

manejar en cada bloque. Con el fin de determinar los procesos que se llevarán a

cabo, después se colocarán en el diagrama de flujo los pasos a seguir para

efectuar el mapeo con los valores que se obtendrán en cada variable. Ver Fig.

4.10.

Diagrama de flujo:

Son tiempos muertos de T=0000 hasta T=0010, estos pulsos se dejaron sin

instrucciones por si se requería mas adelante programar algo dentro de estos

tiempos.

En el tiempo T0= 0011 Los registros P quedan de la siguiente forma con el fin de indicar que par

esta revisando que en este caso es el par 1 con P1=1.

P1=1,P2=0,P3=0,P4=0

70


ESIME


Además el bloque de control le indica al bloque de conmutación que envié

un tren de pulsos por w1 y que almacene la información recibida en los cables w2,

w3, w5 y w7.

Se realiza la operación con la ecuación 4.1 y se almacena el resultado en

un registro S y en una variable A se guarda lo que se recibió en w2.

S=S(P1,P2,P3,P4, w3, w5, w7)

A = w2

En el Tiempo T1=0100

El sistema de control le indica al bloque de conmutación que envié un tren

de pulsos por el hilo w2 y que recupere los datos en el hilo w1.almacenándolo en

un registro B.

B = w1

En el Tiempo T1=0101

Se analizan los datos A, B, S con el propósito de obtener el estado del par

para esto utilizamos los valores de la tabla 4.2 y en ese mismo instante le indica

al bloque de exhibición de Datos que muestre el estado del par y que guarde en

memoria si el par esta Bien o esta dañado.

Estos son los 3 pasos básicos para revisar un par, estos pasos se repiten

en los tiempos T3 = 0110, T6 = 0110, T9 = 0110 respectivamente. Las diferencias

que existen en cada paso son las siguientes:

El estado del registro P cambia según el Par que se esta revisando. Por

ejemplo:

Si se revisa el par 2 el registro P presenta el siguiente valor

P1=0,P2=1,P3=0,P4=0.

71


ESIME


Si se revisa el par 4 el registro P presenta el siguiente valor

P1=0,P2=0,P3=0,P4=1

Y cuando el sistema llega al tiempo T= 1001 el sistema reinicia el reloj en

T=0000 y espera a que vuelvan a accionar el botón.

72


ESIME


I

¿presionóel boton?

No

Si

P1=1,P2=0,P3=0,P4=0

El sistema de control le indicaal bloque de conmutación que envie un tren de pulsos por w1y que recupere la informacion

por w2, w3, w5 y w7Se realiza la operación y se almacena

S=S(P1,P2,P3,P4, w3, w5, w7)A = w2

El sistema de control le indicaal bloque de conmutación que envie un tren de pulsos por w2

y que recupere los datospor w1.B = w1

T0 = 0011

T1 = 0100

T2 = 0101

Se analizan los datos A, B, S con elproposito de obtener el estado del pary en ese mismo instante le indica al bloque de exhibicion de datos que muestre el estado del par y que

guarde en memoria si el par esta bien o esta dañado.S B A Estado0 0 0 Abierto0 0 1 Cruzado0 1 0 Cruzado0 1 1 Corto1 0 0 Abierto1 0 1 OK1 1 0 Inverso1 1 1 Corto



y

m

Fig. 4.10. Diagrama de flujo que muestra los procesos que se realizan para la revisión de los pares (continua).

73


ESIME


P1=0,P2=1,P3=0,P4=0

El sistema de control le indicaal bloque de conmutacion que envie un tren de pulsos por w3y que recupere la informacion


S=S(P1,P2,P3,P4, w1, w5, w7)A = w4


por w3.B = w3

T3 = 0110

T4 = 0111

T5 = 1000





m

n

Fig. 4.10. Diagrama de flujo que muestra los procesos que se realizan para la revisión de los pares (continuación).

74


ESIME


P1=0,P2=0,P3=1,P4=0



S=S(P1,P2,P3,P4, w1, w3, w7)A = w6


por w5.B = w5

T6 = 1100

T7 = 1101

T8 = 1110





n

o


75


ESIME


P1=0,P2=0,P3=0,P4=1



S=S(P1,P2,P3,P4, w1, w3, w5)A = w8


por w7.B = w7

T9 = 1001

T10 = 1010

T11 = 1011





o

y


76


ESIME


Ya que hemos obtenido el diagrama de flujo con los procesos, el último

paso que nos queda es diseñar los circuitos lógicos de cada bloque.

4.4.4 Diseño del Circuito Digital del Probador de Cable UTP

Generador de pulsos.- Este se compone de un LM 555 el cual genera un

tren de pulsos de 8 Khz con el cual se sensará al medio.

Bloque de conmutación.- Este bloque se encuentra compuesto de dos

4066 y un arreglo de compuertas con el 74362. El primer 4066 y esta conectado a

los pares positivos w1, w3, w5 y w7 de un lado y del otro se unen las salidas. El

segundo 4066 y esta conectado a los pares positivos w2, w4, w6 y w8 y del otro

lado se encuentran unidas las salidas. Con las compuertas se realiza un circuito

que puede conmutar el generador de pulsos y la salida del dato obtenido. La

distribución de las líneas de entrada y salida el bloque de conmutación se muestra

en la Fig. 4.11.

Blo

que

de c

onm

utac

ión w1

w3w5w7

w1w3w5w7

w2w4w6w8

w2w4w6w8

Generador de PulsosSeñal recibida

Líne

as d

e co

ntro

l

x, y

, a, b

, c, d

,

Fig. 4.11 Figura en donde se muestra la distribución de las líneas en el bloque de

conmutación. Bloque de Procesamiento de Datos.- Este bloque procesa los datos

recibidos por la etapa de conmutación. El registro S se obtiene al comparán los

77


ESIME


datos obtenidos en los pares w2, w4, w6, w8, con dos memorias ROM 2716.

Después los datos S, A y B son almacenados en memorias 7475. Y son

interpretadas por un decodificador 4028 y compuertas OR 7432. Estas compuertas

entregan los datos procesados a la etapa de exhibición de datos. Ver Fig. 4.12.

Etapa de procesamientode datos

Hacia la Etapa de exhibición Corto

Abierto InvertidoCruzado

OK

ABS

Línea de control Fig.4.12 Distribución de las líneas de entrada y salida en la etapa de

procesamiento de datos

Etapa de exhibición de datos.- Esta es la etapa encargada de “desplegar”

los datos obtenidos. Se encuentra compuesta por 13 leds. De los cuales 5 indican

el estado del par (corto, abierto, cruzado, invertido y OK).

Los otros 8 leds guardan un historial de la revisión de cada par

mostrándose rojo o verde para indicar si el par estaba dañado o en buen estado.

Para estos 8 leds se cuenta con un circuito 7475 el cual almacena estos

estados. Para ver la distribución de las líneas vea la Fig. 4.13.

Exhibición de Datos

Bien

Corto

Invertido

Cruzado

Abierto

Bien

Mal

Esta

do P

ar 1

Esta

do P

ar 2

Esta

do P

ar 3

Esta

do P

ar 4Bien

Corto

Invertido

Cruzado

Abierto

Bien

Mal

Esta

do P

ar 1

Esta

do P

ar 2

Esta

do P

ar 3

Esta

do P

ar 4 Corto

Abierto InvertidoCruzadoOK

Líneas de control

Fig. 4.13 distribución de las líneas de entrada del bloque de exhibición de datos

78


ESIME


Bloque de control.- ya que esta es la parte más importante del probador,

debía de cumplir con ciertas características:

Contener un reloj el cual provee los pulsos necesarios para el

contador.

Un contador el cual proveerá la cuenta en binario para el bloque de

memoria.

Una memoria donde se contendrá el programa de control.

El reloj se diseñó con un LM555 con una frecuencia de 1 Hz. Se tiene un

contador 74367 el cual nos dará el conteo desde 0H hasta FH que son los tiempos

Ti desde n = 0 hasta 16 y que aparecen en el diagrama de flujo.

Para este bloque se utilizó una memoria EPROM, donde se encuentra

almacenado el programa que le indica a cada etapa qué llevara a cabo y en que

momento.

En la tabla 4.3 se muestran los datos del programa contenidos en cada memoria,

se indica también el nombre de cada línea de control y su tabla de verdad.

Bloque terminador.- ya fue descrito al inicio del análisis, sólo falta agregar que se

compone de diodos de germanio de alta velocidad.

79


ESIME


Contador Memoria 1 Memoria 2

D C B A x y P1 P2 P3 P4 a b c d Act Stp x' y'

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1

1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1

2 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1

3 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1

4 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0

5 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1

6 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1

7 0 1 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0

8 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1

9 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1

A 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0

B 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1

C 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1

D 1 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0

E 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1

F 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1

Tabla 4.3 Tabla de verdad del programa de control. Se indica qué valor tendrá cada línea dependiendo del Ti que marque el contador.

El siguiente paso fue crear el diagrama eléctrico de cada etapa. Para esto

se realizó un circuito digital que llevara a cabo todas estas funciones. En el anexo

A se muestra el diagrama electrónico del mapeador.

Para el armado del circuito se diseñaron y armaron tres placas de cobre de

doble cara. En la primera placa se encuentra el bloque de control con las dos

memorias ROM donde se encuentran localizado el programa del mapeador, un

contador y el reloj. Ver Fig. 4.14.

80


ESIME


En la segunda placa se encuentran los bloques de conmutación y parte del

bloque de detección. Esta parte es la encargada de detectar el cruce de los

cables. Ver Fig. 4.15

En la tercer placa se encuentra la parte restante del bloque de detección,

se encuentra el bloque de exhibición de datos y el generador del tren de pulsos

Ver Fig.4.16.

Todos los circuitos están contenidos en una caja de plástico, donde

sobresalen únicamente el Jack para conectar el cable para la prueba, los leds para

exhibir los datos obtenidos y un jack para conectar un eliminador opcional. Como

elemento externo, solo, el terminador del extremo Ver Fig.4.17, 4.18. Memorias donde se contiene el

programa de control

Contador

reloj

Fuente de poder

Fig. 4.14. Tarjeta de circuitos lógicos que contiene al bloque de control

Para probar el estado de los pares de un cable de conexión, primero se

deberá conectar como se muestra en la figura 4.18, después se debe presionar el

botón de inicio. En ese momento se inicia la prueba, se debe esperar 1 ó 2

segundos, el probador indicará en los Leds qué par está probando y cuál es el

estado del par: corto, abierto, invertido, cruzado y OK.

Al término de la prueba el probador se detendrá y mostrará en los leds de

estado pares están en mal estado. Verde en buen estado rojo par dañado.

81


ESIME


Memoria donde se almacena la tabla de la variable S

Circuitos de conmutación

Memoria donde se almacenan A,

B y S

Fig. 4.15. Tarjeta de circuitos lógicos que contiene al bloque de conmutación y parte del bloque de procesamiento de datos.

Reloj de pulso de

8 khz

Memorias donde ase almacena el estado de

los pares

Circuitos donde se procesanlos datos de los registros A, B y S. Y donde se determina

el estado del par.

Fig. 4.16. Tarjeta de circuitos lógicos que contiene al bloque de procesamiento de

datos y el bloque de exhibición de los datos.

82


ESIME


Botón de inicio

Leds donde se muestra el estado del par

Leds donde que indican que pares tuvieron problemas

Botón de encendido y apagado

Fig. 4.17. Vista frontal del probador de cable UTP, donde se pueden ver el botón

de inicio, el switch de encendido/apagado, los leds que muestran el estado de los pares y el jack RJ45 donde se conectará el cable a prueba.

Terminador

Probador

Cable sometido a pruebas

Fig. 4.18. Forma en que se conecta una cable de conexión UTP para ser probado.

83


ESIME


4.4.4.1 Pruebas Realizadas con el mapeador. Las pruebas que se realizaron con el probador fueron de tres tipos:

Pruebas Controladas.

Pruebas de Distancia.

Pruebas en Campo.

Pruebas controladas: en este caso se utilizo un cable de interconexión

(Patch Cord) el cual fue cortado a la mitad. Posteriormente ambas mitades se

conectaron en un protoboard y se reprodujeron fallas en los pares: cortos en los

pares, pares abiertos, pares invertidos y pares cruzados.

La Primer prueba consistió en cortocircuitar un par y se detecto cual era el

par con el corto. Posteriormente se fueron cortocircuitando uno a uno los pares y

los detecto sin problema.

La segunda prueba consistió en dejar en circuito abierto cada uno de los

pares se detectaron los pares con circuito abierto sin problema.

La tercer prueba se invirtieron cada uno de los pares se detectaron

correctamente los pares que presentaban este estado.

La cuarta prueba consistió en cruzar los pares, en esta prueba se detecto

sin problema los pares que estaban cruzados.

La quinta prueba consistió en cruzar los pares, cortocircuitarlos, invertirlos y

dejarlos en circuito abierto. En este caso el mapeador indico el estado de mayor

prioridad, por ejemplo:

Si el par estaba cruzado y cortocircuitado el probador indicaba par en

cortocircuito.

84


ESIME


Si el par estaba cruzado y abierto el probador indicaba par en

circuito abierto.

Si el par estaba cruzado e invertido el probador indicaba par invertido

.

Pruebas de distancia: esta prueba se realizo en el edifico inteligente con

un servicio de datos que tenia la distancia máxima permitida de 100 metros con

todo y cables de interconexión. En esta prueba se determino si la señal usada

para la prueba no se atenuaba de tal forma que nos indicara datos erróneos en el

estado de los pares. Al realizar esta prueba no se presentaron errores en el estado

del cable. Todos los pares se encontraban en buen estado.

Pruebas de campo: para llevar a cabo estas pruebas se le proporciono a

uno de los ingenieros del área de conectividad de la Dirección de Computo y

Comunicaciones. Se utilizo el probador durante la instalación de 50 servicios de

datos obteniéndose los siguientes resultados:

48 servicios de datos instalados correctamente.

Solo dos servicios presentaron fallas en los pares (par en circuito

abierto) debido que los conectores RJ-45 se encontraban flojos.

Se utilizo también en la revisión del cableado que se encuentra en la

recepción del edificio inteligente. En este caso solo un servicio de datos presento

fallas en dos de los pares (circuito abierto). Se utilizaron los pares que se

detectaron bien para conectar a la PC a la red de datos.

Con las pruebas realizadas se puede asegurar que el probador presenta un

buen funcionamiento con cables que no sobrepasen la distancia de 100m.

Además de poder detectar la mayor parte de las fallas encontradas en el cable

UTP.

85


ESIME


4.4.5 Propuesta de Diseño del Probador con DSP’s

Como ya se describieron las propiedades y ventajas que presentan los

DPS’s en el diseño de sistemas digitales, a continuación se presenta una

propuesta para implementar el mapeador de cable UTP mediante DSP’s

A pesar de que el DSP pueda desarrollar cualquier proceso, se debe

primero desarrollar la interfaz (Hardware) adecuada para que se pueda

interconectar al cable UTP. Para este diseño se puede utilizar el kit de desarrollo

el DSP TMSC320C5X[18] .

A diferencia del diseño anterior, con estos opción son menos los bloques

requeridos. Además los circuitos electrónicos necesarios son mínimos.

Los bloques requeridos son:

Bloque de conmutación.

Bloque de exhibición de datos que puede contar con el botón de

inicio.

Bloque de Comunicación con el DSP.

Los bloques del diseño anterior, como son el bloque de control Proceso de

datos, generador de señal y reloj, pueden ser programados a nuestra

conveniencia en el DPS. El Kit de desarrollo contiene dos convertidores, uno A/D y

otro D/A como ya se mencionó, con los cuales podemos recibir y enviar señales.

Así que nuestro bloque de conmutación va conectado a estos dos convertidores.

El bloque de exhibición de los datos puede ser meramente Leds y corrimientos de

memoria, inclusive se podría implementar un display alfa numérico.

El bloque de comunicación del DSP es un bloque que se comunica al DSP

vía una conexión serie (RS-232). Este mismo bloque puede controlar a los

86


ESIME


bloques de conmutación y de exhibición de datos. El botón de inicio se puede

implementar de dos formas, a saber:

Una interrupción por software

Una interrupción por Hardware

En la primera se debe implementar un programa que esté listo para iniciar

el mapeo cuando se presente un cierto tipo de código a través del puerto serie.

En la segunda se deberá crear un programa que inicie una secuencia al

detectar que se presenta un estado lógico 1 o 0 en un pin determinado.

El diagrama a bloques se muestra en la figura: 4.19

Blo

que

de c

onm

utac

ión

w1w3w5w7w2w4w6w8 Tren de

Pulsos

Señal recibida

Bien

Corto

Invertido

Cruzado

Abierto

Bien

Mal

Esta

do P

ar 1

Esta

do P

ar 2

Esta

do P

ar 3

Esta

do P

ar 4

Bloque de comunicación

con el DSP

RS-232

Línea de control

Inicio

Línea de control

Blo

que

de c

onm

utac

ión

w1w3w5w7w2w4w6w8

w1w3w5w7w2w4w6w8 Tren de

Pulsos

Señal recibida

Bien

Corto

Invertido

Cruzado

Abierto

Bien

Mal

Esta

do P

ar 1

Esta

do P

ar 2

Esta

do P

ar 3

Esta

do P

ar 4

Bien

Corto

Invertido

Cruzado

Abierto

Bien

Mal

Esta

do P

ar 1

Esta

do P

ar 2

Esta

do P

ar 3

Esta

do P

ar 4

Bloque de comunicación

con el DSP

RS-232

Línea de control

Inicio

Línea de control 4.19 Diagrama a bloques para implementar el Mapeador de dable UTP

Para iniciar se puede utilizar el mismo circuito del bloque de conmutación;

para el caso del display se deberá crear un nuevo circuito, por supuesto mucho

más sencillo que el circuito de exhibición de los datos.

El circuito del bloque de comunicación con el DSP se puede implementar

con el Circuito integrado 74HC595. Este circuito nos convertirá datos serie a forma

paralela. De esta forma podemos controlar tantos dispositivos como queramos

solo habrá que agregar más Circuitos 74HC595.

87


ESIME


La forma como se le indica al probador como se deben llevar a cabo las

pruebas, se realiza por medio de Software. En este caso los bloques los podemos

sustituir por rutinas o macros. Las macros que se requerirán son las siguientes:

Una macro para el control del Bloque de comunicación. Esta misma macro

controlará al bloque conmutador y al de exhibición de datos.

Una macro para generar una señal (cuadrada o senoidal de la frecuencia

que seleccionemos entre 2KHz - 8KHz) en el convertidor D/A, la cual será

enviada por el bloque conmutador de forma multiplexada a los pares.

Una macro para la detección de la señal recibida en el Convertidor A/D. La

señal será recibida a través del bloque conmutador en forma multiplexada

en cada par.

Una macro para el análisis de las señales recibidas.

Se pueden crear nuevos algoritmos para poder verificar una gama mucho

más extensa de posibles estados en los pares; como es la combinación de pares

(split). En el caso del diseño anterior simplemente los marca como “par con error”.

En este caso no se debe cambiar nada del hardware, simplemente se deberá

cambiar la macro de análisis de datos para que podamos detectar otros estados.

88


ESIME


CAPITULO 5 “MEDICIÓN DE LA ATENUACIÓN”

La atenuación esta definida como la perdida de potencia de una señal

cuando pasa por un sistema, medio de transmisión, etc... Normalmente es

proporcional a la distancia. La atenuación es uno de los factores que limitan qué

tan lejos la señal puede ser transmitida. Otro factor que influye es el ancho de

banda que tiene el medio de transmisión. Sí el ancho de banda es muy pequeño la

señal a transmitir estará limitada en su índice de velocidad transmisión. En este

capitulo se muestra la medición de la atenuación desde el dominio de la

frecuencia.

5.1 Modelo de la Línea de Transmisión como un Sistema Lineal determinada por la Función de Transferencia Si tomemos a la línea de transmisión L como una red de dos puertos, lineal

general, sin energía inicial almacenada, suponga una excitación y respuestas

senoidales , las cuales se consideran arbitrariamente como voltajes. Ver Fig. 5.1.

El voltaje de entrada es simplemente ( ) ( )θ+= twAtv xi cos , y la salida puede

describirse en términos generales como ( ) ( )φ+= twBtv xO cos donde la amplitud B

y el ángulo de fase φ son funciones de wx. En forma fasorial, las funciones

correspondientes a las de excitación y de respuesta se pueden resumir en: θj

i AeV = y φjo BeV = ... (5.1)

El cociente de la respuesta fasorial con respecto a función de excitación

fasorial es un numero complejo función de wx:

( ) ( )θφ −== jx

i

o eABwG

VV

...(5.2)

89


ESIME


donde B/A es la amplitud de G y φ - θ es su ángulo de fase. Esta función de

transferencia G(wx) también llamada función de sistema, se puede obtener en el

laboratorio variando la frecuencia wx sobre una gama de valores, y midiendo la

amplitud B/A y la fase φ - θ para cada valor wx. Si después graficáramos estos

parámetros en función de la frecuencia, el par de curvas resultantes (respuesta de

amplitud y respuesta de fase) describiría completamente la función de

transferencia.

Si recordamos este es el método que se utiliza para medir la atenuación en

una línea de transmisión con distancia fija, terminada en su impedancia

característica. En la ecuación 5.3 se muestra la ec. general para medir la

atenuación con respecto al voltaje.

o

i

VV

dBAtenuación 10log20= ... (5.3)

LVi VoZR = ZoZs = Zo R

Fig. 5.1 Representación de la línea de transmisión como un sistema lineal excitado

por una señal senoidal.

Ahora analicemos esta misma línea pero de otra forma. Para el circuito de

la Fig. 5.1, con señales de entrada y salida senoidales se obtendrá la función de

transferencia H(jw). Para esto utilizaremos la definición de H(jw) como el cociente

de las transformadas de Fourier de la salida y la entrada cuando las condiciones

iniciales son cero. A estas dos funciones senoidales del tiempo de la forma

Dcos(wxt +β), se deben obtener las transformadas de Fourier. La transformada de

Fourier de esta función esta dada por:

( ) ( )∫∞

∞−

− +=+ dttweDtwDF xjwt

x ββ coscos ... (5.4)

90


ESIME


Esta transformada de la función coseno la podemos obtener de tablas y tenemos:

( ) ( )[ ]xxwjw

x wwwwetwF x ++−⇔+ δδπβ β /cos .... (5.5)

Con la ec. 5.4 podremos resolver el sistema:

( ) ( ) ( ) i

o

x

x

VV

twAFtwBF

jwH =++

=θφ

coscos

( ) ( )[ ]( ) ( )[ ]

( ) x

x

x

wjw

xxwjw

xxwjw

eAB

wwwwAewwwwBe

/

/

/

θφ

θ

φ

δδπδδπ

−=

++−++−

=

Igualando con la ec 5.2 tenemos:

( ) ( )θφ−= jx e

ABwG

Donde B y φ se evaluaron en w = wx y si evaluamos ( )jwH en w = wx

obtenemos:

( ) ( ) ( )θφ−== jxx e

ABwGwH

como el subíndice no tiene nada de especial, se comprueba que la función

cociente de la transformada de la respuesta sobre la excitación de sistema y la

función de transferencia son idénticas:

( ) ( )wGjwH = ... (5.6)

El hecho de que uno de los argumentos sea w mientras el otro este

indicado jw es intrascendente y arbitrario. La ecuación 5.6 representa a la

respuesta del sistema a las diferentes frecuencias, que fue obtenida a través de

una de las técnicas de la transformada de Fourier. Aunque en este caso las

entradas y las salidas supuestas fueron senoidales las funciones del sistema

obtenidas nos permiten utilizar excitaciones y respuestas no senoidales;

precisamente porque la función de transferencia del sistema es una característica

del mismo y no depende de las formas de onda de excitación y respuesta.

91


ESIME


Con la función del sistema ( )i

o

VV

jwH = podemos medir la atenuación en

todo el rango de frecuencias. Aplicamos 20 log en ambas partes de la ecuación.

( )i

o

VV

jwH 1010 log20log20 = ... (5.7)

Y aplicando esta característica de los algoritmos ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛−=⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛

AB

BA

1010 loglog a la

ecuación anterior tenemos que la atenuación es:

( )o

i

VV

jwHdBAtenuación 1010 log20log20 =−= ...(5.8)

Si se observa la ecuación anterior nosotros podemos encontrar la

atenuación de cualquier sistema con tan solo conocer la función de respuesta de

amplitud de frecuencias del sistema ( )jwH .

Vi

4Ω

Vo2H

Fig. 5.2 Circuito RL

Por ejemplo analicemos el caso del circuito en serie RL mostrado en la

figura 5.8 . se busca la atenuación en este circuito sin conocer el voltaje de

entrada y salida. Se tiene que la función del sistema es:

( )jw

wjViV

jwH o

242+

==

Aplicando la ecuación 5.8 se obtiene que lo siguiente

( )( ) ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

=−=jw

wjjwHdBAtenuación242log20log20 1010

92


ESIME


⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

−=jw

wjdBAtenuación242log20 10

( ) ⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

+−=

210216

2log20w

wdBAtenuación ... (5.9)

5.2 Obtención de la Función de Transferencia Utilizando Diferentes Señales de Excitación. Hasta este punto ya hemos obtenido la relación que existe entre la función

de sistema y la atenuación. También en la sección anterior calculamos la función

de transferencia H(jw) por medio de señales senoidales. El siguiente paso es

buscar una señal con la que podamos obtener al menos la respuesta del circuito

en el rango de frecuencias que nos interesa examinar. En el caso del cable UTP

en el cable Cat 5 es de 1 a 100 MHz. Para este estudio se encontró en forma ideal

que las funciones:

Impulso δ(t)

Sampling Sa(t)

Obteniendo sus transformadas se tiene lo siguiente:

( ) 1⇔tδ ... (5.10)

( ) ( )wGWtSaWW⇔

22π ... (5.11)

donde:

( )⎪⎩

⎪⎨⎧ <<−=

valorotrocualquier

WwWwGW

022

1 ...(5.12)

En la figura 5.3 se muestra las graficas que representan a cada función

tanto en el dominio del tiempo como en la frecuencia.

93


ESIME


5.2.1 Obtención de la Función de Transferencia Utilizando la

Función Impulso

Con la función impulso transformada al dominio de la frecuencia se puede

observar que su función de densidad espectral abarca todo el rango de

frecuencias desde ∞− hasta ∞ . El teorema de convolución establece lo siguiente:

( ) ( ) ( ) ( )wFwFtftf 2121 ⇔∗ ...(5.13)

Se puede ver que la convolución en el dominio del tiempo

corresponde en la frecuencia a una simple multiplicación. f(t)

f(t) = δ(t)

t

F(w)

w

1⇔

f(t)

t

F(w)

w

⇔1

2W

2W−

Wπ2−

Wπ2

π2W

(a)

(b) Fig. 5.3 Las funciones impulso y Sampling con sus correspondientes funciones de

densidad espectral.

Esto equivale a excitar a nuestra línea de transmisión con una función

impulso a la entrada y a la salida obtendríamos la respuesta al impulso. La

transformada de Fourier de esta daría la función de transferencia. Vea la ec 5.14.

( ) ( )jwHjwHtF =)(δ ...(5.14)

Este es un postulado que dice que la convolución de cualquier señal f(t) con

la señal impulso es la misma señal f(t).

94


ESIME


( ) ( ) ( ) ( ) ( )tfdtfdtftt

=−=− ∫∫00

ττδτττδτ ...(5.15)

Obteniendo la señal a la salida y analizándola en el dominio de la

frecuencia podemos obtener la función de transferencia H(jw) y obteniendo ésta se

puede obtener la atenuación.

5.2.2 Obtención de la Función de Transferencia Utilizando la

Función “ Sampling”

Sin embargo en la medición de la atenuación lo que nos interesa es el

comportamiento de la línea de transmisión en un rango determinado de

frecuencias. Por lo tanto solo requerimos la respuesta que presenta la función de

transferencia en ese rango de frecuencias.

Para esto tenemos la función Sampling que se muestra en la figura 5.3 (b),

si se observa la función Sampling crea una ventana en el dominio de la frecuencia

de tamaño W y de amplitud 1. Sin embargo de este rango de frecuencias solo

podemos obtener la mitad ya que la otra mitad se encuentra en la parte negativa.

En este caso utilizando el teorema de convolución obtenemos lo siguiente:

( ) ( ) ( ) ( )wGjwHjwHWtSaWF W=⎭⎬⎫

⎩⎨⎧

22π ...(5.16)

Al llevar a cabo la multiplicación en el dominio de la frecuencia obtenemos

la respuesta (salida) del sistema en la banda de frecuencias deseado. Por ejemplo

si vamos a medir atenuación en el cable UTP entre 1 MHz y 100MHz

establecemos que ( )( ) MHzWMHzW 40010022

ππ =∴=

Con este valor de W se tiene que la amplitud debería de ser al menos de

200,000 volts en la función Sampling y la frecuencia de π400x106 radianes.

Ya que este voltaje excede las especificaciones mínimas dentro del cable

UTP no es factible llevar a cabo esta función.

95


ESIME


5.2.3 Metodología Para Medir la Atenuación en el Cable UTP

Habiendo analizado en este sección los tres tipos de señales que se

podrían ocupar para medir la atenuación se observó lo siguiente:

Señal Senoidal.- Esta señal es una de las señales más robustas

durante la medición de la atenuación. Ya que evalúa en un solo

punto wn en la función de transferencia obteniendo la atenuación en

esa frecuencia. Se puede conocer la respuesta de la función de

transferencia en el intervalo de frecuencia que nos interesa.

Señal Impulso.- Desde el punto de vista ideal este tipo de señal es

la adecuada para determinar la respuesta del sistema en todo el

espectro de frecuencias. Sin embargo no se puede implementar en

sistemas reales ya que no existe un dispositivo capaz de generar una

señal de este tipo. Se pueden hacer aproximaciones con señales

cuadradas con duración muy pequeña sin embargo deben de tener

una amplitud muy grande. Las mediciones dentro del cable UTP no

permite valores altos de voltaje.

Señal Función “Sampling”.- Este tipo de señal fue la que se acercó

más en la determinación de la función de transferencia sin embargo

la amplitud que entrega en el dominio de la frecuencia es muy

pequeña. Esto se puede solucionar agregando amplificadores, pero

esto puede introducir errores en la medición.

Por lo tanto la función que presenta una mejores características para

realizar la medición es la señal senoidal.

96


ESIME


5.3 Propuesta de Medición de la Atenuación Utilizando DSP’s

Los puntos más difíciles a realizar en este análisis en circuitos reales son los

siguientes:

Generar señales complejas como la señal Sampling

Convertir en el Dominio de la Frecuencia a las señales de entrada y

salida

Llevar a cabo el análisis de las señales en el dominio de la frecuencia.

5.3.1 Características de un Sistema DSP

DSP

Memoria

ADC

Puertos

?

Fig. 5.5 Sistema típico de un DSP.

Para realizar las funciones antes mencionadas utilizamos un sistema DSP.

Este sistema está compuesto por los bloque que aparecen en la figura 5.5.

Este sistema se conforma de los siguientes bloques

Chip del DSP[20].- Dentro de el se tienen diferentes elementos de hardware

a continuación se muestran algunos:

Unida Aritmética Central.- Esta es la parte del DSP que realiza las

funciones aritméticas como la multiplicación y las suma. Esta parte

97


ESIME


es la que debido a sus propiedades es mucho mas rápida

comparada con los procesadores. Unidad Aritmética Auxiliar.- Los DSPs por lo general contienen

una unidad aritmética auxiliar. Esta realiza las operaciones

matemáticas y lógicas mientras la unidad aritmética principal esta

ocupada. Puertos Serie.- Los DSPs tienen puertos serie de alta velocidad

para comunicarse con otros DSP’s, Dispositivos de control y

Convertidores de Datos. Se utiliza la comunicación serie en lugar de

los enlaces en paralelo, ya que reducen los problemas de

decodificación de direcciones. Con lo cual podemos tener un gran

número de dispositivos conectados.

Memoria. – La memoria mantiene la información y las instrucciones que

utiliza el DSP. En la memoria se guardan una serie de instrucciones que le dicen

al DSP qué operaciones debe llevar a cabo con los datos.

Convertidores A/D y D/A.- Los convertidores nos permiten comunicarnos

con el mundo exterior. Ya que los DSP’s solo pueden operar con datos digitales,

las señales del exterior tienen que ser convertidas a señales digitales. Y en

sentido opuesto cuando las señales tiene que ser enviadas al exterior estas

deberán ser convertidas en una señal analógica. Existen diferentes tipos de

convertidores a continuación se muestran algunos de ellos:

Convertidor ADC de Dual-slope.- Este método puede producir

conversiones de alta resolución

Convertidor ADC Flash.- Este método compara los voltajes de

entrada con un grupo de voltajes de referencia usando una red de

escalera. Las conversiones son muy rápidas.

98


ESIME


Convertidor ADC sigma Delta.- este tipo de dispositivos utiliza

tecnología digital, lo cual asegura su estabilidad y confiabilidad. A

ellos no les afecta los cambios de temperatura y el envejecimiento

de componentes. Y ya que es una tecnología de tipo digital se

pueden implementar directamente a los DSP’s.

Puertos. – Los puertos de comunicación son necesarios para un sistema

DSP. Información sin procesar llega del exterior por esos puertos y sale de estos

mismos puertos información procesada hacia el exterior. Un sistema DSP puede

enviar datos en serie. El puerto serial acepta datos del procesador y los convierte

en una trama serie ( como lo hacen los módems en las PC’s)

5.3.2 Diseño del Medidor de Atenuación Utilizando un Sistema

DSP

Para implementar el medidor de atenuación en un sistema DSP, este debe

cumplir las siguientes funciones:

Generar una señal Senoidal a diferentes frecuencias.

Detectar y medir el nivel de la señal senoidal a la entrada y salida de

la línea que esta en prueba.

Almacenar y calcular la atenuación en cada frecuencia.

Generación de señales senoidales.- en esta parte el DSP debe de contar con un

generador de señales senoidales. El DSP tiene un convertidor Digital a Analógico

sin embargo las frecuencia máxima que puede soportar es de 8KHz y la

frecuencia para la prueba del cable UTP es en el rango de 1MHz a 100MHz. Para

esto se debe diseñar un circuito oscilador controlado por PLL que pueda generar

señales senoidales en este rango de frecuencias y además que pueda cambiar su

frecuencia. Este bloque debe ser controlado por el DSP.

99


ESIME


Medición de la señal senoidal.- En este caso se propone utilizar un convertidor

FLASH de analógico digital y un buffer donde pueda guardar la información

medida. En este caso no es necesario tener una medición en tiempo real por lo

que el circuito puede estar tomando muestras y guardándolas en el buffer.

Posteriormente el DSP puede analizar la información guardada en el buffer. La

medición de la señal se lleva a cabo en la entrada de la línea y a la salida del

mismo.

Procesamiento de la información.- En este caso la información obtenida por el

convertidor es analizada . Se debe crear un programa dentro del DSP que nos

mida el voltaje pico de la señal enviada y la señal recibida. Posteriormente

calculará la atenuación utilizando la ecuación 5.3. Grabará en un registro el

resultado obtenido y en otro la frecuencia utilizada en la medición.

La medición de la atenuación con este instrumento se deberá llevar acabo según

marca la norma TSB-67 ya explicada anteriormente.

5.3.3 Conclusiones del Capitulo

Analizando a la línea de transmisión como un sistema lineal se obtuvo la

relación que existe entre la atenuación y la función de transferencia.

Se analizaron tres tipos de señales que pudiesen ser utilizados para medir la

atenuación en el dominio de la frecuencia. Estableciéndose que la señal senoidal

es la que presenta las mejores características para medir la atenuación.

Se da una propuesta para armar el medidor de atenuación con un sistema

DSP. Tomando como base las características que presentan este tipo de

sistemas, se definieron los bloques a ser construidos como hardware externo así

como los posibles algoritmos a ser implementados en este sistema.

100


ESIME


CAPITULO 6 “EVALUACIÓN DE RESULTADOS”

6.1 Desempeño del probador Con las pruebas de operación que se describen en la sección 4.4.4.1

llevadas a cabo en la DCyC. Y tomando como base la información obtenida por

parte de los Ingenieros y técnicos se obtuvo lo siguiente:

Ventajas La operación del probador de cable UTP es sencilla.

La exhibición de los datos de la prueba es fácil de leer.

El tamaño del probador es compacto y adecuado para las operaciones en

campo.

En todas las pruebas realizadas: encontró los errores e indicó cual fue la

causa del problema.

Desventajas: La batería se descarga muy rápido.

Los datos que indican el estado del par no pueden permanecer después de

la prueba. Recordemos que el probador sólo muestra el estado del par cuando se

lleva a cabo la prueba; después sólo guarda la información de si esta mal el par o

no.

101


ESIME


6.2 Objetivos alcanzados con el medidor de cable UTP En el diseño del medidor de atenuación se obtuvieron los siguientes

resultados:

Se comprobó matemáticamente que la función de transferencia H(jw) puede

ser utilizado con los cambios adecuados para representar la atenuación en ese

sistema.

Se analizaron las tres señales propuestas para medir la atenuación y se

comprobó que la señal senoidal es la señal adecuada para llevar a cabo la

medición de la atenuación. Las otras dos señales aunque presentan una gran

ventaja al poder medir la atenuación en todo el rango sin tener que ir

incrementando la frecuencia de la señal. Sin embargo la amplitud de la señal

obtenida en el dominio de la frecuencia es muy baja. Por lo que se requeriría de

equipo muy sensible para poder medir correctamente todo el espectro de

frecuencias. Así que se opto por medir la atenuación por medio de señales

senoidales.

Se propone desarrollar un programa de control, el diseño del hardware

necesario para controlar los bloques como el generador de señales, la etapa de

conmutación y el convertidor FLASH.

Si se observa en la figura 4.19 se puede utilizar el mismo diagrama a

bloques para el medidor de la atenuación, solo se requiere añadir un bloque que

genere las señales senoidales a alta frecuencia y en lugar de usar el convertidor

interno del DSP se puede añadir un Convertidor FLASH.

102


ESIME


6.3 Conclusiones Mapeador de Cable UTP Se desarrolló una metodología para realizar el mapeo de cable que es

operacional y puede ser mejorada. Para comprobar esta metodología se

implementó con circuitos lógicos obteniéndose resultados satisfactorios.

El probador desarrollado es flexible ya que se puede reprogramar la forma

en que realiza el mapeo e incluso como lo detecta. Esto posibilita realizarle

mejoras al probador sin tener que cambiar el Hardware.

El probador presenta facilidad en su operación y la exhibición de los

estados se muestra en una forma clara. Sin embargo, todavía se pueden realizar

mejoras en la prueba de los pares.

En este trabajo se presentó una propuesta, donde se indican los

lineamientos que se deben seguir para implementar con DSP’s el probador de

cable UTP. Y se deja como un trabajo a futuro la implementación del probador con

un sistema DSP.

Se debe tomar en cuenta que el diseño de los circuitos que conectaran y

conmutaran cada par en cada prueba deben estar perfectamente acoplados a la

impedancia característica de los pares con el fin de evitar problemas de

atenuación por retorno de señal o mejor conocido como onda estacionaria. La

impedancia característica que marca la norma es de Zo = 100Ω.

103


ESIME


Medidor de atenuación

Se comprobó que la función de transferencia de un sistema esta ligada a la

atenuación. Se analizaron tres señales para medir la atenuación y se determinó

que la señal senoidal es la señal mas adecuada para medir la atenuación.

También se logró obtener parte de la metodología necesaria para medir la

atenuación utilizando un sistema DSP y se determinaron los bloques necesarios

para implementar este medidor.

6.4 Trabajos a futuro El campo de las mediciones dentro del cable UTP es muy extenso en este

trabajo sólo se manejaron dos elementos en la medición del cable UTP:

El mapeo de pares

La atenuación

Sin embargo mediciones como la impedancia, Crosstalk (Diafonía, señal inducida),

skew (Retraso de la señal), la perdida por retorno de señal (onda estacionaria), se

han vuelto vitales sobre todo cuando se transmite a frecuencias mayores que

100MHz. Los sistemas de cableado son día con día mas exigentes en las

características que debe cumplir el cable UTP. Sería de gran utilidad generar un

grupo de investigación en esta área en específico.

Al inicio de este trabajo de tesis se pensaba unir ambos instrumentos de medición:

el mapeador de cable UTP y el Medidor de Atenuación. En un sistema DSP sin

embargo por falta de tiempo y recursos no fue posible terminar el diseño. Así que

se deja para trabajo futro la programación del sistema para que opere en

conjunto; así como el diseño electrónico del oscilador, la etapa de conmutación y

el Convertidor FLASH.

104


ESIME


ANEXO A

Publicaciones Realizadas con el Trabajo de Tesis

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ESIME


106


ESIME


107


ESIME


108


ESIME


109


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110


ESIME


ANEXO B

Norma TSB-67

111


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116


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ANEXO C

Diagrama Electrónico del Mapeador

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ESIME


142


ESIME


Referencias y Bibliografía

[1] Encyclopædia Britannica CD 99 1994–1999 [2] “Development Of Electromagnetic Technology” Encyclopædia Britannica CD 99 1994–1999 [3] “The evolution of Telephone Cable” Copper for Telecommunications, http://telecom.copper.org/evolution.html 2000 [4] “Copper’s Evolving Role in Telecommunications” Copper for Telecommunications, http://telecom.copper.org/cu_evol.htm 1994 [5] “Material Didáctico Para el Curso de Cableado estructurado” Ing. Jorge Fabio de León López, DCyC IPN 1997

[6] “Diseño digital” M. Morris Mano Prentice Hall 1997

[7] “Technical Library” Anixter, http://www.anixter.com/techlib/standard/cabling/d0502p01.htm 2000 [8] “Connecting Network Components”

Microsoft Technet http://www.microsoft.com/technet/winnt/Winntas/Training/NetEssen/netessnc.asp

2000 [9] “Category 5 UTP”

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[10] “Guide to TSB-67” Anixter, Technical Library http://www.anixter.com/techlib/standard/cabling/d0502p05.htm 2000

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144


ESIME


[20] “TMS320C5X User’s Guide” Texas Instrument 1997 [21] “TMS320C5X Assembly Language Tools” Texas Instrument 1997

“diseÑo de mapeador de cable utp y medidor de …

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