escuela de ciencias bÁsicas e ingenierÍa...

ESCUELA DE CIENCIAS BSICAS E INGENIERA

ESPECIALIZACIN EN GERENCIA INFORMTICA

ASIGNATURA: Redes y Comunicaciones

CORPORACIN UNIVERSITARIA REMINGTON

DIRECCIN PEDAGGICA

Este material es propiedad de la Corporacin Universitaria Remington (CUR), para los estudiantes de la CUR

en todo el pas.

2011

Corporacin Universitaria Remington Direccin Pedaggica

Redes y comunicaciones Pg. 5

Corporacin Universitaria Remington - Calle 51 51-27 Conmutador 5111000 Ext. 2701 Fax: 5137892. Edificio Remington

Pgina Web: www.remington.edu.co - Medelln - Colombia

CRDITOS

El mdulo de estudio de la asignatura Redes y comunicaciones de la Especializacin en Gerencia Informtica es propiedad de la Corporacin Universitaria Remington. Las imgenes fueron tomadas de diferentes fuentes que se relacionan en los derechos de autor y las citas en la bibliografa. El contenido del mdulo est protegido por las leyes de derechos de autor que rigen al pas. Este material tiene fines educativos y no puede usarse con propsitos econmicos o comerciales.

AUTOR

Javier Ospina Moreno. Tecnlogo en Sistemas de la Corporacin Universitaria Remington Ingeniero de Sistemas Diplomado en Diseo Curricular. Corporacin Universitaria Rmington, Diplomado en Pedagoga para profesionales docentes (MEN) Especialista en Sistemas. Corporacin Universitaria Rmington, Docente de la organizacin Rmington desde enero 18 de 1993 hasta la fecha. Docente de Actuarfamiempresas actualmente interactuar Docente de Politcnico Jaime Isaza Cadavid desde 2003 hasta 2007.Docente de Tecnolgico de Antioquia desde 2003 hasta 2007.Docente de Tecnologa e informtica y emprendimiento en educacin bsica Correo electrnico Nota: el autor certific (de manera verbal o escrita) No haber incurrido en fraude cientfico, plagio o vicios de autora; en caso contrario eximi de toda responsabilidad a la Corporacin Universitaria Remington, y se declar como el nico responsable.

RESPONSABLES

Jorge Mauricio Seplveda Castao

Director del programa Escuela de Ciencias Bsicas e Ingeniera

Director Pedaggico Octavio Toro Chica [email protected] Coordinadora de Medios y Mediaciones Anglica Ricaurte Avendao [email protected]

GRUPO DE APOYO

Personal de la Unidad de Medios y Mediaciones EDICIN Y MONTAJE Primera versin. Febrero de 2011.

Derechos Reservados

Esta obra es publicada bajo la licencia CreativeCommons. Reconocimiento-No Comercial-Compartir Igual 2.5 Colombia.

mailto:[email protected]:[email protected]





TABLA DE CONTENIDO

1. MAPA DE LA ASIGNATURA ............................................................................................. 8

2. UNIDAD 1 HISTORIA DE LAS COMUNICACIONES E INTRODUCCIN A LAS SEALES .......... 9

2.1. Historia de las Comunicaciones............................................................................................. 10

2.2. Introduccin a las Seales ..................................................................................................... 14

2.2.1. Modelo de Un Sistema de Comunicaciones .......................................................................... 14

2.2.2. Elementos bsicos de un sistema de comunicaciones .......................................................... 15

2.3. Ejercicios por temas .............................................................................................................. 30

2.4. Actividad ................................................................................................................................ 32

2.5. Medios de Comunicacin, Lneas y Modos de Transmisin ................................................. 33

2.6. Medios de Comunicacin ...................................................................................................... 34

2.6.1. Principios De La Teora De La Comunicacin ........................................................................ 34

2.6.2. Clasificacin de los Medios de Comunicacin ....................................................................... 36

2.6.3. Especificaciones de cables .................................................................................................... 38

2.6.4. Medios de fibra ptica .......................................................................................................... 43

2.7. Lneas Modos de Transmisin ............................................................................................... 60

2.7.1. Lneas de Conexin .............................................................................................................. 60

2.7.2. Tcnicas de transmisin ........................................................................................................ 64

2.7.3. Tipos de conexin .................................................................................................................. 65

2.8. Ejercicios por Temas .............................................................................................................. 67

2.9. Actividad ................................................................................................................................ 72

3. UNIDAD 2 EVOLUCIN DE LAS REDES Y CONCEPTOS ..................................................... 73

3.1. Redes y sus Clasificaciones .................................................................................................... 74

3.1.2. Redes ..................................................................................................................................... 75

3.1.2.1 Concepto De Red ................................................................................................................... 75

3.2. Estndares de Cableado, Interconectividad y Dispositivos de Interconexin ...................... 84

3.2.1. Estndares de Cableado (par trenzado Utp) ......................................................................... 84

3.3. Modelo Ethernet ................................................................................................................... 96





3.3.1. Arquitectura de Red Ethernet ............................................................................................... 96

3.4. Ejercicios por temas ............................................................................................................ 100

3.5. Llenen el siguiente cuadro segn las especificaciones del modelo ETHERENT .................. 105

3.6. Actividad .............................................................................................................................. 109

4. UNIDAD 3 MODELO DE REFERENCIA OSI Y TCP/IP ....................................................... 116

4.1. Modelo de Referencia Osi ................................................................................................... 116

4.1.1. Las capas del modelo OSI .................................................................................................... 118

4.2. Modelo Tcp/Ip ..................................................................................................................... 121


5. UNIDAD 4 DIRECCIONAMIENTO IP YANLISIS DISEO E IMPLEMENTACIN DE REDES . 127

5.1. Direccionamiento Ip ............................................................................................................ 127

5.2. Diseo e Implementacin de Redes .................................................................................... 135


6. LISTA DE SIGLAS Y ABREVIATURAS ............................................................................. 140

7. PISTAS DE APRENDIZAJE ............................................................................................ 141

8. GLOSARIO ................................................................................................................. 142

9. BIBLIOGRAFA ............................................................................................................ 151





1. MAPA DE LA ASIGNATURA

REDES Y COMUNICACIONES

PROPSITO GENERAL DEL MDULO

Busca establecer relaciones entre los elementos de las comunicaciones y las redes de datos por

medio de la fundamentacin conceptual y prctica para desarrollar la capacidad de analizar,

disear y montar pequeas y grandes redes.

OBJETIVO GENERAL

Analizar el funcionamiento de las Comunicaciones y La redes del pas partiendo de la

investigacin y la interpretacin de la realidad tecnolgica en el contexto actual.

OBJETIVOS ESPECFICOS

Conocer cmo surgieron las comunicaciones, que sistemas de comunicaciones hay, que elementos

las conforman, adems los diferentes conceptos utilizados en telecomunicaciones...

Innovar en las telecomunicaciones, analizando, adaptando e incorporando a la prctica los avances

tecnolgicos en los procesos de la empresa u Organizacin.

Tener claro la evolucin de las redes, que es una red y como est compuesta; diferenciar entre

tipologas y topologas de redes.

Tener claro que es el modelo de referencia OSI, como est conformado y que funcin cumple cada

una de sus capas, y cul es su similitud o diferencia con el modelo TCP/IP.

Adquirir los conceptos de que es una direccin IP y como est conformada, diferenciar las clases

de direcciones IP; saber definir una mscara de red y cules son las que existen por defecto.

Quedar en capacidad de hallar subredes de acuerdo a las necesidades que le exija el medio a

donde se mueva.

UNIDAD 1 HISTORIA DE

LAS

COMUNICACIO

NES E

INTRODUCCI

N A LAS

SEALES

UNIDAD 2 MEDIOS DE

COMUNICACI

N

UNIDAD 3 EVOLUCIN

DE LAS REDES

UNIDAD 4

Modelo de

referencia

OSI y TCp/ip

UNIDAD 5 DIRECCIONAM

IENTO IP

YANLISIS,

DISEO E

IMPLEMENTAC

IN DE REDES





2. UNIDAD 1 HISTORIA DE LAS COMUNICACIONES E INTRODUCCIN A LAS

SEALES

Objetivo General

Conocer cmo surgieron las comunicaciones, que sistemas de comunicaciones hay, que

elementos las conforman, adems los diferentes conceptos utilizados en

telecomunicaciones...

Objetivos Especficos

Conocer la historia y la evolucin de las comunicaciones definiendo los trminos bsicos

utilizados en las telecomunicaciones

Definir que es un modelo de sistema de comunicacin y sus componentes, identificando el

Teorema de Nyquist (Teorema de muestreo), su utilidad y teniendo en cuenta los

diferentes procesos realiza conversiones Analgico-Digital.

Prueba Inicial

1. Conoce sobre la cronologa y la evolucin de las comunicaciones? Si___ No___

2. A partir de que invento se da nacimiento a las comunicaciones elctricas? Si___ No___.

3. Sabe cules son los elementos bsicos de un sistema de comunicacin? Si___ No___.

4. Sabe cules son los elementos de un sistema de comunicacin elctrico? Si___ No___.

5. Sabe que es Telecomunicaciones? Y qu terminologa bsica se debe manejar para

entenderla? Si___ No___.

6. Sabe qu es una seal y que elementos la contaminan? Si___ No___.

7. Sabe que es Modulacin, Para que se Modula y que clase de modulaciones existen? Si___

No___.

8. Tiene claro que es el ancho de banda y cules son sus limitaciones? Si___ No___.

9. Sabes en qu consiste el Teorema de Nyquist (Teorema de muestreo)? Si___ No___.

10. Sabes cul es la diferencia entre una seal analgica y una digital y como se convierte de

una a la otra? Si___ No___.





2.1. Historia de las Comunicaciones

http://www.eveliux.com/mx/curso-de-telecomunicaciones-y-redes.php

5000 A.C. PREHISTORIA. El hombre prehistrico se comunicaba por medio de gruidos y otros

sonidos (primera forma de comunicacin). Adems, con seales fsicas con las manos y otros

movimientos del cuerpo.

"la comunicacin a grandes distancias era bastante compleja".

3000 A.C. egipcios: representaban las ideas mediante smbolos (hieroglyphics), as la informacin

podra ser transportada a grandes distancias al ser transcritas en medios como el papel papiro,

madera, piedras, etc.

"ahora los mensajes pueden ser enviados a grandes distancias al llevar el medio de un lugar a

otro".

1,700 - 1,500 A.C Un conjunto de smbolos fue desarrollado para describir sonidos individuales, y estos smbolos son la primera forma de ALFABETO que ponindolos juntos forman las PALABRAS. Surgi en lo que es hoy Siria y Palestina.

"la distancia sobre la cual la informacin es movida, sigue siendo todava limitada".

GRIEGOS Desarrollan la Heliografa (mecanismo para reflejar la luz del sol en superficies brillosas

como los espejos).

"Aqu tambin el Transmisor y el Receptor debern conocer el mismo cdigo para entender la

informacin".

430 D.C. Los ROMANOS utilizaron antorchas (sistema ptico telegrfico) puestas en grupos

apartados a distancias variantes, en la cima de las montaas para comunicarse en tiempos de

guerra.

Cuando la heliografa o las antorchas romanas fueron usadas "el enemigo" poda ver la

informacin (descifrar), y as fue introducido el concepto de CODIFICACIN.

Este tipo de comunicacin se volva compleja, cuando se quera mover informacin a muy grandes

distancias (se haca uso en ocasiones de repetidores).

1500s AZTECAS Comunicacin por medios, mensajes escritos y llevados por hombres a pie.

FRICA Y SUDAMRICA: Comunicacin por medios acsticos (tambores y cantos).





NORTEAMRICA Los indios de Norteamrica hacan uso de seales de humo.

"Estos dos ltimos tipos de comunicacin funcionaban mientras el sonido del tambor se escuchaba

o las seales de humo se vean".

1860s Sistemas pticos Telegrficos (uso de banderas, o semforos) por la caballeria de EUA.

1860 (Abril 3) : Comunicacin (mensajera) va caballos (PONY Express). La idea era proveer el

servicio ms rpido de entrega de correo entre las ciudades de St. Joseph, Missouri, y Sacramento,

California. El servicio termino a finales de Octubre de 1861 al empezar el telgrafo en los EUA.

Referencia [1].

Historia de las redes informticas

http://www.cisco.com/en/US/docs/internetworking/technology/handbook/Intro-to-Internet.html

La historia de networking informtica es compleja. Participaron en ella muchas personas de todo el mundo a lo largo de los ltimos 35 aos. Presentamos aqu una versin simplificada de la evolucin de la Internet.

En la dcada de 1940, los computadores eran enormes dispositivos electromecnicos que eran propensos a sufrir fallas. En 1947, la invencin del transistor semiconductor permiti la creacin de computadores ms pequeos y confiables. En la dcada de 1950 los computadores mainframe, que funcionaban con programas en tarjetas perforadas, comenzaron a ser utilizados habitualmente por las grandes instituciones. A fines de esta dcada, se cre el circuito integrado, que combinaba miles y hasta millones de transistores en un pequeo semiconductor. En la dcada de 1960, los mainframes con terminales eran comunes, y los circuitos integrados comenzaron a ser utilizados de forma generalizada.

Hacia fines de la dcada de 1960 y durante la dcada de 1970, se inventaron computadores ms

pequeos, denominados minicomputadores, aunque seguan siendo muy voluminosos en

comparacin con los estndares modernos. En 1977, la Apple Computer Company present el

microcomputador, conocido tambin como computador personal. En 1981 IBM present su

primer computador personal.

A mediados de la dcada de 1980 los usuarios con computadores autnomos comenzaron a usar mdems para conectarse con otros computadores y compartir archivos. Estas comunicaciones se denominaban comunicaciones punto-a-punto o de acceso telefnico. El concepto se expandi a travs del uso de computadores que funcionaban como punto central de comunicacin en una conexin de acceso telefnico. Estos computadores se denominaron tableros de boletn, y los usuarios se conectaban a dichos tableros de boletn, donde depositaban y levantaban mensajes, adems de cargar y descargar archivos. La desventaja de este tipo de sistema era que haba poca comunicacin directa, y nicamente con quienes conocan el tablero de boletn. Otra limitacin era la necesidad de un mdem por cada conexin al computador del tablero de boletn. Si cinco personas se conectaban simultneamente, hacan falta cinco mdems conectados a cinco lneas






telefnicas diferentes. A medida que creca el nmero de usuarios interesados, el sistema no pudo soportar la demanda. Imagine, por ejemplo, que 500 personas quisieran conectarse de forma simultnea. A partir de la dcada de 1960 y durante las dcadas de 1970, 1980 y 1990, el Departamento de Defensa de Estados Unidos (DoD) desarroll redes de rea amplia (WAN) de gran extensin y alta confiabilidad, para uso militar y cientfico. Esta tecnologa era diferente de la comunicacin punto-a-punto usada por los tableros de boletn. Permita la internetworking de varios computadores mediante diferentes rutas. La red en s determinaba la forma de transferir datos de un computador a otro. En lugar de poder comunicarse con un solo computador a la vez, se poda acceder a varios computadores mediante la misma conexin. La WAN del DoD finalmente se convirti en la Internet.





www.cisco.com/en/US/docs/internetworking/technology/handbook/Intro-to-Internet.html

2.2. Introduccin a las Seales

2.2.1. Modelo de Un Sistema de Comunicaciones


La Comunicacin es la transferencia de informacin con sentido desde un lugar (remitente,

fuente, originador, fuente, transmisor) a otro lugar (destino, receptor). Por otra parte Informacin

es un patrn fsico al cual se le ha asignado un significado comnmente acordado. El patrn debe

ser nico (separado y distinto), capaz de ser enviado por el transmisor, y capaz de ser detectado y

entendido por el receptor.

Si la informacin es intercambiada entre comunicadores humanos, por lo general se transmite en

forma de sonido, luz o patrones de textura en forma tal que pueda ser detectada por los sentidos

primarios del odo, vista y tacto. El receptor asumir que no se est comunicando informacin si

no se reciben patrones reconocibles.

En la siguiente figura se muestra un diagrama a bloques del modelo bsico de un sistema de

comunicaciones, en ste se muestran los principales componentes que permiten la comunicacin.

http://www.cisco.com/en/US/docs/internetworking/technology/handbook/Intro-to-Internet.htmlhttp://www.eveliux.com/mx/curso-de-telecomunicaciones-y-redes.php





2.2.2. Elementos bsicos de un sistema de comunicaciones

2.2.2.1 Elementos del Sistema

En toda comunicacin existen tres elementos bsicos (imprescindibles uno del otro) en un sistema

de comunicacin: el transmisor, el canal de transmisin y el receptor. Cada uno tiene una funcin

caracterstica.

El Transmisor pasa el mensaje al canal en forma se seal. Para lograr una transmisin eficiente y

efectiva, se deben desarrollar varias operaciones de procesamiento de la seal. La ms comn e

importante es la modulacin, un proceso que se distingue por el acoplamiento de la seal

transmitida a las propiedades del canal, por medio de una onda portadora.

El Canal de Transmisin o medio es el enlace elctrico entre el transmisor y el receptor, siendo el

puente de unin entre la fuente y el destino. Este medio puede ser un par de alambres, un cable

coaxial, el aire, etc. Pero sin importar el tipo, todos los medios de transmisin se caracterizan por

la atenuacin, la disminucin progresiva de la potencia de la seal conforme aumenta la distancia.

La funcin del Receptor es extraer del canal la seal deseada y entregarla al transductor de salida

Como las seales son

frecuentemente muy dbiles,

como resultado de la atenuacin,

el receptor debe tener varias

etapas de amplificacin. En todo

caso, la operacin clave que

ejecuta el receptor es la

demodulacin, el caso inverso del

proceso de modulacin del transmisor, con lo cual vuelve la seal a su forma original

Elementos de un sistema de comunicaciones elctricas

Definiciones de trminos bsicos utilizados en las telecomunicaciones:

Sistema de transmisin de datos: El conjunto de componentes que hacen posible la conduccin

de seales de datos, en uno o en varios sentidos, utilizando, para ello, vas las generales de

telecomunicacin.

Seal: Cualquier evento que lleve implcita cierta informacin.

Canal: Medio por el cual se transmite la informacin.





Transductor: Dispositivo que convierte algn tipo de energa en una seal elctrica.

Decibel: Unidad para medir la intensidad relativa de una seal, tal como potencia, voltaje, etc. El

nmero de decibeles es diez veces el logaritmo (base 10) de la relacin de la cantidad medida al

nivel de referencia.

Modulacin: Proceso mediante el cual se utiliza la seal de banda base para modificar algn

parmetro de una seal portadora de mayor frecuencia.

Seal portadora: Seal senoidal de alta frecuencia a la cual usualmente se hace que vare alguno

de sus parmetros (amplitud, frecuencia, fase), en proporcin a la seal de banda base.

Modulacin en Amplitud (AM): En este tipo de modulacin, el parmetro de la portadora que

vara es su amplitud.

Modulacin en Frecuencia (FM): En este tipo de modulacin, el parmetro de la portadora que

vara es su frecuencia.

Modulacin en Fase (PM): En este tipo de modulacin, el parmetro de la portadora que vara es

su fase.

Seal de banda base: La seal elctrica que se obtiene directamente desde la fuente del mensaje

(no tiene ningn tipo de modulacin).

Seal analgica: Aquella seal cuya forma de onda es continua.

Seal digital: Aquella seal cuya forma de onda es discreta.

Periodo: Es el tiempo requerido para un ciclo completo de una seal elctrica o evento.

Frecuencia: Representa el nmero de ciclos completos por unidad de tiempo de una seal

elctrica. Se expresa generalmente en Hertz (ciclos/segundo).

Longitud de Onda: Es la longitud en metros que existe entre cresta y cresta de una seal elctrica.

La longitud de onda es igual a la velocidad de la luz entre la frecuencia.

Donde: es la longitud de onda en mts.

c es la velocidad de la luz (3x108 mts/seg)

f es la frecuencia (1Hertz=1/seg)..

Atenuacin: Disminucin C amplitud de una seal al pasar a travs de un circuito o canal, debida a

resistencias, fugas, etc. Puede definirse en trminos de su efecto sobre el voltaje, intensidad o

potencia. Se expresa en decibeles sobre unidad de longitud.





Ancho de banda del Canal: Es el rango de frecuencias que ste puede transmitir con razonable

fidelidad.

Ancho de banda de una seal: Es el rango de frecuencias que contienen la mayor cantidad de

potencia de la seal.

Limitaciones de los canales de comunicacin: Ruido, y la Capacidad del canal.

Ruido: Toda energa elctrica que contamina la seal deseada (ruido trmico, ruido elctrico,

interferencia, distorsin, etc.).

Interferencia: Es cualquier perturbacin en la recepcin de una seal en forma natural o artificial

(hecha por el hombre) causada por seales indeseables.

Relacin seal a ruido: Relacin de la potencia de la seal deseada a la potencia de ruido en un

punto especfico y para unas condiciones especficas en un punto dado.

Capacidad del Canal: ndice de transmisin de informacin por segundo.

Este dado por la ecuacin de Shannon:

Donde: C es la capacidad del canal en bps.

B es el ancho de banda en Hz

S/R es la relacin seal a ruido en dB

Espectro radioelctrico: Gama de frecuencias que permite la propagacin de las ondas

electromagnticas. La asignacin de estas frecuencias est estandarizada por organismos

internacionales.

Contaminaciones de La Seal

Existen buenas razones y bases para separar estos tres efectos, de la manera siguiente:

Distorsin: Es la alteracin de la seal debida a la respuesta imperfecta del sistema a ella misma. A

diferencia del ruido y la interferencia, la distorsin desaparece cuando la seal deja de aplicarse.

Interferencia: Es la contaminacin por seales extraas, generalmente artificiales y de forma similar a las de la seal. El problema es particularmente comn en emisiones de radio, donde pueden ser captadas dos o ms seales simultneamente por el receptor. La solucin al problema





de la interferencia es obvia; eliminar en una u otra forma la seal interferente o su fuente. En este caso es posible una solucin perfecta, si bien no siempre prctica.

Ruido: Por ruido se debe de entender las seales aleatorias e impredecibles de tipo elctrico

originadas en forma natural dentro o fuera del sistema. Cuando estas seales se agregan a la seal

portadora de la informacin, sta puede quedar en gran parte oculta o eliminada totalmente. Por

supuesto que podemos decir lo mismo en relacin a la interferencia y la distorsin y en cuanto al

ruido que no puede ser eliminado nunca completamente, ni an en teora.

Modulacin

Muchas seales de entrada no pueden ser enviadas directamente hacia el canal, como vienen del

transductor. Para eso se modifica una onda portadora, cuyas propiedades se adaptan mejor al

medio de comunicacin en cuestin, para representar el mensaje.

Definiciones:

"La modulacin es la alteracin sistemtica de una onda portadora de acuerdo con el mensaje

(seal modulada) y puede ser tambin una codificacin"

"Las seales de banda base producidas por diferentes fuentes de informacin no son siempre adecuadas para la transmisin directa a travs de un a canal dado. Estas seales son en ocasiones fuertemente modificadas para facilitar su transmisin."

Una portadora es una senoide de alta frecuencia, y uno de sus parmetros (tal como la amplitud,

la frecuencia o la fase) se vara en proporcin a la seal de banda base s(t). De acuerdo con esto,

se obtiene la modulacin en amplitud (AM), la modulacin en frecuencia (FM), o la modulacin en

fase (PM). La siguiente figura muestra una seal de banda base s(t) y las formas de onda de AM y

FM correspondientes. En AM la amplitud de la portadora varia en proporcin a s(t), y en FM, la

frecuencia de la portadora varia en proporcin a s(t).

http://www.eveliux.com/fundatel/medios.html





PORQUE SE MODULA?

Existen varias razones para modular, entre ellas:

Facilita la PROPAGACIN de la seal de informacin por cable o por el aire.

Ordena el RADIOESPECTRO, distribuyendo canales a cada informacin distinta.

Disminuye DIMENSIONES de antenas.

Optimiza el ancho de banda de cada canal

Evita INTERFERENCIA entre canales.

Protege a la Informacin de las degradaciones por RUIDO.

Define la CALIDAD de la informacin trasmitida.

Modulacin para facilidad de radiacin: Una radiacin eficiente de energa electromagntica

requiere de elementos radiadores (antenas) cuyas dimensiones fsicas sern por lo menos de 1/10

de su longitud. de onda. Pero muchas seales, especialmente de audio, tienen componentes de

frecuencia del orden de los 100 Hz o menores, para lo cual necesitaran antenas de unos 300 km

de longitud si se radiaran directamente. Utilizando la propiedad de traslacin de frecuencias de la

modulacin, estas seales se pueden sobreponer sobre una portadora de alta frecuencia, con lo

que se logra una reduccin sustancial del tamao de la antena. Por ejemplo, en la banda de radio

de FM, donde las portadoras estn en el intervalo de 88 a 108 MHz, las antenas no deben ser

mayores de un metro.

donde es la longitud de onda en mts

c es la velocidad de la luz (3 x 10 8 m/s)

f es la frecuencia en Hz

Modulacin para reducir el ruido y la interferencia: Se ha dicho que es imposible eliminar

totalmente el ruido del sistema. Y aunque es posible eliminar la interferencia, puede no ser





prctico. Por fortuna, ciertos tipos de modulacin tiene la til propiedad de suprimir tanto el ruido

como la interferencia. La supresin, sin embargo, ocurre a un cierto precio; generalmente requiere

de un ancho de banda de transmisin mucho mayor que el de la seal original; de ah la

designacin del ruido de banda ancha. Este convenio de ancho de banda para la reduccin del

ruido es uno de los intereses y a veces desventajosos aspectos del diseo de un sistema de

comunicacin.

Modulacin por asignacin de frecuencia: El propietario de un aparato de radio o televisin puede

seleccionar una de varias estaciones, aun cuando todas las estaciones estn transmitiendo

material de un programa similar en el mismo medio de transmisin. Es posible seleccionar y

separar cualquiera de las estaciones, dado que cada una tiene asignada una frecuencia portadora

diferente. Si no fuera por la modulacin, solo operara una estacin en un rea dada. Dos o ms

estaciones que transmitan directamente en el mismo medio, sin modulacin, producirn una

mezcla intil de seales interferentes.

Modulacin para multicanalizacin: A menudo se desea transmitir muchas seales en forma

simultnea entre dos puntos. Las tcnicas de multicanalizacin son formas intrnsecas de

modulacin, permiten la transmisin de mltiples seales sobre un canal, de tal manera que cada

seal puede ser captada en el extremo receptor. Las aplicaciones de la multicanalizacin

comprenden telemetra de datos, emisin de FM estereofnica y telefona de larga distancia. Es

muy comn, por ejemplo, tener hasta 1,800 conversaciones telefnicas de ciudad a ciudad,

multicanalizadas y transmitidas sobre un cable coaxial de un dimetro menor de un centmetro.

Modulacin para superar las limitaciones del equipo: El diseo de un sistema queda generalmente

a la disponibilidad de equipo, el cual a menudo presenta inconvenientes en relacin con las

frecuencias involucradas. La modulacin se puede usar para situar una seal en la parte del

espectro de frecuencia donde las limitaciones del equipo sean mnimas o donde se encuentren

ms fcilmente los requisitos de diseo. Para este propsito, los dispositivos de modulacin se

encuentran tambin en los receptores, como ocurre en los transmisores.

Como se Modula?

Frecuentemente se utilizan dispositivos electrnicos SEMICONDUCTORES con caractersticas no lineales (diodos, transistores, bulbos), resistencias, inductancias, capacitores y combinaciones entre ellos. Estos realizan procesos elctricos cuyo funcionamiento es descrito de su representacin matemtica.

S (t) = A sen (wt + @)

Donde: A es la ampitud de la portadora (volts) w es la frecuencia angular de la portadora (rad/seg)

@ ngulo de fase de la portadora (rad)





Qu tipos de modulacin existen?

Existen bsicamente dos tipos de modulacin: la modulacin ANALGICA, que se realiza a partir

de seales analgicas de informacin, por ejemplo la voz humana, audio y video en su forma

elctrica y la modulacin DIGITAL, que se lleva a cabo a partir de seales generadas por fuentes

digitales, por ejemplo una computadora.

Modulacin Analgica: AM, FM, PM

Modulacin Digital: ASK, FSK, PSK, QAM

Cmo afecta el canal a la seal?

Depende del medio o canal, ya que hay unos mejores que otros, aunque tambin depende del tipo

de modulacin y aplicacin.

Los principales efectos que sufre la seal al propagarse son:

Atenuacin

Desvanecimiento

Ruido Blanco aditivo

Interferencia externa

Ruido de fase

Reflexin de seales

Refraccin

Difraccin

Dispersin

Qu Relacin Existe Entre La Modulacin Y El Canal?

El canal influye fuertemente en la eleccin del tipo de modulacin de un sistema de

comunicaciones, principalmente debido al ruido.

CANAL: Ruido, Distorsin, Interferencia y Atenuacin.

MODULACIN: Inmunidad al ruido, Protege la calidad de la informacin, Evita

interferencia.

LIMITACIONES FUNDAMENTALES EN LA COMUNICACIN ELCTRICA

La limitacin del ancho de banda





La utilizacin de sistemas eficientes conduce a una reduccin del tiempo de transmisin, es decir,

que se transmite una mayor informacin en el menor tiempo. Una transmisin de informacin

rpida se logra empleando seales que varan rpidamente con el tiempo. Pero estamos tratando

con un sistema elctrico, el cual cuenta con energa almacenada; y hay una ley fsica bien conocida

que expresa que en todos los sistemas, excepto en los que no hay perdidas, un cambio en la

energa almacenada requiere una cantidad definida de tiempo. As, no podemos incrementar la

velocidad de la sealizacin en forma arbitraria, ya que en consecuencia el sistema dejar de

responder a los cambios de la seal.

Una medida conveniente de la velocidad de la seal es su ancho de banda, o sea, el ancho del

espectro de la seal. En forma similar, el rgimen al cual puede un sistema cambiar energa

almacenada, se refleja en su respuesta de frecuencia til, medida en trminos del ancho de banda

del sistema. La transmisin de una gran cantidad de informacin en una pequea cantidad de

tiempo, requiere seales de banda ancha para representar la informacin y sistemas de banda

ancha para acomodar las seales. Por lo tanto, dicho ancho de banda surge como una limitacin

fundamental.

Cuando se requiere de una transmisin en tiempo real, el diseo debe asegurar un adecuado ancho de banda del sistema. Si el ancho de banda es insuficiente, puede ser necesario disminuir la velocidad de sealizacin, incrementndose as el tiempo de transmisin. A lo largo de estas mismas lneas debe recalcarse que el diseo de equipo no es con mucho un problema de ancho de banda absoluto o fraccionario, o sea, el ancho de banda absoluto dividido entre la frecuencia central. Si con una seal de banda ancha se modula una portadora de alta frecuencia, se reduce el ancho de banda fraccional y con ello se simplifica el diseo del equipo. Esta es una razn por que en seales de TV cuyo ancho de banda es de cerca de 6 MHz se emiten sobre portadoras mucho mayores que en la transmisin de AM, donde el ancho de banda es de aproximadamente 10 Hz.

Asimismo, dado un ancho de banda fraccionario, resultado de las consideraciones del equipo, el

ancho de banda absoluto puede incrementarse casi indefinidamente yendo hasta frecuencias

portadoras mayores. Un sistema de microondas de 5 GHz puede acomodar 10,000 veces mas

informacin en un periodo determinado que una portadora de radiofrecuencia de 500 KHz,

mientras que un rayo lser cuya frecuencia sea de 5xlOl4 Hz tiene una capacidad terica de

informacin que excede al sistema de microondas en un factor de 105, o sea, un equivalente

aproximado de 10 millones de canales de TV. Por ello es que los ingenieros en comunicaciones

estn investigando constantemente fuentes de portadoras de altas frecuencias nuevas y utilizables

para compensar el factor ancho de banda.

La limitacin ruido

El xito en la comunicacin elctrica depende de la exactitud con la que el receptor pueda determinar cul seal es la que fue realmente transmitida, diferencindola de las seales que podran haber sido transmitidas. Una identificacin perfecta de la seal sera posible solo en





ausencia de ruido y otras contaminaciones, pero el ruido existe siempre en los sistemas elctricos y sus perturbaciones sobrepuestas limitan nuestra habilidad para identificar correctamente la seal que nos interesa y as, la transmisin de la informacin.

Pero por qu es inevitable el ruido? Detalle curioso, la respuesta proviene de la teora cintica.

Cualquier partcula a una temperatura diferente de cero absoluto, posee una energa trmica que

se manifiesta como movimiento aleatorio o agitacin trmica. Si la partcula es un electrn, su

movimiento aleatorio origina una corriente aleatoria. Luego, si esta corriente aleatoria ocurre en

un medio conductor, se produce un voltaje aleatorio conocido como ruido trmico o ruido de

resistencia. Mientras el ruido de resistencia es solo una de las posibles fuentes en un sistema,

muchos otros estn relacionados, en una u otra forma, el movimiento electrnico aleatorio. Ms

an, como era de esperarse de la dualidad onda-partcula, existe ruido trmico asociado con la

radiacin electromagntica. En consecuencia, como no podemos tener comunicacin elctrica sin

electrones u ondas electromagnticas, tampoco podemos tener comunicacin elctrica sin ruido.

Las variaciones de ruido tpicas son muy pequeas, del orden de los micros volts. Si las variaciones

de la seal son sustancialmente mayores, digamos varios volts pico a pico, el ruido puede ser

ignorado. En realidad, en sistemas ordinarios bajo condiciones ordinarias, la relacin seal a ruido

es bastante grande para que el ruido no sea perceptible. Pero en sistemas de amplio rgimen o de

potencia mnima, la seal recibida puede ser tan pequea como el ruido o ms. Cuando esto

suceda, la limitacin por ruido resulta muy real.

Es importante sealar que si la intensidad de la seal es insuficiente, aadir ms pasos de

amplificacin en el receptor no resuelve nada; el ruido sera amplificado junto con la seal, lo cual

no mejora la relacin seal a ruido. Aumentar la potencia transmitida ayuda, pero la potencia no

se puede incrementar en forma indefinida por razn de problemas tecnolgicos. (no de los

primeros cables trasatlnticos se deteriora por una ruptura ocasionada por un alto voltaje,

aplicado en un esfuerzo por obtener seales tiles en el punto de recepcin) En forma alterna,

como se menciona el principio, podemos permutar el ancho de banda por la relacin seal a ruido

por medio de tcnicas de modulacin y codificacin. No es de sorprender que la mis efectiva de

estas tcnicas generalmente sea la ms costosa y difcil de instrumentar. Ntese tambin que el

trueque del ancho de banda por la relacin seal a ruido puede llevarnos de una limitacin a otra.

En el anlisis final, dado un sistema con ancho de banda y relacin seal a ruido fijo, existe un

lmite superior definido, al cual puede ser transmitida la informacin por el sistema. Este lmite

superior se conoce con el nombre de capacidad de informacin y es uno de los conceptos

centrales de la teora de la informacin. Como la capacidad es finita, se puede decir con apego a la

verdad, que el diseo del sistema de comunicacin es un asunto de compromiso; un compromiso

entre tiempo de transmisin, potencia transmitida, ancho de banda y relacin seal a ruido;

compromiso de lo ms restringido por los problemas tecnolgicos.





Teorema de Nyquist (Teorema de muestreo)

Desarrollado por H. Nyquist, quien afirmaba que "una seal analgica puede ser reconstruda, sin

error, de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo. La razn de muestreo debe ser igual,

o mayor, al doble de su ancho de banda de la seal analgica".

La teora del muestreo define que para una seal de ancho de banda limitado, la frecuencia de

muestreo, FM, debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B] medida en Hertz [Hz].

FM > 2B

Supongamos que la seal a ser digitalizada es la voz...el ancho de banda de la voz es de 4,000 Hz

aproximadamente. Entonces, su razn de muestreo ser 2*B= 2*(4,000 Hz), es igual a 8000 Hz,

equivalente a 8,000 muestras por segundo (1/8000). Entonces la razn de muestreo de la voz debe

ser de al menos 8000 Hz, para que pueda regenerarse sin error.

La frecuencia 2*B es llamada la razn de muestreo de Nyquist. La mitad de su valor, es llamada

algunas veces la frecuencia de Nyquist.

El teorema de muestreo fue desarrollado en 1928 por Nyquist y probado matemticamente por

Claude Shannon en 1949.

Ejemplos prcticos:

El en rea de la MSICA, a veces es necesario convertir material analgico [en acetato, cassetes, cintas magnticas, entre otros] a formato digital [en CD, DVD]. Los ingenieros de sonido pueden definir el rango de frecuencia de inters. Como resultado, los filtros analgicos son algunas veces usados para remover los componentes de frecuencias fuera del rango de inters antes de que la seal sea muestreada.

Por ejemplo, el odo humano puede detectar sonidos en el rango de frecuencias de 20 Hz a 20 KHz.

De acuerdo al teorema de muestreo, uno puede muestrear la seal al menos a 40 KHz para

reconstruir la seal de sonido aceptable al odo humano. Los componentes ms arriba de 40 KHz

no podrn ser detectados y podran contaminar la seal. Estos componentes arriba de los 40 KHz

son removidos a travs de filtros pasa banda o filtros pasa bajas.

Algunos de las razones de muestreos utilizadas para grabar msica digital son las siguientes:

Razn de muestreo/ Frecuencia de Nyquist

22,050 kHz = 11,025 kHz (Nyquist)





24,000 kHz = 12,000 kHz

30,000 kHz = 15,000 kHz

44,100 kHz = 22,050 kHz

48,000 kHz = 24,000 kHz

Es muy importante tomar en consideracin que la frecuencia ms alta del material de audio ser grabada. Si la frecuencia de 14,080 Hz es grabada, una razn de muestreo de 44.1 kHz deber ser la opcin elegida. 14,080 Hz cae dentro del rango de Nyquist de 44.1 kHz el cual es 22.05 kHz.

La razn de muestreo elegida determina el ancho de banda del audio de la grabadora usada.

Considerando que el rango del odo es de 20 Hz a 20 kHz, una razn de muestreo de 44.1 kHz

tericamente deber satisfacer las necesidades de audio.

Conversin Analgico-Digital

Qu es ANALOGICO y que es DIGITAL?

El trmino ANALGICO en la industria de las telecomunicaciones y el cmputo significa todo aquel proceso entrada/salida cuyos valores son continuos. Algo continuo es todo aquello que se puede tomar una infinidad de valores dentro de un cierto lmite, superior e inferior

El trmino DIGITAL de la misma manera involucra a los de entrada/salida discretos. Algo discreto

es algo que puede tomar valores fijos. En el caso de las comunicaciones digitales y el cmputo,

esos valores son el CERO (0) o el UNO (1) o Bits (BInary DigiTs).





Ventajas de la comunicacin digital

La transmisin digital es la transmisin de pulsos digitales entre dos puntos, en un sistema de comunicacin. La informacin de la fuente original puede estar ya sea en forma digital o en seales analgicas que deben convertirse en pulsos digitales, antes de su transmisin y convertidas nuevamente a la forma analgica en el lado del receptor

Algunas de las VENTAJAS de la transmisin digital [con respecto a la analgica] son:

1.-La ventaja principal de la transmisin digital es la inmunidad al ruido. Las seales analgicas son ms susceptibles que los pulsos digitales a la amplitud, frecuencia y variaciones de fase. Esto se debe a que con la transmisin digital, no se necesita evaluar esos parmetros, con tanta precisin, como en la transmisin analgica. En cambio, los pulsos recibidos se evalan durante un intervalo de muestreo y se hace una sola determinacin si el pulso est arriba (1) o abajo de un umbral especfico (0).

2.-Almacenamiento y procesamiento: Las seales digitales se pueden guardarse y procesarse fcilmente que las seales analgicas.

3.- Los sistemas digitales utilizan la regeneracin de seales, en vez de la amplificacin, por lo tanto producen un sistema ms resistente al ruido que su contraparte analgica. 4.- Las seales digitales son ms sencillos de medir y evaluar. Por lo tanto es ms fcil comparar el rendimiento de los sistemas digitales con diferentes capacidades de sealizacin e informacin, que con los sistemas analgicos comparables.

5.- Los sistemas digitales estn mejor equipados para evaluar un rendimiento de error (por

ejemplo, deteccin y correccin de errores), que los analgicos.

6.- Los equipos que procesan digitalmente consumen menos potencia y son ms pequeos, y

muchas veces con ms econmicos.

Algunas de las DESVENTAJAS de la transmisin digital son las siguientes:

1.- La transmisin de las seales analgicas codificadas de manera digital requieren de ms ancho de banda para transmitir que la seal analgica 2.- Las seales analgicas deben convertirse en cdigos digitales, antes que su transmisin y convertirse nuevamente a analgicas en el receptor.

3.-La transmisin digital requiere de sincronizacin precisa, de tiempo, entre los relojes del

transmisor y receptor





4.- Los sistemas de transmisin digital son incompatibles con las instalaciones analgicas

existentes.

CONVERSION ANALOGICO-DIGITAL (ADC, Analogic to Digital Conversion)

La conversin Analgico-Digital consta de varios procesos:

Muestreo

Cuantizacin

Codificacin

Muestreo

Toda la tecnologa digital (e.g. audio, video) est basado en la tcnica de muestreo (sampling en ingls). En msica, cuando una grabadora digital toma una muestra, bsicamente toma una fotografa fija de la forma de onda y la convierte en bits, los cuales pueden ser almacenados y procesados. Comparado con la grabacin analgica, la cual est basada en registros de voltaje como patrones de magnetizacin en las partculas de xido de la cinta magnetica. El muestreo digital convierte el voltaje en nmeros (0s y 1s) los cuales pueden ser fcilmente representados y vueltos nuevamente a su forma original.





Razn de muestreo

La frecuencia de muestreo de una seal en un segundo es conocida como razn de muestreo

medida en Hertz (Hz).

1 Hz = 1/seg La razn de muestreo determina el rango de frecuencias [ANCHI DE BANDA] de un sistema. A

mayores razones de muestreo, habr ms calidad o precisin.

Por ejemplo en audio digital se usan las siguientes razones de muestreo:

24,000 = 24 kHz - 24,000 muestras por segundo. Una muestra cada 1/24,000 de segundo.


44,100 = 44.1 kHz - 44,100 muestras por segundo. Una muestra cada 1/44,000 de segundo.


Una ltima pregunta!

Qu razn de muestreo es la suficiente para que al ser digitalizada una seal analgica y al realizar el proceso contrario, digital-analgico, la seal sea idntica [o casi idntica] a la original? La respuesta es el Teorema de Nyquist....

Cuantizacin:

Es el proceso de convertir valores continuos [e.g voltajes] en series de valores discretos

Por ejemplo el audio digital [e.g. MP3, WAV, entre otros] tienen dos caractersticas bien importantes, el muestreo (tiempo) y la cuantizacin (nivel).

Mientras que el muestreo representa el tiempo de captura de una seal, la cuantizacin es el

componente amplitud del muestreo. En otras palabras, mientras que el muestreo mide el tiempo

(por instancia 44,100 muestras por segundo), la cuantizacin es la tcnica donde un evento

analgico es medido dado un valor numrico.

Para hacer esto, la amplitud de la seal de audio es representada en una serie de pasos discretos. Cada paso est dado entonces por un nmero en cdigo binario que digitalmente codifica el nivel de la seal. La longitud de la palabra determina la calidad de la representacin. Una vez ms, una palabra ms larga, mejor la calidad de un sistema de audio (comparando una palabra de 8 bits con una de 16 bits o 32 bits) (ver figura).

El bit de resolucin de un sistema define el rango dinmico del sistema. 6 dB es ganado por cada bit.





Por ejemplo:

8 bits equivale a 256 estados = 48 dB (decibeles),16 bits equivalen a 65,536 estados = 96 dB.

Entonces, se debe de tomar muestras a tiempos menores y se debe de cuantizar a mayores niveles

(bits), si sucede lo contrario suceden errores de cuantizacin.

Codificacin

La codificacin es la representacin numrica de la cuantizacin utilizando cdigos ya establecidos

y estndares. El cdigo ms utilizado es el cdigo binario, pero tambin existen otros tipos de

cdigos que son empleados.

A continuacin se presenta una tabla donde se representan los nmeros del 0 al 7 con su respectivo cdigo binario. Como se ve, con 3 bits, podemos representar ocho estados o niveles de cuantizacin.

En general

2(n)= Niveles o estados de cuantizacin donde n es el nmero de bits.

Nmero Cdigo binario

0 000

1 001

2 010

3 011

4 100

5 101

6 110

7 111






2.3. Ejercicios por temas

Tema 1- Realizar un mapa conceptual o mental del tema Historia de las comunicaciones.

Tema 2 Prueba Introduccin a las seales

1. Muestreo (Nyquist)

a) Cul es la frmula del teorema de Niquist y el que afirma.

b) Si tenemos un ancho de banda 4500Hz cul ser su razn de muestreo.

____________________________________.

c) Si tenemos los siguientes valores en la tabla, halle el que le corresponda en el lado

contrario.

Razn de muestreo Frecuencia de Niquist

23.000Khz

12.010Hz

9.000Mhz

15.100 Khz

1. Grafique una seal analgica y otra digital, diga sus diferencias.

2. Realice la conversin ADC de la siguiente grafica siguiendo los tres pasos para realizarlo

teniendo en cuenta 4 bits.

3. Teorema de Shannon (capacidad mxima de un canal)





a) Cul es la frmula para hallar la capacidad mxima de un canal.

b) Un canal tiene una razn de seal-ruido de 40dB y un ancho de banda de 4000Hz, halle la

capacidad mxima del canal.

4. Si se trasmite un haz de luz que tiene una longitud de onda 1500 manmetros por una

fibra ptica, que frecuencia tendr esa seal ptica que viaja a travs de ella?

Prueba Final

Responda las preguntas del 1 al 2 teniendo en cuenta el siguiente grafico.

1. Representa un sistema de comunicacin

a) Modulado

b) Elctrico

c) Bsico

d) Banda base

2. En que elementos del sistema existe la seal banda base.

a) Trasmisor y receptor

b) Transductor de entrada y de salida

c) En el canal

d) Fuente y Destino

3 la contaminacin de la seal se da por: (mltiples respuestas)

a) Ancho de banda

b) Distorsin

c) Interferencia

d) Ruido





3. La Conversin Analgico-Digital se da en los siguientes procesos.

a) Muestreo-conversin-digitacin

b) Muestreo-codificacin-ampliacin

c) Muestreo-Cuantizacin-codificacin

d) Transmisor-repetidor-receptor

4. Si tenemos como Frecuencia de Nyquist 15000Mhz cul ser su razn de Muestreo.

a) 15000Ghz

b) 30000Mhz

c) 7500Mhz

d) 60000Mhz

5. Un tpico canal telefnico de voz tiene una razn de seal a ruido de 30 dB (10^(30/10)= 1000)

y un ancho de banda de 3,000 Hz. Cul es su capacidad mxima.

a) 3000bps

b) 13000bps

c) 30000bps

d) 31000bps

2.4. Actividad

Consulta cul es la historia de las comunicaciones en Colombia y como estamos con respecto a

ellas.





2.5. Medios de Comunicacin, Lneas y Modos de Transmisin

Objetivo General

Conocer cmo surgieron las comunicaciones, que sistemas de comunicaciones hay, que

elementos las conforman, adems los diferentes conceptos utilizados en

telecomunicaciones...

Objetivos Especficos

Proporcionar a los alumnos un panorama completo sobre aspectos relacionados con los

medios de comunicacin. Desde su evolucin, fundamentos tericos y aspectos prcticos

hasta las tcnicas empleadas en su instalacin y mantenimiento para diferentes redes

como lo son las terrestres, areas, entre otras.

Estudiar las lneas y modos de transmisin y su relacin con las Tecnologas de

Informacin.

Prueba Inicial

1. Sabe que es un medio de Comunicacin S___ No___

2. Tiene idea de cmo se clasifican los Medios de Comunicacin S___ No___

3. Conoce por medio de qu tipo de seales se da la comunicacin a travs de estos medios

S___ No___

4. Tiene clara la diferencia entre un cable Coaxial y un Cable Par Trenzado Si___ No___.

5. Tiene idea de que es una fibra ptica y como se clasifican S___ No___

6. Que es una Gua de Onda y cul es su cobertura S___ No___

7. Tiene claridad en la diferencia entre una transmisin a travs de Radio frecuencia y un

lser/infrarrojo S___ No___

8. Conoce sobre lneas de transmisin y su clasificacin S___ No___

9. Sabe que modos de transmisin se utilizan en nuestras comunicaciones S___ No___

10. Sabe las ventajas y desventajas de la fibra ptica Vs Va Satlite S___ No___





2.6. Medios de Comunicacin

2.6.1. Principios De La Teora De La Comunicacin


El rol principal de las comunicaciones es mover informacin de un lugar a otro. Cuando el transmisor y el receptor estn fsicamente en la misma localidad, es relativamente fcil realizar esa funcin. Pero cuando el transmisor y el receptor estn relativamente lejos uno del otro, y adems queremos mover altos volmenes de informacin en un periodo corto de tiempo, entonces ser necesario emplear una forma de comunicacin mquina-mquina.

El mtodo ms adecuado para la comunicacin mquina-mquina es va una seal generada

electrnicamente. La razn del uso de la electrnica, es porque una seal puede ser generada,

transmitida, y detectada. y por el hecho de que esta puede ser almacenada temporal o

permanentemente; tambin porque pueden ser transmitidos grandes volmenes de informacin

dentro en un periodo corto de tiempo.

El concepto bsico de la teora de comunicaciones es que una seal tiene al menos dos estados

diferentes que pueden ser detectados. Los dos estados representan un cero o un uno, encendido o

apagado, etc. Tan pronto como los dos estados puedan ser detectados, la capacidad de mover

informacin existe. Las combinaciones especficas de estados (las cuales son conocidas como

cdigos) pueden representar cualquier carcter alfabtico o numrico, y podrn ser transmitido en

forma pura de informacin desde las mquinas para interactuar con, o en forma representativa (el

cdigo) que permita el reconocimiento de la informacin por los humanos.

COMUNICACIN POR MEDIO DE SEALES ELCTRICAS

La forma elemental para la generacin de una seal electrnicamente sobre una lnea de

comunicacin de grado de voz es conocida como onda senosoidal. La cual tambin puede ser

representada como un onda de tipo cuadrada; ambas seales se muestran en la siguiente figura:





Una onda senosoidal puede representarse matemticamente por la siguiente ecuacin:

s(t) = Asen(wt +@ )

donde: A es la amplitud

w es la frecuencia angular

t es el tiempo

@ es la fase

La onda senosoidal a una particular frecuencia (el nmero completo de ciclos por unidad de

tiempo) es aquella que empieza en un nivel cero, y alcanza gradualmente un nivel mximo y va

decreciendo hasta llegar al nivel mnimo y contina as hasta completar el ciclo completo. A mayor

nmero de ciclos por unidad de tiempo, ms alta ser la frecuencia. La onda cuadrada sigue el

mismo proceso que la onda senosoidal, excepto que alcanza el mximo nivel (y el mnimo) en

forma instantnea y permanece por un instante de tiempo, despus cambia al mnimo nivel y

permanece por un instante de tiempo hasta completar el ciclo completo. Este nivel mximo y

mnimo representa un cero y uno ( 0 y 1) respectivamente.

Para comunicaciones sobre redes telefnicas por ejemplo en donde se emplean

frecuencias en el orden de 300 y 3,330 Hz, no es posible transmitir informacin

empleando directamente ondas senosoidales, debido a que las seales se atenan muy

fcilmente a esas frecuencias. Para contrarrestar esto, existen tcnicas para permitir una

mejor transmisin de la seal sobre dichas frecuencias. Referencia [1]

Existen tres formas en la cual la seal senosoidal puede ser cambiada para que la informacin

pueda ser correlacionada con esos cambios individuales:

variando la amplitud o magnitud de la seal.

variando la frecuencia o el nmero de ciclos completos por unidad de tiempo.

variando la fase, o la posicin relativa en que la seal cruza el nivel cero.

Un ejemplo de esos cambios es mostrado en la siguiente figura:

Modulacin





La manipulacin de esos cambios de las ondas senosoidales es un proceso conocido como

modulacin/demodulacin. La modulacin es la capacidad inherente de tomar la informacin

digital (ondas cuadradas) y modificar las frecuencias especficas de la seal portadora para que la

informacin pueda ser transmitida de un punto a otro sin ningn problema. La demodulacin es el

proceso de regresar la informacin a su forma original.

La transmisin electrnica no esta limitada solo a lneas de grado de voz. Tambin puede aplicarse

a cualesquier otra frecuencia usando las mismas tcnicas de modulacin/demodulacin sobre

diferentes tipos de lneas, o pulsos, estos representan las seales digitales que pueden tambin

ser transmitidos sobre circuitos diseados especficamente para su propagacin.

Canal de Transmisin

Es el medio que soporta la propagacin de seales acsticas, electromagnticas, de luz u ondas.

Los canales de transmisin son tpicamente cables metlicos o fibra ptica que acotan (confinan)

la seal por s mismos, las radio transmisiones, la transmisin por satlite o por microondas por

lnea de vista.

Los medios fsicos que acarrean la informacin pueden ser de dos Tipos: confinados (bounded) o

limitados y no confinados (unbounded). En un medio confinado, las seales se ven limitadas por el

medio y no se salen de l -excepto por algunas pequeas prdidas. Los medios no confinados son

aquellos donde las seales electromagnticas originadas por la fuente radian libremente a travs

del medio y se esparcen por ste -el aire por ejemplo.

2.6.2. Clasificacin de los Medios de Comunicacin

2.6.2.1 Medios Confinados

Alambre

Par Trenzado

Cable Coaxial

Fibra ptica

Gua de Onda

2.6.2.2 Medios No Confinados

Microondas terrestre Satlite Ondas de Radio (radio frecuencias) Infrarrojo/Laser





ALAMBRE (open-wired)

Las lneas de alambre abierto (sin aislar) fueron muy usadas en el siglo pasado con la aparicin del

telgrafo. La composicin de los alambres fue al principio de hierro (acero) y despus fue

desplazado por el cobre, ya que este material es un mejor conductor de las seales elctricas y

soporta mejor los problemas de corrosin causados por la exposicin directa a la intemperie. La

resistencia al flujo de corriente elctrica de los alambres abiertos vara grandemente con las

condiciones climticas, y es por esta razn que fue adoptado el cable par trenzado.

Hoy en da los cables vienen protegidos con algn material aislante. El material del conductor

puede ser de cobre, aluminio u otros materiales conductores.

Los grosores de los cables son medidos de diversas maneras, el mtodo predominante en los

Estados Unidos sigue siendo el Wire Gauge Standard (AWG). "gauge" significa el dimetro. Es

lgico pensar que a mayor dimetro del conductor mayor ser la resistencia del mismo.

Los conductores pueden ser de dos tipos Slidos (solid) e Hilados (stranded), los conductores slidos estn compuestos por un conductor nico de un mismo material, mientras que los conductores hilados estn compuestos de varios conductores trenzados. El dimetro de un conductor hilado vara al de un

conductor slido si son del mismo AWG y depender del nmero de hilos que tenga.

Los grosores tpicos de los conductores utilizados en cables elctricos para uso residencial son del

10-14 AWG. Los conductores utilizados en cables telefnicos pueden ser del 22,24 y 26 AWG. Los

conductores utilizados en cables para aplicaciones de REDES son el 24 y 26 AWG.

A continuacin se muestra una tabla de conversin de milmetros y pulgadas a AWG para

conductores slidos*1+.

Tabla de Conversin Milmetros y Pulgadas a

AWG (conductores slidos)

Dimetro mm Dimetro

pulgadas AWG

0.254 0.010 30

0.330 0.013 28

0.409 0.016 26

0.511 0.020 24

0.643 0.025 22

0.812 0.032 20

Entre ms grande sea el valor AWG menor ser

el grosor o dimetro del conductor. El

conductor 18 tiene ms grosor que el cable 40,

por ejemplo. Los primeros 5 cables [de





1.020 0.040 18

1.290 0.051 16

1.630 0.064 14

2.050 0.081 12

2.590 0.102 10

izquierda a derecha] son slidos y los ltimos

dos son hilados o trenzados (stranded).

2.6.3. Especificaciones de cables

Los cables tienen distintas especificaciones y generan distintas expectativas acerca de su rendimiento.

Qu velocidad de transmisin de datos se puede lograr con un tipo particular de cable?

La velocidad de transmisin de bits por el cable es de suma importancia. El tipo de

conducto utilizado afecta la velocidad de la transmisin.

Qu tipo de transmisin se planea? Sern las transmisiones digitales o tendrn base

analgica? La transmisin digital o de banda base y la transmisin con base analgica o de

banda ancha son las dos opciones.

Qu distancia puede recorrer una seal a travs de un tipo de cable en particular antes

de que la atenuacin de dicha seal se convierta en un problema? En otras palabras, se

degrada tanto la seal que el dispositivo receptor no puede recibir e interpretar la seal

correctamente en el momento en que la seal llega a dicho dispositivo? La distancia

recorrida por la seal a travs del cable afecta directamente la atenuacin de la seal. La

degradacin de la seal est directamente relacionada con la distancia que recorre la

seal y el tipo de cable que se utiliza.

Algunos ejemplos de las especificaciones de Ethernet que estn relacionadas con el tipo de cable

son:

10BASE-T

10BASE5

10BASE2

10BASE-T se refiere a la velocidad de transmisin a 10 Mbps. El tipo de transmisin es de banda

base o digitalmente interpretada. T significa par trenzado.

10BASE5 se refiere a la velocidad de transmisin a 10 Mbps. El tipo de transmisin es de banda

base o digitalmente interpretada. El 5 representa la capacidad que tiene el cable para permitir que

la seal recorra aproximadamente 500 metros antes de que la atenuacin interfiera con la

capacidad del receptor de interpretar correctamente la seal recibida. 10BASE5 a menudo se





denomina "Thicknet". Thicknet es un tipo de red y 10BASE5 es la especificacin Ethernet utilizada

en dicha red.

10BASE2 se refiere a la velocidad de transmisin a 10 Mbps. El tipo de transmisin es de banda

base o digitalmente interpretada. El 2, en 10BASE2, se refiere a la longitud mxima aproximada del

segmento de 200 metros antes que la atenuacin perjudique la habilidad del receptor para

interpretar apropiadamente la seal que se recibe. La longitud mxima del segmento es en

realidad 185 metros. 10BASE2 a menudo se denomina Thinnet. Thinnet es un tipo de red y

10BASE2 es la especificacin Ethernet utilizada en dicha red.





2.6.3.1 Cable coaxial

El cable coaxial consiste de un conductor de cobre rodeado de una capa de aislante flexible. El

conductor central tambin puede ser hecho de un cable de aluminio cubierto de estao que

permite que el cable sea fabricado de forma econmica. Sobre este material aislante existe una

malla de cobre tejida u hoja metlica que acta como el segundo hilo del circuito y como un

blindaje para el conductor interno. Esta segunda capa, o blindaje, tambin reduce la cantidad de

interferencia electromagntica externa. Cubriendo la pantalla est la chaqueta del cable.

Para las LAN, el cable coaxial ofrece varias ventajas. Puede tenderse a mayores distancias que el

cable de par trenzado blindado STP, y que el cable de par trenzado no blindado, UTP, sin

necesidad de repetidores. El cable coaxial es ms econmico que el cable de fibra ptica y la

tecnologa es sumamente conocida. Se ha usado durante muchos aos para todo tipo de

comunicaciones de datos, incluida la televisin por cable.

Al trabajar con cables, es importante tener en cuenta su tamao. A medida que aumenta el grosor,

o dimetro, del cable, resulta ms difcil trabajar con l. Recuerde que el cable debe pasar por

conductos y cajas existentes cuyo tamao es limitado. Se puede conseguir cable coaxial de varios

tamaos. El cable de mayor dimetro es de uso especfico como cable de backbone de Ethernet

porque tiene mejores caractersticas de longitud de transmisin y de limitacin del ruido. Este tipo

de cable coaxial frecuentemente se denomina thicknet o red gruesa. Como su apodo lo indica,

este tipo de cable puede ser demasiado rgido como para poder instalarse con facilidad en algunas

situaciones. Generalmente, cuanto ms difcil es instalar los medios de red, ms costosa resulta la

instalacin. El cable coaxial resulta ms costoso de instalar que el cable de par trenzado. Hoy en

da el cable thicknet casi nunca se usa, salvo en instalaciones especiales.

En el pasado, el cable coaxial con un dimetro externo de solamente 0,35 cm (a veces denominado

thinnet o red fina) se usaba para las redes Ethernet. Era particularmente til para las instalaciones

de cable en las que era necesario que el cableado tuviera que hacer muchas vueltas. Como la

instalacin de thinnet era ms sencilla, tambin resultaba ms econmica. Por este motivo

algunas personas lo llamaban cheapernet (red barata). Los problemas de conexin resultan en un

ruido elctrico que interfiere con la transmisin de seales sobre los medios de networking. Por

esta razn, thinnet ya no se usa con frecuencia ni est respaldado por los estndares ms

recientes (100 Mbps y superiores) para redes Ethernet






2.6.3.2 Cable STP Referencia

El cable de par trenzado blindado (STP) combina las tcnicas de blindaje, cancelacin y trenzado

de cables. Cada par de hilos est envuelto en un papel metlico. Los dos pares de hilos estn

envueltos juntos en una trenza o papel metlico. Generalmente es un cable de 150 ohmios. Segn

se especifica para el uso en instalaciones de redes Token Ring, el STP reduce el ruido elctrico

dentro del cable como, por ejemplo, el acoplamiento de par a par y la diafona. El STP tambin

reduce el ruido electrnico desde el exterior del cable, como, por ejemplo, la interferencia

electromagntica (EMI) y la interferencia de radiofrecuencia (RFI). El cable de par trenzado

blindado comparte muchas de las ventajas y desventajas del cable de par trenzado no blindado

(UTP). El cable STP brinda mayor proteccin ante toda clase de interferencias externas, pero es

ms caro y de instalacin ms difcil que el UTP.

Un nuevo hbrido de UTP con STP tradicional se denomina UTP apantallado ScTP, y es bsicamente

un cable UTP envuelto en un blindaje de papel metlico. ScTP, como UTP, es tambin un cable de

100 Ohms. Muchos fabricantes e instaladores de cables pueden usar el trmino STP para describir

el cable ScTP. Es importante entender que la mayora de las referencias hechas a STP hoy en da se

refieren en realidad a un cable de cuatro pares apantallado. Es muy improbable que un verdadero

cable STP sea usado durante un trabajo de instalacin de cable.

Los materiales metlicos de blindaje utilizados en STP y ScTP deben estar conectados a tierra en

ambos extremos. Si no estn adecuadamente conectados a tierra o si hubiera discontinuidades en

toda la extensin del material del blindaje, el STP y el ScTP se pueden volver susceptibles a graves

problemas de ruido. Son susceptibles porque permiten que el blindaje acte como una antena que






recoge las seales no deseadas. Sin embargo, este efecto funciona en ambos sentidos. El blindaje

no slo evita que ondas electromagnticas externas produzcan ruido en los cables de datos sino

que tambin minimiza la irradiacin de las ondas electromagnticas internas. Estas ondas podran

producir ruido en otros dispositivos. Los cables STP y ScTP no pueden tenderse sobre distancias

tan largas como las de otros medios de networking (tales como el cable coaxial y la fibra ptica) sin

que se repita la seal.

2.6.3.3 Cable UTP

El cable de par trenzado no blindado (UTP) es un medio de cuatro pares de hilos que se utiliza en

diversos tipos de redes. Cada uno de los 8 hilos de cobre individuales del cable UTP est revestido

de un material aislante. Adems, cada par de hilos est trenzado. Este tipo de cable cuenta slo

con el efecto de cancelacin que producen los pares trenzados de hilos para limitar la degradacin





de la seal que causan la EMI y la RFI. Para reducir an ms la diafona entre los pares en el cable

UTP, la cantidad de trenzados en los pares de hilos vara. Al igual que el cable STP, el cable UTP

debe seguir especificaciones precisas con respecto a cunto trenzado se permite por unidad de

longitud del cable.

El estndar TIA/EIA-568-B.2 especifica los componentes de cableado, transmisin, modelos de

sistemas, y los procedimientos de medicin necesarios para verificar los cables de par trenzado

balanceado. Exige el tendido de dos cables, uno para voz y otro para datos en cada toma. De los

dos cables, el cable de voz debe ser UTP de cuatro pares. El cable Categora 5e es el que

actualmente se recomienda e implementa con mayor frecuencia en las instalaciones. Sin embargo,

las predicciones de los analistas y sondeos independientes indican que el cable de Categora 6

sobrepasar al cable Categora 5e en instalaciones de red. El hecho que los requerimientos de

canal y enlace de la Categora 6 sean compatibles con la Categora 5e hace muy fcil para los

clientes elegir Categora 6 y reemplazar la Categora 5e en sus redes.

2.6.4. Medios de fibra ptica

2.6.4.1 El espectro electromagntico

La luz que se utiliza en las redes de fibra ptica es un tipo de energa electromagntica. Cuando

una carga elctrica se mueve hacia adelante y hacia atrs, o se acelera, se produce un tipo de

energa denominada energa electromagntica. Esta energa, en forma de ondas, puede viajar a

travs del vaco, el aire y algunos materiales como el vidrio. Una propiedad importante de toda

onda de energa es la longitud de onda.





La radio, las microondas, el radar, la luz visible, los rayos x y los rayos gama parecen ser todos muy

diferentes. Sin embargo, todos ellos son tipos de energa electromagntica. Si se ordenan todos

los tipos de ondas electromagnticas desde la mayor longitud de onda hasta la menor, se crea un

continuo denominado espectro electromagntico.

Como todas las ondas electromagnticas se generan de la misma manera, comparten muchas

propiedades. Todas las ondas viajan a la misma velocidad en el vaco. La velocidad es

aproximadamente 300.000 Km x segundo. Esta es tambin la velocidad de la luz.

Los ojos humanos estn diseados para percibir solamente la energa electromagntica de

longitudes de onda de entre 700 y 400 nanmetros (nm). Un nanmetro es la mil millonsima

parte de un metro (0,000000001 metro) de longitud. La energa electromagntica con longitudes

de onda entre 700 y 400 nm recibe el nombre de luz visible. Las longitudes de onda de luz ms

largas que se encuentran cerca de los 700 nm se perciben como el color rojo. Las longitudes de

onda ms cortas que se encuentran alrededor de los 400 nm aparecen como el color violeta. Esta

parte del espectro magntico se percibe como los colores del arco iris.

Las longitudes de onda que son invisibles al ojo humano son utilizadas para transmitir datos a

travs de una fibra ptica. Estas longitudes de onda son levemente ms largas que las de la luz roja

y reciben el nombre de luz infrarroja. La luz infrarroja se utiliza en los controles remotos de los

televisores. La longitud de onda de la luz en la fibra ptica es de 850 nm, 1310 nm o 1550 nm. Se

seleccionaron estas longitudes de onda porque pasan por la fibra ptica ms fcilmente que otras.

2.6.4.2 Modelo de rayo de luz

Cuando las ondas electromagnticas se alejan de una fuente, viajan en lneas rectas. Estas lneas

rectas que salen de la fuente reciben el nombre de rayos. Piense en los rayos de luz como

delgados haces de luz similares a los generados por un lser. En el vaco del espacio, la luz viaja de

forma continua en lnea recta a 300.000 kilmetros por segundo. Sin embargo, la luz viaja a

velocidades diferentes y ms lentas a travs de otros materiales como el aire, el agua y el vidrio.

Cuando un rayo de luz, denominado rayo incidente, cruza los lmites de un material a otro, se





refleja parte de la energa de la luz del rayo. Por esta razn, uno puede verse a s mismo en el

vidrio de una ventana. La luz reflejada recibe el nombre de rayo reflejado.

La energa de la luz de un rayo incidente que no se refleja entra en el vidrio. El rayo entrante se

dobla en ngulo desvindose de su trayecto original. Este rayo recibe el nombre de rayo

refractado. El grado en que se dobla el rayo de luz incidente depende del ngulo que forma el rayo

incidente al llegar a la superficie del vidrio y de las distintas velocidades a la que la luz viaja a

travs de las dos sustancias.

El ndice de refraccin se define como la velocidad de la luz en el vaco dividido por la velocidad de

la luz en el medio. Un material con un alto ndice de refraccin es pticamente ms denso y

desacelera ms la luz que un material con menor ndice de refraccin.

2.6.4.3 Reflexin

Cuando un rayo de luz (el rayo incidente) llega a la superficie brillante de una pieza plana de vidrio,

se refleja parte de la energa de la luz del rayo. El ngulo que se forma entre el rayo incidente y

una lnea perpendicular a la superficie del vidrio, en el punto donde el rayo incidente toca la

superficie del vidrio, recibe el nombre de ngulo de incidencia. Esta lnea perpendicular recibe el

nombre de normal. El ngulo que se forma entre el rayo reflejado y la normal recibe el nombre de

ngulo de reflexin. La Ley de la Reflexin establece que el ngulo de reflexin de un rayo de luz es

equivalente al ngulo de incidencia.



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