Medios físicos de transmisión¶

Los medios físicos de transmisión se dividen en guiados y no guiados.

Métodos guiados¶

Con conductores metálicos¶

La señal física es una señal eléctrica, que debe presentar la mayoría de sus armónicos significativos a frecuencias básicos. Se tienen los siguientes tipos:

• Línea aérea de hilo desnudo. Se utilizaba en redes telegráficas y en las primeras redes telefónicas.

• Cable de pares. Está compuesto por dos hilos conductores en paralelo aislados entre sí. Se utiliza en telefonía fija. Es barato y de fácil instalación. Sus inconvenientes son que tiene un ancho de banda pequeño (aprox. 1 MHz) y que es sensible a ruidos eléctricos y radiaciones electromagnéticas.

• Par trenzado. Es una mejora del anterior, trenzando los dos hilos conductores. Con esto se evita la interferencia de inducción de un cable sobre el otro¹. Se utiliza para las comunicaciones dentro de edificios.

  Se puede mejorar la tolerancia a ruidos eléctricos e interferencias añadiendo un aislante común a los dos cables, haciendo lo que se denomina un par trenzado apantallado. Se suele rodear el par con algún elemento conductor que recubra el par (una malla)² y luego un aislante que lo recubre todo.

• Cable coaxial. Es un cable en el que existe interiormente un conductor central aislado con una capa que lo recubre concéntricamente, sobre el aislante hay una malla, y todo ello está recubierto por un aislante externo. El estándar utilizado en redes de área local es el RG-58. Sus ventajas son que es inmune a ruidos electromagnéticos, es barato y tiene un ancho de banda en torno a los 400 MHz.

Sin conductores metálicos¶

• Cable óptico. La señal que se transmite a través de los cables ópticos es una señal de luz. Su ancho de banda es muy grande (en torno a \(10^8\) MHz) con lo que se pueden utilizar velocidades de transmisión muy altas. El material del cable es fibra óptica, la cual puede estar basada en silicio (vidrio) o en polímeros (plástico); la de vidrio es más cara y tiene mayor ancho de banda, aunque es más quebradiza.

  Se pueden hacer dos clasificaciones distintas de la fibra óptica: según el índice de refracción y según la frecuencia permisible de transmisión:

  • Según el nivel de refracción hay dos tipos de fibra óptica:

    1. de índice discontinuo. La fibra óptica está compuesta por dos materiales concéntricos; el central es muy permisible a la luz (transparente) y el exterior es poco permisible a la luz (opaco).

    2. de índice continuo. La fibra está compuesta de varios cilindros conductores de luz, cada luz difiere algo en el índice de refracción del cilindro anterior. Puede llevar varias ondas rebotando en distintos niveles.

  • Según la cantidad de frecuencias que pueda transmitir existen dos clases de fibra óptica:

    1. monomodo. Sólo puede propagar una única frecuencia de luz. Se utiliza con equipos láser. Proporciona un ancho de banda mayor y, por tanto, mayor velocidad de transferencia.

    2. multimodo. Transmite señales de luz que pueden contener varias frecuencias, se generan con diodos LED.

  Las ventajas de la fibra óptica son la velocidad y la confidencialidad de la información transmitida. Se utiliza en redes de área metropolitana.

  Con fibra óptica se forman dos tipos de red: FDDI y DQDB. Las redes FDDI (Interfaz para Datos Distribuidos por Fibra) fueron desarrolladas por ANSI; tienen un doble anillo de fibra óptica, la información se transmite en un sentido distinto por cada hilo. Las DQFB (Bus Dual de Cola de Datos) fueron propuestas por IEEE; utilizan un doble bus de fibra óptica; cada fibra se utiliza para transmitir en un sentido.

Métodos no guiados¶

En este tipo de métodos la información se transmite por ondas de radio, lo que hace que si se requiere confidencialidad deba ir codificada. Las señales de radio se pueden propagar de uno de los siguientes modos:

• Ondas de superficie. El soporte físico de la información son unas ondas de radio que tienen la particularidad de propagarse siguiendo la curvatura terrestre. Se utilizan para distancias cortas. Son usadas en radiodifusión.

• Ondas de espacio. Se envían dos haces de ondas de una antena a otra; un haz va directo y el otro rebota sobre la superficie terrestre para llegar a destino. Las distancias no pueden ser muy grandes. Se utilizan en los repetidores de televisión.

• Ondas de cielo. Rebotan en la ionosfera terrestre. Con estas ondas se pueden cubrir distancias muy grandes. Las utilizan los radio-aficionados.

• Ondas vía satélite. Son ondas de muy alta frecuencia que atraviesan la ionosfera hasta los satélites de comunicaciones, que las pueden reenviar hacia tierra. Actualmente se utilizan para todo tipo de telecomunicaciones, como telefonía o televisión.

Las técnicas de transmisión de datos para métodos no guiados son las siguientes:

• Luz infrarroja. El emisor y el receptor tienen que estar a la vista directamente. Es un método muy barato. Con su ancho de banda se pueden alcanzar velocidades de 10 Mbps³. Un inconveniente para el uso de esta técnica es la falta de normas. Los principales problemas para la emisión por infrarrojos son la interposición de objetos y los fenómenos atmosféricos como niebla o lluvia. Se utilizan en redes privadas en una sala o para conectar edificios que están a la vista.

• Radio de espectro estrecho, o radiofrecuencia simple. Consiste en sintonizar una determinada frecuencia dentro de una banda. La ventaja de este medio de transmisión es que atraviesa obstáculos, con lo que no exige la visión directa entre emisor y receptor. Los inconvenientes son la baja velocidad de trasmisión, aproximadamente 5 Mbps, y la necesidad de obtener permisos municipales.

• Radio de espectro expandido. Se utiliza un rango de frecuencias amplio; sobre el que se utiliza un código que permite expandir la señal en ese rango. La ventaja es que se puede ocupar la banda simultáneamente por varios usuarios. El inconveniente es que las velocidades de transmisión son relativamente pequeñas para la transmisión de datos. Necesitan la petición de un registro de frecuencias.

• Microondas. Cada estación de microondas tiene que estar siempre enfocada directamente a otra antena de microondas, y entre ambas antenas no puede haber obstáculos. Se utiliza para distancias pequeñas. El ancho de banda es muy grande, entre 2 y 5 GHz, con lo que se permiten velocidades de transmisión de 100 Mbps. Se utiliza en redes privadas, que cubran áreas geográficas no muy grandes. Un inconveniente de esta técnica es que no está regulada.

• Paquetes de radio. Esta es un técnica regulada. Consiste en transmitir información digital que se divide en paquetes que deben contener las direcciones de emisor y destinatario. Los paquetes se transmiten a un satélite de comunicaciones, desde donde se difunden a áreas geográficas extensas. Los receptores se quedan sólo con los paquetes que les pertenecen y desechan el resto.

• Paquetes de datos sobre red celular. Se utilizan en redes móviles (p.e. en telefonía móvil). Una celda representa un área geográfica cubierta por una antena. La información que emite el equipo emisor móvil es recibida por la antena correspondiente al área geográfica donde se encuentra, esta antena lo retransmite al equipo emisor si se encuentra en la celda y sino lo retransmite a las antenas adyacentes, que repiten el proceso, hasta encontrar al receptor. Para el funcionamiento de este método se tienen que cumplir ciertas normas: a cada antena se le asigna un conjunto de frecuencias para transmitir, de tal forma que ninguna de las antenas adyacentes utilice la misma banda de frecuencias.

Limitaciones de los medios físicos de transmisión de señales eléctricas¶

Definiciones previas¶

Se llama velocidad de modulación de una señal física al número de veces que la señal puede cambiar de estado por unidad de tiempo. Al tiempo mínimo que invierte la señal en cambiar de estado se le llama intervalo significativo de la señal, es el tiempo que tarda una señal en representar un estado. Se tiene que \(\(V_M=\frac{1}{I},\)\) donde \(V_M\) es la velocidad de modulación e \(I\) el intervalo significativo de la señal. Si el tiempo se mide en segundos, la unidad de medida de la velocidad de modulación se denomina baudio.

Se llama velocidad de transmisión⁴ al número de bits que se transmiten por unidad de tiempo sobre un circuito de datos. Habitualmente se mide en bps, bits por segundo. Se verifica que \(\(V_T=V_M \cdot \log_2 N,\)\) donde \(V_T\) es la velocidad de transmisión.

Ejercicios:

1. Si una señal digital puede adoptar ocho estados distintos y \(V_T=1200\) bps, ¿cuál es la velocidad de modulación?

   \(8=2^3\), luego \(V_M=\frac{1200}{3}=400\) baudios.

2. Si en una señal \(V_M=1000\) baudios y en transmitir \(16\) bits se emplean \(0,0002\) segundos, ¿cuántos estados posibles diferentes puede adoptar la señal que transporta la información?

   Se tiene la siguiente regla de tres: \(\(\begin{array}{rcl} 16 & \longrightarrow & 0,0002 \\\\ x & \longrightarrow & 0,0001 \end{array}\)\) luego hay \(x=8\) bits en cada estado, por tanto los estados posibles son \(2^8 = 256\).

Se llama velocidad de transferencia⁵ a la velocidad a la que se transmiten bits de información neta. Es sólo un parámetro estadístico, imposible de medir.

Limitaciones del cableado¶

Cuando se utiliza un canal de transmisión, un cable se comporta como un circuito eléctrico, presentando resistencia, inductancia y capacidad. Estos tres parámetros dependen de la longitud del cable, por lo que se dice que son parámetros distribuidos. Veamos cada uno de estos parámetros uno a uno:

• Resistencia. Es la pérdida de energía que sufre una señal a lo largo de un conductor⁶. Es mayor cuanto mayor es la longitud del cable, llegando la señal más atenuada al final del cable.

• Inductancia. Es el efecto mediante el cual un ruido eléctrico, o bien el paso de una señal eléctrica paralela al cable, produce un potencial en éste. El efecto de inducción deforma la señal. Tiene más efecto sobre los armónicos de más frecuencia.

• Capacidad. Los condensadores se basan en el siguiente efecto: si se acumulan cargas a un lado de un aislante, se producen de forma automática cargas de signo contrario al otro lado del aislante. La capacidad de los conductores produce un efecto de inercia frente a los cambios de estado de la señal. Si la capacidad es muy grande se reduce la velocidad de modulación