2.2.3a medios de tx no guiados

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CAPITULO 2- CAPA FISICA

-Bases Teóricas de Comunicación de Datos

-Medios de Tx guiados

-Satélites de Comunicaciones

-Transmisión Inalámbrica

-La Red Telefónica Pública Conmutada

-Sistema Telefónico Móvil

-Television por cable

CONTENIDO

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TRANSMISIÓN INALÁMBRICA

• El espectro electromagnético

• Radiotransmisión

• Transmisión por microondas

• Ondas infrarrojas y milimétricas

• Transmisión por ondas de luz

CONTENIDOS

• Introducción

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Introducción…

: Los usuarios móviles en crecimiento requierencomunicación inalámbrica, y no estar atados a lainfraestructura de comunicaciones fijas.

: Se estima que en el futuro sólo habrá dos clases de comunicación: fibra e inalámbrica.

: Todos los aparatos fijos (no móviles), seconectarán con fibra; y todos los móvilesusarán comunicación inalámbrica.

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: Por ejemplo, en la dificultad de tendercables de fibra desde un sitio a otro.

: La comunicación digital inalámbricamoderna se inició en las islas de Hawai dondeel sistema telefónico por cable erainadecuado.

…Introducción

: La comunicación inalámbrica también tieneventajas sobre los dispositivos fijos enciertas circunstancias.

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El espectro electromagnético…

: Los electrones en movimiento crean ondaselectromagnéticas que se pueden propagar por elespacio libre (aún en el vacío).

: Maxwell realizó su estudio teórico en 1865 yHertz las produjo y observó por primera vez en 1887.

: Frecuencia, f,: oscilaciones por segundode la onda electromagnética [Hz]

: Longitud de onda, λ: Distancia entredos máximos (o mínimos) consecutivos de laonda electromagnética [m].

: Dos parámetros las caracterizan

Espectro

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: Una antena conectada a un circuito eléctrico,difunde las ondas electromagnéticas de maneraeficiente y se captan en un receptor a cierta distancia.(principio comunicación inalámbrica).

: En el vacío, todas las ondas electromagnéticas viajana la misma velocidad, no importa cuál sea su frecuencia.

: Esta velocidad, llamada velocidad de la luz, “c”, esde aproximadamente 3 x 108 m/seg. (limite máx)

: En el cobre o en la fibra, la velocidad baja a casi 2/3de este valor y se vuelve ligeramente dependiente dela frecuencia.

…El espectro electromagnético…

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: La relación fundamental entre f, λ y c (en el vacío)

esta dada por: λ.f = c .

: = > Las ondas de 1 MHz tienen una longitud dealrededor de 300 m y las de 30 GHz tienen unalongitud de alrededor de 1 cm.

: El espectro electromagnético muestra laasignación de los rangos de frecuencias (bandas).

: Las bandas de radio, microondas, infrarrojo y luzvisible del espectro (portadoras) sirven paratransmitir información que modula la amplitud (AM),la frecuencia (FM) o la fase (PM) de la portadora.


Espectro

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: La bandas ultravioleta, rayos X y rayos gammaserían la mejor opción, debido a sus frecuencias másaltas, pero son difíciles de producir y de modular, no sepropagan bien entre edificios y son peligrosos para losseres vivos.

: Según la ITU-R, las bandas que se listan en la parteinferior de la figura son los nombres oficiales de ellasy se basan en las longitudes de onda, de modo que labanda LF va de 1 a 10 km (30 a 300 KHz).

Los términos LF, MF y HF se refieren a lasfrecuencias baja, media y alta, respectivamente.


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: Cuando se asignaron los nombres de las bandas, no seesperaba rebasar los 10 MHz, por tal razón se le llamóbanda de alta frecuencia (HF). Cuando se pudierongenerar más bandas se denominaron bandas de:

•muy alta frecuencia (VHF),•ultra alta frecuencia (UHF),•súper alta frecuencia (SHF),•extremadamente alta frecuencia (EHF)•tremendamente alta frecuencia (THF).

: Que nombres seguirán … ?


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: A frecuencias bajas es posible codificar unos cuantosbits por hertz.


: La cantidad de información que puede portar unaonda electromagnética se relaciona con su ancho debanda.

A frecuencias altas se puede llegar a codificar hasta40 bits por hertz.

= > un canal con un ancho de banda de 500 MHz puedetransportar varios Gbps: (40X 500Mhz= 20 Gbps).

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: f = c/λ , diferenciando con respecto a λ obtenemos:

: Usando diferencias finitas en lugar de diferencialesy considerando sólo los valores absolutos, se tiene:

2

c

d

df

2

cf

Donde : ∆λ ancho de una banda en longitud de onda∆f ancho de una banda en frecuencia

: Cuanto más ancha sea la banda, mayor será la velocidad de transmisión de los datos. Un ejemplo...


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: Ejemplo, considere la banda de 1.30 micras de la

figura

Aquí tenemos

λ= 1.3 μm

∆λ = 0,17 x 10-6 (ver Figura),

= > ∆f = c . ∆λ / λ2 = 3 x 1013 Hz

∆f = 30 THz.


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: En USA, la FCC asigna el espectro para radio AM yFM, televisión y teléfonos celulares, así como a lascompañías telefónicas, policía, marina, navegación,ejército, gobierno y muchos otros usuarios competidores.

: A nivel mundial la encargada, es la ITU-R (WARC).


: Para prevenir interferencias, hay acuerdosnacionales e internacionales sobre la administración deasignación de frecuencias.

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: La FCC, que NO está limitada por las recomendacionesde la WARC = > ha escogido asignaciones diferentes.

: = > los comunicadores personales construidos para elmercado de Estados Unidos NO funcionan en Europa o enAsia y viceversa.

: La mayor parte de las transmisiones ocupan una bandaestrecha de frecuencias (∆f /fc <<1; Ej. fc = 100.∆f ),a fin de obtener la mejor recepción (muchos watts/Hz).


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: En la técnica de espectro disperso el transmisorsalta de frecuencia en frecuencia siguiendo un patrónregular o las transmisiones se dispersan en todo elancho de banda asignado.

: => Uno de los tipos de espectro disperso, es elespectro disperso de secuencia directa.

…El espectro electromagnético

: A continuación se verán las características de lasbandas del espectro,… comenzando por la banda deradio.

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Radiotransmisión…

: Las ondas de radio son fáciles de generar, puedenviajar distancias largas y penetrar edificaciones lo quelas hacen útiles en la comunicación, tanto eninteriores como en exteriores.

: Las ondas de radio también son omnidireccionales,por lo que el transmisor y el receptor no tienen quealinearse.

: Las propiedades de las ondas de radio dependen desu frecuencia.

: A bajas frecuencias, las ondas de radio cruzan bien los obstáculos, pero su potencia se atenúa bastante, aprox. en proporción a 1/r3

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- A frecuencias altas, las ondas de radio tienden a viajaren línea recta y a rebotar en los obstáculos. También sonabsorbidas por la lluvia.

- En todas las frecuencias, las ondas de radio estánsujetas a interferencia por los motores y otros equiposque generan campos electromagnéticos.

- Por la capacidad del radio de viajar distancias largas, lainterferencia entre usuarios es un problema.

- Por esta razón, los gobiernos legislan estrictamente eluso de los radiotransmisores.

- En las bandas VLF, LF y MF, las ondas de radio sepropagan por tierra, como se ilustra en la figura

…Radio-transmisión…

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: En las frecuencias más bajas, éstas ondas se puedendetectar a 1000 s km, y en frecuencias más altas amenor distancia.

: La difusión de radio AM usa la banda MF,cobertura media (530 a 1800 KHz )

: Las ondas de radio en estas bandas cruzan confacilidad los edificios, y es por ello que los receptoresde radios portátiles funcionan en interiores.

: El problema principal al usar estas bandas, paracomunicación de datos, es el ancho de bandarelativamente bajo que ofrecen.

…Radiotransmisión…

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…Radiotransmisión

: En las bandas HF y VHF, las ondas a nivel delsuelo tienden a ser absorbidas por la Tierra.

: Las ondas que alcanzan la ionosfera (una capa departículas cargadas que rodea a la Tierra a una alturade 100 a 500 km), se refractan.

: Bajo ciertas condiciones atmosféricas, las señalespueden rebotar varias veces.

: Los radio aficionados y el ejército usan estasbandas.

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Transmisión por microondas…

: Por encima de los 100 MHz las ondas viajan en línearecta y, por tanto, se pueden enfocar en un hazestrecho.

: Concentrar toda la energía en un haz pequeño conuna antena parabólica, produce una señal mucho másalta en relación con el ruido, pero las antenastransmisora y receptora deben estar muy bienalineadas entre sí.

: Esta direccionalidad permite a transmisoresmúltiples alineados en una fila comunicarse conreceptores múltiples en fila, sin interferencia.

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: Antes de la fibra óptica, las microondas formarondurante décadas el corazón del sistema de largadistancia.

: Ya que las microondas viajan en línea recta, si lastorres están muy separadas, la curvatura de la Tierraes un limitante lo mismo los obstáculos topográficos.

…Transmisión por microondas…

: En consecuencia, se necesitan repetidorasperiódicas.

: Cuanto más altas sean las torres, más separadaspueden estar. La distancia entre las repetidoras enrelación a las alturas de las torres esta relacionada conla raíz cuadrada de la altura de las torres. Ej. Contorres de 100 m de altura, las repetidoras pueden estarespaciadas a unos 70 km.

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: Las microondas no atraviesan las edificaciones.

: Además, aún cuando el haz puede estar bienenfocado en el transmisor, hay cierta refracción en elespacio.

: Las ondas refractadas pueden llegar fuera de fasecon la onda directa y cancelar así la señal.

: Este efecto se llama desvanecimiento de trayectoriamúltiple, depende además del clima y de la frecuencia.

: Algunos operadores mantienen un 10% de suscanales, como contigencia


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: La creciente demanda de espectro obliga a mejorarcontinuamente la tecnología de modo que lastransmisiones puedan usar frecuencias todavía másaltas.

: Las bandas de hasta 10 GHz son ahora de usorutinario. A casi 8 GHz se presenta un nuevoproblema: la absorción del agua

: En síntesis, las microondas se utilizan tanto para lacomunicación telefónica de LD, la telefonía celular, ladistribución de la TV y otros usos.


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Esta tecnología tiene varias ventajas significativasrespecto a la fibra.

: La principal es que no se necesita derecho depaso, basta con comprar un terreno cada 50 km parainstalar las repetidoras.


: Las microondas son relativamente baratas.

: Algunas bandas en microondas tienen usosespeciales: bandas industriales, médicas y científicas.

: Estas bandas no requieren de licencias (No cuestan)

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: Existen otras bandas que se utilizan parateléfonos inalámbricos, controles electrónicos depuertas, altavoces inalámbricos de alta fidelidad,puertas de seguridad, etc.

: Una banda asignada mundialmente es la de 2,4 a2,484 GHz

: En Estados Unidos y Canadá existen otras bandaspara este fin: 902 a 928 MHz, 5,725 a 5,850 GHz

: La banda de 900 MHz es la de mejor operación peroestá muy congestionada y el equipo sólo se puedeoperar en América del Norte.

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…Transmisión por microondas

: Las bandas más altas requieren circuitoselectrónicos más costosos y están sujetas a lainterferencia de muchos dispositivos entre ellos loshornos de microondas, instalaciones de radar…

: No obstante, estas bandas son populares enaplicaciones de redes inalámbricas de corto alcanceporque evitan los problemas asociados con laslicencias.

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Ondas Infrarrojas y milimétricas…

: Las ondas infrarrojas y milimétricas no guiadasse usan mucho para la comunicación de corto alcance.

: Muchos controles remotos de televisores,grabadoras de vídeo y estéreos utilizan comunicacióninfrarroja.

: Estos controles son relativamente direccionales,baratos y fáciles de construir, pero tienen elinconveniente de no atravesar los objetos sólidos.

: Conforme se pasa de la radio de microonda haciala luz visible, las ondas se comportan cada vez máscomo la luz y cada vez menos como la radio.

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: El hecho de que las ondas infrarrojas noatraviesen paredes sólidas es una ventaja, un sistemainfrarrojo en un cuarto de un edificio no interferiráun sistema similar en cuartos adyacentes.

: Por esta razón, la seguridad de los sistemasinfrarrojos contra el espionaje es mejor que la de lossistemas de radio.

: Además No se requiere de licencia para operar unsistema infrarrojo, en contraste con los sistemas deradio.

…Ondas Infrarrojas y milimétricas…

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: Estas propiedades han hecho que el infrarrojosea aplicable en LAN s inalámbricas en interiores.

: Las computadoras y las oficinas de un edificio sepueden equipar con transmisores y receptoresinfrarrojos relativamente desenfocados (es decir, untanto omnidireccionales).

: De esta manera, las computadoras portátilescapaces de utilizar infrarrojo pueden estar en laLAN local sin tener que conectarse a ellafísicamente.

…Ondas Infrarrojas y milimétricas…

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: La comunicación con infrarrojo no se debe usaren exteriores. El sol tiene componentes infrarrojosque interfiere con la LAN.

…Ondas Infrarrojas y milimétricas

: El acceso inalámbrico de las máquinasportátiles, dentro de una sala, donde se encuentrala WLAN, presenta una gran ventaja.

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Transmisión por ondas de luz

:La señalización óptica sin guías se ha usadodurante siglos.

: Una aplicación moderna es la conexión de LANsentre dos edificaciones por medio de Láseres.

: La señalización óptica coherente con Láseres esinherentemente unidireccional, de modo que cadaedificio necesita su propio láser (Tx) y su propiofotodetector (Rx).

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: Ofrece un ancho de banda muy alto a un costo muybajo.

:También es relativamente fácil de instalar y adiferencia de las microondas, no requiere de licencia

: La ventaja del láser, de tener un haz muy estrecho,presenta a su vez una debilidad.

: Apuntar un rayo láser de 1 mm de anchura a unblanco de 1 mm a 500 metros de distancia requierealta exactitud

: Por lo general, se añaden lentes al sistema paraagrandar ligeramente el ancho del haz.

…Transmisión por ondas de luz…

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: Una desventaja es que los rayos láser no puedenpenetrar la lluvia, ni la niebla densa, pero normalmentefuncionan bien en días soleados.

…Transmisión por ondas de luz…

: Las ráfagas de calor sobre el rayo produce efectosde refracción, desenfocando el haz de su objetivo. UnEjemplo al respecto…

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Las corrientes de convección pueden interferir lossistemas de comunicación por láser. Aquí se ilustraun sistema bidireccion

…Transmisión por ondas de luz

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