Comunicación en sistemas digitales
Unidad 2. Comunicaciones alámbricas y por fibra óptica
Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Telemática
Ingeniería en Telemática
Programa de la asignatura:
Comunicación en sistemas Digitales
Unidad 2. Comunicaciones alámbricas y por fibra óptica
Clave:
210930832
Universidad Abierta y a Distancia de México
Comunicación en sistemas digitales
Unidad 2. Comunicaciones alámbricas y por fibra óptica
Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Telemática 1
Índice
Unidad 2.Comunicaciones alámbricas y por fibra óptica .................................................... 2 Presentación .................................................................................................................. 2 Propósitos ...................................................................................................................... 5 Competencia específica ................................................................................................. 5 2.1. Líneas de transmisión ............................................................................................. 6
2.1.1. Modelado de la línea ........................................................................................ 6 2.1.2. Acoplamiento y líneas balanceadas ............................................................... 10
Actividad 1: Una línea eficiente .................................................................................... 15 2.1.3 Tipos de línea y sus aplicaciones .................................................................... 26
Actividad 2. Selección de la mejor línea ....................................................................... 27 2.2. Multicanalización ............................................................................................... 28 2.2.1. PCM, FDM, TDM ............................................................................................ 29 2.2.2. Aplicación a sistemas de comunicación ......................................................... 33 2.2.3. ATM (Asynchronous Transfer Mode), Frame Relay ........................................ 34
Actividad 3: Las posibilidades en las comunicaciones ................................................. 36 2.3. Comunicaciones por fibra óptica ........................................................................... 37
2.3.1. Propiedades de la luz y ley de Snell ............................................................... 40 2.3.2. Historia de la fibra óptica ................................................................................ 41 2.3.3. Parámetros de fibras ópticas .......................................................................... 43 2.3.4. Redes SONET y FDDI ................................................................................... 46
Autoevaluación ............................................................................................................ 54 Evidencia de aprendizaje ............................................................................................. 55 Autorreflexión ............................................................................................................... 55 Cierre de la unidad ....................................................................................................... 56 Para saber más............................................................................................................ 56 Fuentes de consulta ..................................................................................................... 58
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Unidad 2.Comunicaciones alámbricas y por fibra óptica
Presentación
¡Bienvenido(a) a esta segunda unidad!. Ahora estudiarás los medios para la transmisión
de la información y de las señales de comunicación, es decir, harás el estudio de líneas
físicas de comunicación que se han clasificado en medios alámbricos e inalámbricos.
En primer lugar estudiarás las líneas de cable (fabricadas principalmente de cobre), sus
propiedades y sus características y más tarde estudiarás las fibras ópticas, que es hoy en
día el medio más empleado, debido a su gran capacidad e inmunidad al ruido.
Como nota adicional se aclara que posteriormente en la tercera unidad, analizarás el
medio inalámbrico o vía radio. Algunos autores clasifican estos dos medios como guiados
y no guiados.
Para el estudio de la presente unidad y para brindarte una visión general en el estudio de
ésta, es conveniente que analices el siguiente mapa conceptual.
Comunicaciones alámbricas
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Los conceptos de modulación que estudiaste en la primera unidad, te servirán de base
para el tratado de los medios de transmisión, sin embargo, también es importante el
conocimiento de otras asignaturas que has cursado, relacionados a circuitos eléctricos,
física y ecuaciones diferenciales.
En la presente unidad y en la tercera, se sugiere el uso de herramientas
(applets) en línea que podrás consultar en el sitio:
www.amanogawa.com en donde existen distintas actividades para el
estudio de las señales de radiofrecuencia, el estudio de líneas de
transmisión, así como para las guías de onda.
Se sugiere consultes un video introductorio al sitio que contiene las
applets, con un ejemplo como los que podrías aplicar a lo largo de la
unidad: http://www.youtube.com/watch?v=PI8m4MEWMwI
Es así que para el estudio de la línea realizaras diferentes ejercicios para estudiar sus
parámetros y junto con investigación en las diferentes fuentes examinarás los principales
parámetros de las líneas, tales como la impedancia y acoplamiento con la carga. Los
efectos de la línea a altas frecuencias hacen necesario el estudio de sus propiedades
para estas frecuencias. A muy altas frecuencias no es posible emplear líneas de cobre y
los efectos y propiedades de la línea afectan a las señales lo que la limita su operación en
la banda de microondas.
En la actualidad es importante transmitir información que demanda mucho mayor
espacio y por lo tanto se requiere emplear mayores frecuencias, por lo tanto las líneas de
cobre no son adecuadas a estas frecuencias y es por eso que la fibra óptica resulta el
medio adecuado de transmisión. Conocerás la historia de la fibra óptica, la forma en que
se fabrica la fibra, sus propiedades y aplicaciones. También se presentarán dos de los
principales estándares que hoy se emplean en líneas de fibra óptica y que hasta ahora se
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emplean en las principales redes de fibra óptica y que son las redes síncronas de fibra
llamadas SONET (Synchronous Optical Network) y las redes de fibra distribuida de datos
o FDDI (Fiber Data Distributed Interface). En esta etapa se te mostrará un caso real de un
sistema de fibra óptica que opera en el sureste del país y que además se encuentra
conectado a redes globales que permiten una conectividad mundial. En las actividades de
aprendizaje se busca que investigues sobre redes de fibra óptica que existen en tu
localidad. Además resolverás diversos ejercicios para determinar los parámetros de las
fibras ópticas.
Adicionalmente estudiarás las principales técnicas de canalización, que están destinadas
a conocer la forma en que podemos organizar a los usuarios del medio de comunicación.
Estas permiten ordenar la comunicación de diferentes formas para colocar varios usuarios
por el mismo medio, dentro de ellas conocerás la multicanalización por división de tiempo
y división de frecuencia, así como la transmisión de paquetes mediante la transmisión
asíncrona que han permitido desarrollar las redes de datos digitales y que han tenido gran
crecimiento en años recientes.
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Propósitos
Al final del estudio de esta unidad, podrás:
Reconocer una línea balanceada e identificar sus ventajas
Determinar el acoplamiento en líneas
Describir las ventajas y las propiedades de los principales tipos de líneas
Identificar las características importantes de los distintos tipos de multicanalizadores
Identificar las características de las principales redes ópticas SONET y FDDI.
Competencia específica
Analizar los dispositivos y medios de comunicación alámbrica para identificar sus parámetros y ventajas, a través de la descripción de los medios utilizados en la transmisión de información.
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2.1. Líneas de transmisión
Cable de par trenzado
Comenzarás este tema con el estudio de las
líneas de transmisión, las cuales en un principio
estaban basadas en hilos de cable de un
material conductor (cobre), que fue por muchos
años la principal forma de comunicación y aun
en la actualidad es empleado en diferentes
formas. Existen diferentes tipos de cables que
debes conocer, entre los que existen: dos hilos
de cobre paralelos, hilos de cobre trenzados y
cable coaxial entre otros. Las líneas de hilo de
cobre paralelas y de par de hilos trenzados
fueron empleadas en los sistemas telegráficos y
de telefonía por mucho tiempo, también las
líneas de par trenzado son empleadas
ampliamente en las redes de computadoras.
Para poder enviar mayor información es necesario aumentar la frecuencia de la
portadora, sin embargo a muy altas frecuencias encontrarás cables que no son
adecuados, por lo que el cable coaxial es el que resulta mejor a altas frecuencias, pero
aun así, éste también resulta inapropiado cuando la frecuencia llega a la banda de los
GHz. Una de las razones por las cuales esta línea resulta inadecuada es porque
eléctricamente la línea representa un circuito eléctrico con efectos inductivos en serie y
capacitivos en paralelo que hacen que opere como un filtro que atenúa las altas
frecuencias. Es por ello que deberás estudiar la forma en que se modela la línea y el tipo
de circuito que la representa.
A lo largo del texto se harán algunas sugerencias de información
adicional que corresponde a la sección Para saber más, pero serán
insertadas a lo largo de la unidad para complementar el contenido.
2.1.1. Modelado de la línea
Una línea de comunicación se modela a través de los denominados parámetros
distribuidos, es decir la línea presenta un efecto resistivo debido a la resistencia natural
del cobre y un efecto inductivo en serie a lo largo de la línea; además presenta un efecto
capacitivo en paralelo, entre línea de la señal y la línea de tierra. Se denominan
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parámetros distribuidos debido a que estos efectos se presentan a lo largo de la línea,
además de que dichos parámetros se definen en ohms/m, H/m y C/m, por lo tanto si
tomamos un fragmento de la línea se observará el siguiente esquema de circuito como el
modelo de la línea. Este tema lo podrás consultar en el libro sobre líneas de transmisión
de Neri Vela, a continuación podrás el modelo de acuerdo a la figura 2-11 de la citada
referencia:
Modelo y parámetros distribuidos de la línea
En donde los parámetros representan lo siguiente:
L inductancia en la línea principal
R resistencia del conductor en la línea principal
C capacitancia entre líneas
R Resistencia en paralelo o conductancia entre líneas
En caso de que no conozcas el término conductancia, este representa el opuesto a la
resistencia, y como puedes observar se determina por una resistencia en paralelo con la
línea de tierra; de esta forma cuando esta resistencia es un valor elevado representa una
baja resistencia en la línea principal y viceversa. La forma en que se realiza el modelo
determina dos tipos de circuitos, de acuerdo a la forma que toman se denominan circuito
tipo “pi” y circuito tipo “T”.
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Modelo de la línea tipo PI y tipo T. Consultado en:
http://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/Libros%202007/libros/tt/tt-05/tt-05.htm.
Los parámetros en serie y en paralelo son los mismos definidos anteriormente y
solamente dependen de la forma en que se analiza el circuito, como para el modelo PI se
toman dos secciones de elementos en paralelo y para el modelo T solo se considera un
solo elemento en paralelo.
Impedancia característica
Una línea de longitud infinita se puede modelar por un número también infinito de circuitos
tipo PI o bien tipo T. Considerando que la línea es uniforme entonces la impedancia que
presenta una sección de la línea será la misma del resto de la línea, esta impedancia es
denominada Impedancia característica. Como estudiaste en tus cursos de circuitos, es
importante mencionar que se define a la impedancia como un efecto resistivo que se
forma de un valor complejo, es decir una determinada impedancia llamada Z = R +jX, se
compone de una parte real y una parte imaginaria también llamada carga reactiva. La
variable imaginaria X se produce por cargas capacitivas e inductivas, como se presenta
en el modelo de la línea. La impedancia característica de la línea se puede determinar
mediante la siguiente formula
Z=√L/C
Mas adelante vas a estudiar la clasificación de los distintos tipos de líneas sin embargo a
continuación obtendrás la impedancia característica de algunos de estos, estos ejercicios
y otros similares los podrás consultar en el libro Líneas de Transmisión de Neri Vela
(1999).
Ejemplo 1 Determina la impedancia característica de un cable coaxial RG=8 que posee una
capacitancia de 18.5 pf/m y una inductancia de 0.58 uH/m, determinar la impedancia
característica.
Solución: Z=√L/C
Si aplicamos la ecuación para la impedancia Z=(0.00000058/0.0000000000185)1/2
Z=313511/2 = 177.06 ohms.
En la actualidad, las líneas de cobre no son utilizadas para la transmisión de señales a
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muy largas distancias; Por un lado se observa, del modelo anterior que se incrementa la
resistencia del cobre y con ello aumentan las pérdidas; por otro lado debido a la
capacitancia paralela se presenta un efecto de filtro paso-bajas, que como estudiaste en
la primer unidad no permite el paso de frecuencias altas. Aún así, la línea de cobre es
empleada en múltiples aplicaciones como en redes de computadoras locales y es también
el principal medio para conectar los radios de comunicación con antenas en las
estaciones transmisoras. En este último caso, la señal de radiofrecuencia que se
transmite es generalmente de muy alta frecuencia y es por eso que la impedancia
característica de la línea afecta a una señal a esas frecuencias. La siguiente figura
muestra un diagrama general de un radio conectado a una antena a través de una línea
de transmisión.
Conexión entre un radio y una antena
Otros parámetros importantes asociados al circuito son la impedancia del radio transmisor
y la impedancia de la carga (que en este caso es una antena). El objetivo del sistema
anterior es transmitir la señal del generador por el radio a través de una antena y enviar la
señal con la máxima potencia posible. Si estudias el circuito anterior y tomas en cuenta
los valores de cargas y de la impedancia característica de la línea para los cuales se logra
transferir la máxima potencia a la carga, entonces es útil aplicar el teorema denominado
de Máxima transferencia de potencia, el cual nos dice que la máxima transferencia de
potencia se logra cuando la resistencia de carga es equivalente a la resistencia
equivalente del circuito de carga, que es representada por la llamada resistencia de
Thevening. En el siguiente video podrás observar este teorema.
Consulta el video Teorema de máxima transferencia de potencia,
http://www.youtube.com/watch?v=g6Qgt3pKcj0
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En este momento conoces el principal parámetro de la línea, y la importancia de la
impedancia característica; debes saber que un adecuado acoplamiento entre el
generador y la carga se logra cuando las impedancias son iguales. A continuación
estudiaras con mayor detalle la importancia de un adecuado acoplamiento.
En este punto es importante que reflexiones sobre la necesidad de
transmitir la máxima potencia a la carga y así lograr que el sistema de
transmisión sea eficiente, es por eso que uno de los parámetros
fundamentales es la Impedancia característica de la línea Z0 y otro
parámetro importante es la impedancia de carga.
A continuación conocerás algunos de los efectos que se tienen cuando no está bien
acoplada la línea, así como la importancia de un adecuado acoplamiento.
2.1.2. Acoplamiento y líneas balanceadas
Ya se explicó el modelo de la línea y el circuito que representa la transmisión de una
señal a través de la línea. Se mencionó que se busca transmitir la máxima potencia a la
carga, que definimos como un adecuado acoplamiento de la línea, con ayuda de un
importante teorema de los circuitos denominado Teorema de Máxima transferencia de
potencia, y que aplicado a este circuito se obtiene cuando la impedancia de salida del
generador y la impedancia de carga son iguales. En el caso del circuito analizado
anteriormente el acoplamiento se logra cuando la impedancia característica de la línea y
la impedancia de la antena o carga son iguales. Para entender más a fondo la importancia
del acoplamiento estudiarás a continuación los casos de desacoplamiento total. Primero
es importante definir la longitud de onda de una señal
Para una onda senoidal que se desplaza por una línea o por el aire la longitud de onda de
una señal se define como la distancia que recorre en un ciclo completo y se expresa con
la letra griega λ (lambda). Se puede determinar mediante la siguiente relación
λ= c/f
En donde c es la velocidad de la luz y generalmente se expresa como c=3X108 m/s
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Ejemplo 2 Determina la longitud de onda para señales de a) f= 100Khz, b) 1Mhz c) 100Mhz y d) 1
Ghz.
Aplicando la ecuación para la longitud de onda:
a) λ =3X108 / 100X103 =3000m= 3km
b) λ =3X108 / 1X106 =300m
c) λ =3X108 / 100X106 =3m
d) λ =3X108 / 1X109 =30 cm
Del resultado del ejercicio anterior se observa que a frecuencias mucho mayores la
longitud de onda es mucho menor, alcanzando longitudes de unos cuantos centímetros al
aumentar la frecuencia a la región de los Gz. El efecto que se produce en una línea
cuando se transmite una señal a altas frecuencias es que genera las denominadas ondas
estacionarias, es decir, debido a que la longitud de onda es menor que la longitud total
de la línea, las ondas estacionarias viajan por la misma línea y durante dicho recorrido se
presentan valores máximos y mínimos cada longitud de onda que recorre. En
aplicaciones de bajas frecuencias no se presenta este efecto a menos que se tengan
longitudes de cable extremadamente largas. A continuación estudiarás los casos
extremos que producen las ondas estacionarias en la línea, que son las líneas en corto
circuito y en circuito abierto.
Línea en circuito corto y en circuito abierto
Si consideramos una línea en corto, al final de la línea se tendrá un voltaje cero, debido al
corto y también en ese punto se obtendrá la máxima corriente, y por lo tanto la onda se
regresa a la fuente. El resultado es la señal que se observa en la figura. De la misma
forma se observa el caso de una línea en circuito abierto, en esta línea se presenta el
máximo voltaje al final de la línea y corriente cero. En estos casos al no existir una carga,
la señal se regresa hacia la fuente de origen, lo que da por resultado la presencia de dos
señales en la misma línea, la onda original que proviene de la fuente denominada onda
incidente y la onda que regresa del extremo en corto o en circuito abierto que se
denomina onda reflejada.
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Línea en circuito abierto y en circuito en corto. Consultada: Neri (2008) en el resultado del
ejercicio 2-14 de líneas de transmisión
De la figura anterior se observa un punto que es importante en la señal, cada λ/4 se
presentará un mínimo, ya sea de voltaje o de corriente, esto da origen a que a longitudes
de λ /4 se puedan realizar los acoplamientos de la señal. Los casos de circuito en corto y
circuito abierto representan las situaciones totalmente desacopladas, cuando la línea y la
carga están perfectamente acopladas no existe señal reflejada.
En este momento comenzarás a emplear los recursos en línea dados en
www.amanogawa.com para que deduzcas mejor el concepto de las
ondas estacionarias. Inicia observando el video sobre el uso del sitio que
se mencionó en la presentación de la unidad y atiende en la forma en
que se propagan las ondas sobre una línea o bien en el espacio libre
para que conozcas la forma de emplear dichas herramientas.
También consulta el video Introducción a Amanogawa.com y Medio,
Aire. En el video se explica cómo utilizar las funciones dentro del sitio de
Internet. En este momento deberás realizar tú mismo una simulación en
el sitio para que observes la forma en que se desplaza una onda.
http://www.youtube.com/watch?v=Tx3DWzqtaQU
Ejemplo 3 Realiza la simulación de una señal de 5 GHz y observa la forma en que se propaga la
onda en la opción Electromagnetic Waves, grafica, y después observa la simulación de
la propagación de la onda.
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Es importante que en el equipo esté instalado Java. Si no lo tienes lo puedes descargar
en el siguiente vínculo:
http://www.java.com/es/download/
Solución
Comienza por ingresar al sitio www.amanogawa.com, selecciona la opción
Electromagnetic Waves mediante el botón:
en seguida selecciona la opción:
y finalmente selecciona:
A continuación modifica la frecuencia “f” = a 5 GHz, recuerda que se puede expresar
como 5e9 Hz:
Ejecuta la simulación con los botones de START/STOP, así veras en una animación la
forma en que se desplaza una onda electromagnética y observas el siguiente resultado.
Pon atención e imagina la forma en que esto suceda a frecuencias de microondas en
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donde recorre una distancia de pocos centímetros.
Relación de onda estacionaria
Para poder cuantificar el efecto de la onda que se regresa por la línea existe un parámetro
importante que permite medir la cantidad de energía que regresa por efectos de un
desacoplamiento, este parámetro se define como la Relación de Voltaje de Onda
estacionaria o VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) que se determina de la siguiente
formula:
VSWR=Emax/Emin
Ejemplo 4 A partir de una onda estacionaria con Vmax=52V y Vmin=18V, determina el valor de
VSWR
Solución:
VSWR=52/18= 2.8
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Los valores de la relación de onda estacionaria pueden variar desde 1 cuando Emax
=Emin hasta infinito cuando Emin alcanza valores cercanos a cero.
Otro factor importante en el estudio de las ondas reflejadas es el coeficiente de reflexión
definido por la letra griega ρ (rho) mediante la siguiente ecuación:
Ρ=VSWR-1/VSWR+1
En resumen, los efectos de un mal acoplamiento ocasionan:
La potencia total de la fuente no llega a la carga
Existe posibilidad de dañar el cable
La onda reflejada ocasiona calentamiento en el cable especialmente a altas
potencias del generador
El desacoplamiento genera problemas de ruido y las llamadas señales fantasma
En este momento debes reconocer los efectos de una línea
desacoplada, la forma de medir este problema es mediante la variable
denominada VSWR, que representa la relación entre el valor máximo y
el mínimo dentro de la línea. Los máximos y mínimos dentro de la línea
se presentan cada cuarto de longitud de onda de la señal λ/4, y podrían
darse puntos en la línea en los cuales ¡el valor total de la señal se
podría cancelar!
Ejercicio 1
Resuelve los ejercicios 1-5 del cuaderno de ejercicios para que
tengas mayor conocimiento de los parámetros de la línea. Toda
la información que acabas de estudiar te permitirá realizar la
primera actividad.
Actividad 1: Una línea eficiente
¡Bienvenido(a) a la primer actividad de esta segunda unidad de las asignatura
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El propósito de esta actividad es que elabores un organizador gráfico, en el cual vas a
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sintetizar los aspectos importantes que has aprendido sobre el tema de acoplamiento y
ondas estacionarias. Sigue las siguientes indicaciones:
1. Atiende a los requerimientos que te solicita tu Facilitador(a). La actividad en el
organizador gráfico debe contener aspectos sobre una línea balanceada, sus
ventajas y el acoplamiento de líneas.
2. También deberás emplear herramientas adecuadas para desarrollar el
organizador con la finalidad de entregar un documento con la información
completa.
3. Integra una figura donde se muestra una línea y carga con el elemento que las
acopla.
4. Organiza tus ideas de acuerdo a los temas solicitados en los requerimientos y
plásmalos en el documento.
5. Guarda tu documento con el nombre KCSD_U2_A1_XXYZ y envíalo para su
revisión. De ser requerido vuélvelo a enviar
*Procura incluir y aplicar todos los conceptos e información que has aprendido hasta
ahora.
*Recuerda verificar los criterios de calificación de la actividad.
Acoplamiento mediante uso de la carta de Smith
Una de las principales técnicas para realizar el acoplamiento es mediante el diseño de
una sección acopladora de λ/4 que deberá de ser introducida entre la línea y la carta
como se observa en la figura. Esta sección es otro tramo de línea de transmisión colocada
en el punto preciso y del tamaño adecuado para obtener un efecto en el cual la
impedancia vista en la línea es exactamente la impedancia característica. Los dos
parámetros importantes que deben determinarse para poder realizar el acoplamiento son:
a) seleccionar el punto en la línea l donde deberá colocarse el acoplador y
b) determinar la longitud d del segmento acoplador.
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Uso de un acoplador en una línea. Tomado de Neri (1999) Figura 2.42 de líneas de
transmisión.
En la figura anterior puedes observar un aspecto importante del acoplador, debido a que
el punto donde se debe colocar y la longitud del mismo es variable, la forma que toma es
similar a un trombón, instrumento musical que genera las notas cuando se mueve la
posición del instrumento.
Por esta razón esta técnica de acoplamiento la encontrarás en diferentes libros y algunos
autores le dan el nombre de acoplamiento mediante STUB. Para realizar el
acoplamiento es necesario hacer cálculos con los valores de la impedancia, que en
ocasiones podrían ser números complejos, por lo tanto se complica en gran manera la
solución. Una herramienta disponible para resolver el acoplamiento es mediante la
llamada, carta de Smith que es también llamada calculadora de números complejos. A
continuación se describe esta herramienta.
En diversas fuentes en internet puedes encontrar el documento
de la carta de Smith en formato pdf; se sugiere lo descargues e
imprimas; por ejemplo lo puedes descargar de la siguiente liga:
http://sss-mag.com/pdf/smithchart.pdf.
Más adelante emplearás la carta en línea directamente en
amanogawa.com.
También la puedes descargar del material de apoyo
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Una vez que lo hayas descargado o consultado en línea podrás observar que la carta de
Smith es una herramienta gráfica, en la cual podrás localizar las cargas de una línea de
transmisión y realizar operaciones con dichas cargas. En la carta puedes ver círculos que
comienzan por el lado derecho desde un círculo pequeño hasta el círculo más grande que
cubre completamente la carta. Los círculos representan los valores de resistencia pura.
Por otro lado, se observan curvas que representan la parte imaginaria de la carga, esta
última representa la carga reactiva. Las curvas comienzan del lado derecho y se mueven
hacia arriba para valores imaginarios positivos y hacia abajo para valores imaginarios
negativos. Además se colocan las cargas normalizadas con respecto a la impedancia
característica, es decir, cualquier valor de carga en la carta se deberá dividir por el valor
de la impedancia característica Z0, así que el valor de Z0 corresponde al punto de valor 1,
que queda situado justo en el centro de la carga. Comenzarás primeramente por localizar
cargas complejas dentro de la carga.
Ejemplo 5 Localiza las siguientes cargas en la carga de Smith, considera una impedancia
característica Zo= 75 Ω:
a) ZA=50 Ω
b) ZB=25+100j Ω
Solución:
Para la carga ZA el resultado es la carga normalizada ZAn=50/75=0.66 y como es
puramente real se sitúa sobre el eje horizontal en el punto igual a 0.66 quedando
localizado en el siguiente punto:
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Para la carga ZB se debe obtener primero la carga normalizada ZBn=
(25+j100)/75= 0.33+j1.33 que se sitúa en la siguiente figura en el circulo de valor
0.33 y la curva de valor 1.33
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Uno de los principales efectos a considerar en la línea es el punto en el cual se coloca la
carga. Como se mencionó anteriormente, los efectos de las ondas estacionarias a muy
altas frecuencias ocasionan que a diferentes posiciones de la línea se presentan valores
distintos de impedancia que ocasionan máximos y mínimos en la línea. Una de las
aplicaciones de la carta de Smith es que se puede conocer con precisión el valor de la
impedancia en cualquier punto de la línea conociendo la impedancia característica de la
línea y la impedancia de la carga no acoplada. Es por eso que dentro de la carta observas
en los círculos externos dos flechas que indican en dirección del generador (sentido
horario) y en dirección de la carga (sentido antihorario). Para ello se deberá dibujar un
círculo con centro en el origen (donde se sitúa la impedancia característica) y de radio tal
que pase por la carga desacoplada. Este círculo representa el sistema desacoplado y
también se llama círculo VSWR. Cualquier punto de la línea se localiza moviéndose a lo
largo del círculo, ya sea en dirección del generador o en dirección de la carga. Observa el
siguiente ejemplo
Ejemplo 6 Dada una línea de transmisión de Zo=25 Ω y con una carga de 45+j35 Ω. Localiza la
carga en la carta de Smith. Dibuja el círculo que representa la línea desacoplada y
localiza el punto hacia el generador, en el cual la impedancia se ve puramente resistiva
(éste deberá coincidir con el eje horizontal de la carta).
Solución:
La carga se sitúa en el punto ZA= (45+j35)/25 = 1.8 +j1.4, esta se representa en la figura
en el punto A, en donde deben coincidir el circulo 1.8 con la curva 1.4. El sistema con la
carga desacoplada se presenta mediante el círculo anaranjado. La dirección hacia el
generador es en dirección horario, y por lo tanto se va a desplazar desde el punto 0.20λ,
obtenido por una línea que se extiende desde el origen y que pasa por A hasta el punto
0.25λ (éste último es el eje horizontal) donde la carga es puramente resistiva. Por lo tanto
la distancia que recorre es de |0.20-0.25| = 0.05 λ.
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Con los elementos que has estudiado hasta ahora sobre la carta de Smith a continuación
aplicarás la carta para la solución del acoplamiento de una línea desacoplada.
Este método lo podrás también estudiar en el siguiente video y mediante los recursos de
www.amanogawa.com resolverás el problema de un desacoplamiento mediante
simulaciones en línea. Comienza observando el video:
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Consulta el video Carta de Smith para medios de transmisión,
Castañeda (2010), http://www.youtube.com/watch?v=5wCNMLvxgQ0
Después de consultar el vídeo y que también conoces la forma en
que funciona la carta de Smith se resume el procedimiento para
realizar el acoplamiento:
1. Localiza la carga normalizada en la carta de Smith.
2. Traza el círculo que representa la línea desacoplada.
3. Desplázate hacia el generador hasta donde la impedancia es
puramente resistiva. En ese punto deberás colocar el fragmento de
línea.
4. Determinar la longitud del acoplador, este acoplador recibe el nombre
de Stub.
5.- Determina el valor de la impedancia en dicho punto y obtén el valor
de la impedancia que debe tener el Acoplador.
Ejemplo 7 Dada una línea de transmisión de Zo=50Ω y con una carga de 45+j35 Ω, basado en el
uso de las herramientas en línea en www.amanogawa.com. Localiza la carga en la carta
de Smith y determina el círculo que representa la línea desacoplada, y además localiza
el punto hacia el generador en el cual la impedancia se ve puramente resistiva y
determine el valor del acoplador λ/4.
Solución
Primero selecciona la opción
En seguida selecciona la opción Java Applets
Ahora selecciona la opción interactiva con Carta de Smith
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Unidad 2. Comunicaciones alámbricas y por fibra óptica
Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Telemática 23
Enseguida actualiza los valores de impedancia de línea y carga
Activa la función VoltageMaximum, que permitirá ver la distancia necesaria hasta
alcanzar el valor puramente resistivo
Dicho valor corresponde a 0.1082λ, observa el resultado en la carta de Smith en el
simulador:
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Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Telemática 24
Finalmente, el valor de la carga resistiva lo puedes determinar haciendo click en el punto
en donde la curva del sistema desacoplado (color morado) corta el eje horizontal, dando
el valor de 103.5Ω como puedes observar en la siguiente figura.
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Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Telemática 25
¡Excelente! Ahora conoces el proceso para resolver el
acoplamiento en una línea. En este momento se sugiere que
resuelvas los ejercicios 6-8 del cuaderno de ejercicios en donde
aplicarás la carta de Smith para reforzar está técnica.
En este momento es importante que analices la importancia de realizar un
acoplamiento cuando la línea está desbalanceada. El método que has
estudiado mediante el acoplador tipo stub te permite resolver el problema
de desacoplamiento y mediante un tramo adicional de línea del cual debes
calcular la longitud y la posición se logra un buen acoplamiento de la línea.
El acoplamiento permite reducir las pérdidas que representan una baja
eficiencia en la transmisión.
Comunicación en sistemas digitales
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Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Telemática 26
En este momento has conocido las consecuencias de un inadecuado acoplamiento y la forma en que puedes solucionar dicho problema mediante el acoplamiento basado en stub. Con la finalidad de que puedas decidir adecuadamente sobre el tipo de cable a utilizar, es importante que conozcas ahora los principales tipos de cable y sus características técnicas, con ello tendrás suficientes herramientas para ser implementadas en medios guiados para la transmisión de señales.
2.1.3 Tipos de línea y sus aplicaciones
Ahora que conoces los efectos de la línea, la forma de evaluarlos y el principal método
para solucionar el problema de desacoplamiento vas a estudiar los principales tipos de
línea y sus aplicaciones. Los distintos cables que existen se emplean para aplicaciones
diversas. Comienza observando los siguientes videos para que conozcas algunos de los
principales tipos de cables, primero sobre los cables en general y en seguida otro video
sobre cables coaxiales.
Consulta el video Medios de comunicación guiados y no guiados
http://www.youtube.com/watch?v=Tx3DWzqtaQU
Consulta el video Cable coaxial por Lex 18/8/2009
http://www.youtube.com/watch?v=OXJkuNf2hM8
Como observaste en el video, existen diferentes medios de comunicación denominados
guiados como es el cable coaxial, el cable denominado par trenzado y la fibra óptica. Las
diferentes características de cada uno indican cual es la aplicación que se le dará a cada
uno. A continuación se describen los cables más comunes.
Cables de hilos paralelos. Existen cables sin aislante, separados
aproximadamente 250mm y de diámetro de 1.5 mm. Este tipo de cable es de bajas
pérdidas sin embargo soporta un ancho de banda pequeño.
Cable de hilos paralelos con aislante. Los cables están cubiertos por un material
aislante, la separación es de 350 mm. También son cables de bajas pérdidas y de
ancho de banda pequeño.
Cables de hilos trenzados. Este cable tiene la propiedad de eliminar el ruido
ambiental sin embargo no es adecuado para altas frecuencias ya que es de altas
pérdidas y más aun cuando se moja.
Cable coaxial calibre RG45. Se forma de un hilo central de aislado del conductor
externo mediante un material denominado polietileno que es un buen aislante. Es
Comunicación en sistemas digitales
Unidad 2. Comunicaciones alámbricas y por fibra óptica
Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Telemática 27
de bajas pérdidas a altas frecuencias.
Guía de ondas. Son ductos conductores de ondas electromagnéticas empleados
generalmente a frecuencias en la banda de gigaherts que permiten la transmisión
a cortas distancias, generalmente se emplean como alimentadores en antenas de
microondas. Son de bajas pérdidas y de un ancho de banda grande.
Fibras ópticas. Como estudiarás más adelante se emplean para la transmisión de
luz, señales de muy alta frecuencia y por lo tanto soportan un gran ancho de
banda y son de bajas pérdidas.
Actividad 2. Selección de la mejor línea
Ahora desarrollarás la segunda actividad de esta segunda unidad de la asignatura
Comunicación en sistemas digitales. El objetivo de esta actividad es que describas e
identifiques distintos tipos de líneas presentados por tu Facilitador(a). Deberás tomar en
cuenta las propiedades de dichos cables basado en una investigación en las fuentes
bibliográficas y elaborar una tabla comparativa con dichas propiedades.
Toma en cuenta las siguientes recomendaciones:
1. Pon atención a los requerimientos que te solicita tu Facilitador(a).
2. Crea un archivo, en un procesador de palabras, partiendo de la inserción de una
tabla donde deberás describir los parámetros y características de las líneas que
te han sido solicitadas.
3. Como una aclaración, en el caso de la fibra óptica, dentro de la tabla incluye una columna ejemplos de fibras que son empleadas en SONET y/o FDDI.
4. Investiga en las fuentes bibliográficas (mínimo 3) sobre aplicaciones de las líneas
solicitadas, a fin de que puedas entregar una información completa.
5. Guarda tu documento con el nombre KCSD_U2_A2_XXYZ y envíalo para su
revisión. De ser requerido vuélvelo a enviar.
*Procura tomar en cuenta los parámetros que has estudiado a lo largo de la unidad en el
momento de analizar las características de cada línea estudiada.
**Verifica los criterios de evaluación para esta actividad.
Hasta este punto has conocido el uso de distintos tipos de líneas de cable de cobre como
medios guiados para la transmisión de señales de alta frecuencia empleados para la
transmisión de información. También reconoces las características de las líneas y los
efectos producidos por un mal acoplamiento, así como la principal forma para resolver el
desacoplamiento. De esta manera has estudiado los principales tipos de líneas y
Comunicación en sistemas digitales
Unidad 2. Comunicaciones alámbricas y por fibra óptica
Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Telemática 28
mediante las actividades de aprendizaje has podido estudiar diferencias entre los distintos
tipos de línea. A continuación estudiarás algunas técnicas empleadas para poder llevar a
cabo la transmisión de la información de diferentes usuarios por el medio de
comunicación. Más allá del cable y del medio, también es importante organizar la forma
en que se envía la información y sobre todo organizar la forma en que se puede compartir
el medio entre diferentes usuarios.
Identifica los principales tipos de línea y las propiedades de las mismas así
como la principal aplicación en dónde son utilizadas cada una de ellas.
2.2. Multicanalización
Comienza con imaginar la forma en que se establece la comunicación telefónica fija entre
dos usuarios que efectúan una llamada. No existe una línea física visible entre ambos,
sino más bien emplean diversos canales cada vez que realizan una llamada; pasando por
elementos llamados conmutadores que permiten conectar a diferentes usuarios a la vez.
Este proceso es llamado multicanalización, que estudiarás a continuación.
Con la finalidad de optimizar el uso del canal y poder ofrecer el servicio de comunicación
a múltiples usuarios por la misma vía es necesario establecer reglas para poder compartir
el mismo medio entre diferentes usuarios o multicanalización, que algunos autores lo
denominan multiplexaje. Iniciarás con el estudio de la manera en que se puede enviar
distintas señales mediante diferentes tipos de codificación o modulación que pueden ser
por modulación de pulsos de códigos, por división de frecuencia y por división de tiempo.
Estas técnicas permiten representar una señal, que puede ser voz o bien algún otro tipo
de información con símbolos adecuados al canal de comunicación. Las mismas son
ampliamente empleadas en las redes que integran diferentes servicios en las
comunicaciones hoy en día; en esta etapa conocerás diferentes redes y formatos que son
empleados para la transmisión de datos, voz y video, denominados red de servicios
integrados. Posteriormente estudiarás otras técnicas para conmutación de datos que
permiten la conmutación de paquetes. Estas técnicas permiten mover bloques de datos a
través de las líneas de datos existentes.
Comunicación en sistemas digitales
Unidad 2. Comunicaciones alámbricas y por fibra óptica
Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Telemática 29
2.2.1. PCM, FDM, TDM
Ahora se presentan diferentes técnicas para la codificación de señales a través de un
medio de comunicación, comenzando con la denominada modulación de pulsos, que es
esencialmente la transmisión de información mediante la modificación de algún parámetro
de un pulso que se transmite por el medio. De forma similar a la modulación que
estudiaste en la unidad 1, en el tema de modulación, también se modifican distintas
propiedades del pulso acorde con la señal a transmitir.
Las tres principales formas de modulación de pulso son:
Modulación por amplitud de los pulsos (PAM),
Modulación por ancho de pulsos (PWM)
Modulación por posición de pulsos (PPM).
En la siguiente figura se muestran las señales que son representadas mediante este tipo
de modulación y la secuencia de pulsos que es transmitida por el medio. Como se
observa, por el canal o línea viajan los pulsos modulados y la forma en cómo llevan la
información del mensaje a transmitir. En la modulación PAM los pulsos transmitidos
adquieren distintas amplitudes dependiendo de la amplitud de la señal analógica; en la
modulación PWM los pulsos transmitidos son de diferente ancho dependiendo de la señal
y finalmente en la modulación PPM la posición donde se coloca el pulso depende de la
información.
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Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Telemática 30
Modulación de pulsos. Tomado de Tomasi (2008) Figura 15-1 de Sistemas de comunicación
electrónica de.
Otra forma importante de codificar una señal es mediante la llamada modulación por
código de pulsos o PCM. Este tipo de codificación es muy utilizada en diferentes
aplicaciones entre las cuales se encuentra audio digital (DAT), discos compactos CD,
video digital y aún las mismas líneas principales de telefonía digital. En la figura anterior
se muestra la forma de una modulación PCM, sin embargo ésta requiere una explicación
con detalle. La codificación PCM se basa en las siguientes etapas:
1. Muestreo de la señal analógica. El valor de amplitud de la señal analógica es
registrado a intervalos regulares de tiempo y el parámetro que debes considerar
en esta etapa es la llamada frecuencia de muestreo de la señal. Esta debe ser
seleccionada adecuadamente, y se determina basado en el llamado teorema de
muestreo o teorema de Nyquist. Este teorema indica que la frecuencia de
muestreo debe cumplir con la regla de ser mayor al doble de la máxima frecuencia
de la señal analógica.
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Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Telemática 31
Fs>=2fmax
2. Cuantización. El valor de amplitud registrado es representado en un valor
numérico. Para este proceso se debe dividir el rango completo de la amplitud de la
señal analógica en pasos o intervalos iguales. Generalmente el número de pasos
es un valor entero expresado como una potencia de 2 ya que finalmente se
codificará en palabras binarias. Este proceso puede representarse mediante una
función con forma de “escalera” en donde el valor de amplitud de la señal
analógica se redondea al escalón más cercano.
3. Codificación. El valor numérico es codificado en palabras binarias. El número de
bits empleado es muy importante ya que determina la cantidad de pasos, así por
ejemplo si se tienen palabras de N bits se obtendrán 2N pasos y con ello se logra
mejorar un factor que determina la calidad de la señal llamado la resolución.
En los sistemas de codificación de voz se emplea este tipo de modulación en donde se
considera una frecuencia de la voz de 4 KHz y por lo tanto se deberá muestrear a
2X4000=8000muestras/s. Por otro lado se codifica cada dato capturado en palabras de 8
bits, lo que da por resultado:
PCM= 2 X 4000 (1/s) X 8000 muestras/s X 8 Bits/muestra = 64,000 b/s o bien
llamados 64kbps.
Este último factor es llamado DS0 y es la base de los canales de comunicación digital.
Más adelante, estudiarás la forma en que se organizan las redes telefónicas basadas en
esta línea de 64 kbps.
Una vez que se ha presentado la forma en que se logra codificar la señal a transmitir es
importante conocer como se utiliza el medio de comunicación para permitir que distintos
usuarios aprovechen al máximo este medio. Esto se logra mediante el proceso
denominado multicanalización que es la forma de compartir el medio dividiéndolo en
espacios de tiempo o bien en espacios de frecuencia. Esto da origen a la
multicanalización por división de tiempo o TDM (Time Division Multiplexing) y por
división de frecuencia o FDM (Frecuency Division Multiplexing).
Multicanalización por División de Tiempo
En esta técnica se divide el medio de comunicación en segmentos de tiempo en donde a
cada usuario se le asigna una ranura de tiempo durante la cual puede transmitir. Una vez
agotado el tiempo se deberá esperar nuevamente a que el resto de los usuarios que
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Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Telemática 32
comparten el canal también lo hagan. Este sistema requiere de una forma de sincronizar a
los distintos usuarios y por lo tanto se añaden elementos de sincronía.
Multicanalización por división de frecuencia
En este caso a cada usuario se le asigna una frecuencia única y todos en conjunto
comparten el espectro o ancho de banda del canal, en este caso es importante dejar una
separación de frecuencia entre usuario y usuario. En la figura reobserva la forma en que
comparten el espectro cada uno de los usuarios. Un ejemplo de este tipo es en la
transmisión de las estaciones de radio en donde cada estación posee un espacio de
frecuencia y por lo tanto se realiza una multicanalización por división de frecuencia
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Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Telemática 33
Modulación por división de frecuencia de figura 16-24 estaciones de AM de Sistemas de
comunicación electrónica, Tomasi.
2.2.2. Aplicación a sistemas de comunicación
Ahora estudiarás la forma en que se aplica la multicanalización en sistemas reales de
comunicación, se estudiará el caso de la telefonía que el día de hoy es totalmente digital y
que gracias al medio de transmisión de muy alta capacidad, como es la fibra óptica, se
logra compartir el mismo canal entre distintos usuarios que demandan un cierto ancho de
banda. Tomando como base una línea de básica de voz (llamada DS0 de 64 kbps), se
pueden compartir 24 canales en una línea de mayor capacidad llamada DS1 ó T1, en
donde se aplica la multicanalización por división de tiempo o TDM para así generar un
bloque de información de los 24 usuarios llamado trama; una vez que se han recibido los
8 bits de cada canal se añade un bit de sincronización. El resultado es una línea de 1.544
Mbps que pueden utilizar 24 usuarios. De este mismo modo se pueden agrupar varias
líneas T1 en una T3 y así sucesivamente. En la siguiente tabla puedes observar las
velocidades de transmisión en diferentes redes de datos de banda ancha.
Velocidades de redes
Nombre de la línea Tasa de comunicación
DS0 64 Kbps
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Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Telemática 34
DS1 (T1) 1.544 Mbps (24 DS0 mas 8 kbps)
DS3 (T3) 44.73 Mbps (28 DS1 mas
encabezado)
E1 2.048 Mbps (32 DS0)
E3 34,064 Mbps (16 E1’s mas
encabezado)
J1 (Y1) 2.048 Mbps (32 DS0) estándar
Japonés
Velocidad de redes WAN. Tomado de http://stweeker.blogspot.mx/2008_02_01_archive.html
2.2.3. ATM (Asynchronous Transfer Mode), Frame Relay
La multicanalización que has estudiado hasta ahora establece un enlace físico basado en
switches electrónicos o conmutadores que establecen un circuito durante todo el tiempo
que dura la comunicación. Con el surgimiento de las redes de datos la comunicación se
desarrolla mediante la transmisión de bloques de información llamados paquetes y cada
paquete viaja por complejas redes enlazadas de tal forma que cada paquete puede tomar
una ruta diferente. A este proceso se le denomina por conmutación de paquetes o
packet switching. Dentro de este tipo se tiene la transmisión denominada Frame Relay y
la transmisión por el Modo de transferencia asíncrona o ATM
Frame Relay
Aunque es tema referente obligado en otras asignaturas, no está de más recordarte que
esta surgió como una técnica de transferencia de paquetes a través de la red telefónica
pública que inicialmente era analógica, sin embargo esta técnica contempla que el medio
es digital y que la ocurrencia de errores es mínima.
ATM
El modo de transferencia asíncrono o ATM es una técnica desarrollada para la
transmisión de voz, datos y video sobre la misma red basada en el uso de células de
información también en el modo de conmutación de paquetes. Esta técnica se desarrolló
para ofrecer diferentes tipos de servicios de acuerdo a las necesidades de los usuarios,
por ejemplo si se requiere una tasa de transferencia fija, empleada para teleconferencia, o
bien si se requieren grandes anchos de banda en ciertos intervalos de tiempo. Se pueden
ofrecer distintos modos de operación. La célula principal en ATM se forma mediante los
denominados octetos (8 bits). Se requieren 53 octetos de largo (53 bytes), de los cuales
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Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Telemática 35
48 se emplean para los datos y los 5 restantes de encabezado que contiene bits para
validar errores, identificación del circuito virtual etc. La figura muestra la forma en que se
integra una célula en el modo ATM.
Componentes de una celda ATM. Consultado http://www.gl.com/lightspeed1000-atm-analyzer.html
Este tipo de técnica ha permitir desarrollar redes que integran mayores servicios hoy en
día, la transmisión de datos ha alcanzado velocidades que permiten transferencia de
video de alta definición por el mismo medio, además de voz y datos. Esto dio origen al
término RDSI o bien Red Digital de Servicios Integrados. No es sorprendente hoy la
cantidad de aplicaciones que podemos tener a través de las redes de datos. En la
siguiente actividad analizarás este tipo de red y las posibilidades que se ofrecen en la
actualidad.
Ahora resuelve los ejercicios 9 y 10 del cuaderno de ejercicios, con
los cuales puedes reforzar el tema de multicanalización.
Para poder realizar la siguiente actividad es importante que analices la importancia y las
aplicaciones de la RDSI. Cuando surgieron este tipo de redes representó la integración
por un mismo medio de servicios que estaban destinados a distintos medios, la televisión
tradicionalmente se difundía por radiofrecuencia y además no había necesidades de
transmisión de datos. En ese entonces nadie podía imaginar transmitir la televisión de otra
forma. Comienza por ver el siguiente video, de 1996 en donde se habla de la RDSI como
una novedad
Comunicación en sistemas digitales
Unidad 2. Comunicaciones alámbricas y por fibra óptica
Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Telemática 36
Consulta el video Introducción a las redes RDSI.
http://www.youtube.com/watch?v=E3R2QBHMPiU
Pudiste apreciar que la llegada de la RDSI se veía como una tecnología novedosa en
donde se buscaba la integración de múltiples servicios por un solo medio. En años
recientes hemos visto todas esas aplicaciones inclusive por medios inalámbricos operar
cada vez más eficiente; además de incluir voz, datos y video estamos aprovechando los
medios para resolver gran cantidad de situaciones de la vida diaria gracias a las
comunicaciones entre las cuales se pueden mencionar: compras remotas sin necesidad
de ir a una tienda, recreación y juegos interactivos, mapas basados en sistemas GPS,
gran diversidad de herramientas en línea requeridas en diferentes profesiones, museos y
visitas virtuales etc. En el futuro cada vez más servicios se integrarán por medio de redes
de comunicación. Observa el siguiente video sobre una visión futurista de las
comunicaciones, previo a la tercera actividad
En la red circula un video denominado así será el futuro según
Microsoft, el cual te brindará una proyección particular, sobre un posible
modo de ser en unos pocos años la comunicaciones y uso de las TIC.
Actividad 3: Las posibilidades en las comunicaciones
Ahora desarrollarás la tercera actividad de esta unidad de la asignatura Comunicación en
sistemas digitales. Una vez visto los videos anteriores deberás contestar a las preguntas
que te hará tu facilitador(a), para lo cual toma en cuenta lo siguiente:
1. Pon atención a los requerimientos que te solicita tu facilitador(a)
2. Deberás contestar la primer pregunta en el foro
3. Deberás comentar al menos a dos de las opiniones de tus compañeros(as)
comentando sobre el tema
4. Entrega a tu facilitador un documento con el formato que te solicita sobre la
segunda pregunta acerca del tema de redes RDSI
Comunicación en sistemas digitales
Unidad 2. Comunicaciones alámbricas y por fibra óptica
Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Telemática 37
¡Muy bien!, con esta actividad has estudiado las enormes posibilidades que se han
logrado gracias a un uso adecuado del medio de comunicación en el cual es necesario
transmitir en forma organizada la información de los distintos usuarios que emplean el
medio.
En este punto es importante que reflexiones sobre las distintas formas en
que se organiza la transmisión a través del medio. Por un lado la
codificación de pulsos es una herramienta para representar señales
analógicas, dentro de las cuales la modulación PCM es ampliamente
utilizada. Para compartir el medio se debe organizar separando en tiempo
TDM o bien en frecuencia FDM a los distintos usuarios. Por otro lado, otra
forma de organizar la transferencia de datos es a través de redes virtuales
en las cuales se envían tramas o paquetes mediante la conmutación de
paquetes.
Ahora es momento de que estudies uno de los principales medios de transmisión
empleados hoy en día que es la fibra óptica, con ello conocerás con mayor detalle sus
propiedades y características.
2.3. Comunicaciones por fibra óptica
Hasta ahora has aprendido los principales parámetros de las líneas de cobre y ahora
conocerás otro medio, la fibra óptica, que resulta uno de los principales medios de
transmisión empleados hoy en día. A continuación se presenta una breve reseña de la
evolución de la fibra óptica y sus alcances, enseguida estudiarás y determinarás los
principales parámetros de una fibra óptica entre los cuales las dimensiones del núcleo y el
tipo de materiales son los que determinan las principales características de operación.
Algunos de los principales tipos de redes de fibra óptica son las redes de fibra distribuida
y las redes de fibra síncrona, de las cuales se te presentará una breve descripción.
Finalmente, conocerás el caso de una red que actualmente opera en México y verás los
principales aspectos de esta red en funcionamiento.
Una de las principales ventajas de la fibra óptica es:
Inmunidad al ruido eléctrico
Amplia capacidad de transmisión
Comunicación en sistemas digitales
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Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Telemática 38
Debido a estas ventajas hoy en día la fibra es utilizada ampliamente y las redes de fibra
han crecido hasta comunicar a la mayoría de los países.
Comienza con analizar las siguientes figuras en donde se observa la forma en que han
crecido las redes de Fibra óptica.
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Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Telemática 39
Mapa de cables submarinos 2010. TeleGeography. Derechos
reservados
Mapa de cableado submarino 2013. TeleGeography. Derechos
reservados
Infografía que muestra el empleo de la fibra obtica en las
comunicaciones intercontinentales en el 2010
Para ver más grande:
http://www.telegeography.com/assets/website/images/maps/subma
rine-cable-map-2013/submarine-cable-map-2013-l.png
Versión interactiva:
http://submarine-cable-map-2013.telegeography.com/
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Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Telemática 40
2.3.1. Propiedades de la luz y ley de Snell
Para entender la forma en que operan las redes de fibra óptica se dará un repaso a lo
visto en Física II, con el estudio de las bases de la transmisión de la luz; en donde se
emplea un principio de la física que es la llamada ley de Snell que indica la forma en que
un rayo de luz cambia cuando incide de un medio a otro, en esta situación la luz puede
difractarse (es decir dispersarse hacia el segundo medio) o bien refractarse (regresar al
medio original). Esta ley determina el ángulo al que el haz luminoso se refleja. La ley de
Snell se presenta en la siguiente ecuación:
sen(θ1)/n1=sen(θ2)/n2
La siguiente figura muestra la forma en que se presenta esta propiedad. Se observa la
forma en que incide y se refleja el haz luminoso. Es importante mencionar que
dependiendo del ángulo al que incide el haz de luz se presentará el ángulo del haz
reflejado. Sin embargo existe un ángulo máximo que si es sobrepasado entonces ya no
existirá un rayo reflejado sino que la luz se difracta.
Ley de Snell. Tomado de
http://www.textoscientificos.com/redes/fibraoptica/propagacion
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Es importante que imagines lo que sucede dentro de la fibra: un rayo de luz
incide desde el extremo de origen y la forma en que se propaga
reflejándose de las paredes de la fibra, por eso el ángulo de incidencia es
importante. Si la luz se difracta se considera pérdidas y es un efecto no
deseado.
A continuación se presenta un ejemplo para determinar el ángulo de
refracción basado en la ley de Snell; después se recomienda que
resuelvas los ejercicios 11 al 15 del cuaderno de ejercicios, con los
cuales reforzarás este tema, sobre los principales parámetros de la
fibra.
Ejemplo 8 Un rayo de luz viaja en un medio n1=1.2 e incide en un medio n2=0.9. Asumiendo que el
ángulo de incidencia es de 25 grados determine el ángulo de reflexión.
Solución:
De la ley de Snell sen(θ1)/n1=sen(θ2)/n2 se despeja el ángulo de reflexión,
sen(θ2) = n2 sen(θ1)/n1=0.9 sen(25)/1.2 =
2.3.2. Historia de la fibra óptica
Las fibras ópticas surgieron desde los años sesentas. Las primeras redes de fibra
operaron en rangos de longitudes de onda de los 850 nm operando redes de hasta 140
Mbps requiriendo de repetidoras cada 10 km. Con el posterior desarrollo de fuentes
ópticas y circuitos fotodetectores se logró incrementar las longitudes de onda a rangos de
los 1300 nm logrando menores pérdidas y mayores distancias en la comunicación. Las
primeras troncales entre ciudades empleaban anchos de banda de 150 hasta 622 Mbps y
posteriormente hasta los 2 Gbps. Las distancias alcanzadas eran de 40 km. Finalmente
se lograron emplear longitudes de onda de 1550 nm reduciendo aún más la atenuación y
aumentando la distancia hasta 90 km y tasas de hasta 10 Gbps. Los anteriores rangos de
operación representan las principales frecuencias de operación de la fibra óptica desde
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sus inicios y se le denominan las “ventanas” de operación en fibra óptica. Una grafica que
debes conocer de este tipo de medio es la curva que representa la atenuación en la fibra
de acuerdo a la longitud de onda empleada. Es importante que identifiques los puntos de
menor atenuación, ya que representan la mayor potencia de transmisión.
Ventanas empleadas en fibra óptica. Tomado de Keyser (2008). Optical fiber communications.
Desde los años 90’s se requirió una gran capacidad para la transmisión de información.
Con la finalidad de transmitir voz, video y datos se necesitaron diferentes tasas de
comunicación, para la voz de 64 Kbps, para transmisión de video de 1.5 hasta 6 Mbps y 2
Mbps para videoconferencia y es por eso que se emplea la fibra óptica para la transmisión
de estos servicios. Observa un video descriptivo sobre las ventajas de la fibra óptica
Comunicación en sistemas digitales
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Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Telemática 43
Busca y observa en internet algunos videos sobre Fibra óptica.
A continuación estudiarás los principales parámetros de una fibra.
2.3.3. Parámetros de fibras ópticas
La fibra óptica es un medio de comunicación de información que transmite señales de luz
a través de líneas que son fabricadas por delgados hilos de un material basado
principalmente en materiales a base de vidrio. Este hilo conductor se denomina núcleo y
se rodea de otro material de propiedades diferentes al núcleo denominado revestimiento
y protegido externamente por un material denominado recubrimiento. Observa la siguiente
figura en donde se muestra la Estructura de una fibra óptica. Donde (buffer coating) es la
capa protectora exterior, que puede ser de un polímero acrílico y se aplica sobre la fibra
de revestimiento (cladding) que es esencialmente el material (bajo índice de refracción)
que rodea al núcleo de una fibra óptica y lo protege de los contaminantes de la superficie;
finalmente y en la parte central del cable se encuentra el (core) que es el núcleo o centro
transmisor de la luz y se define por ser la región de alto índice de refracción.
Composición de una fibra óptica. Tomado de Keyser (2008). Optical fiber communications.
Como estudiaste, la ley de Snell es importante debido a que la incidencia del haz
luminoso al inicio de la fibra determina el ángulo de la luz durante todo el recorrido a lo
largo de la fibra. Existe un parámetro importante de la fibra que es ese ángulo inicial “phi”
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Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Telemática 44
de tal forma que todos los rayos que inciden con un ángulo mayor al crítico serán guiados
a lo largo del núcleo sin presentarse refracción mientras que aquellos que ingresan con un
ángulo menor sufrirán refracciones y eso ocasionará paulatinamente pérdidas. El ángulo
“phi” determina un parámetro importante de la fibra que se denomina Apertura Numérica y
que se define con la ecuación:
NA=sen(Φ) = (n12 – n2
2) ½
Ahora determinarás la NA en un caso de fibra óptica
Ejemplo 9 Dada una fibra con valores de n1=1.45 y n2=1.2, determine la NA
Solución:
A partir de la ecuación para NA = (n12 – n2
2) ½ =(1.452 – 1.22) ½ =0.8139
Esta propiedad da origen a los denominados modos de operación en la fibra. Se
denomina fibra unimodal aquella que solo permite el paso de un solo haz de luz en la
dirección de la fibra. Cuando se presentan múltiples reflejos de la luz se denomina fibra
multimodal. La forma en que se presentan la refracción de la luz en este último caso
puede ser de dos tipos: de fibra de índice escalonado y fibra de índice gradual, que se
describen a continuación:
En la fibra de índice escalonado se presenta un cambio altamente contrastado entre el
índice de refracción del núcleo y el del revestimiento. El resultado es que en esta fibra se
presenta una alta dispersión que afecta la velocidad y la distancia de transmisión.
En el caso de una fibra de índice gradual los rayos luminosos presentan pulsos que viajan
en forma parabólica dentro de la fibra y los modos de orden superior viajan juntamente en
un tiempo similar al modo principal generando menor dispersión y por lo tanto mayor
ancho de banda y se alcanza mayor distancia. En la figura puedes observar la forma en
que se presentan ambos rayos luminosos, pon atención a la fuente luminosa, que se
dibuja del lado izquierdo de la fibra, ya que influye en gran medida al origen de los tipos
de índices en fibras multimodales.
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Fibras de índice escalonado y de índice graduado. Tomado de. http://www.yio.com.ar/fo/
Otro parámetro importante en una fibra es la denominada frecuencia normalizada que
permite determinar la cantidad de modos que viajan en una fibra. Este parámetro se
determina mediante la siguiente ecuación:
V=2πa/λ (n12 – n2
2) ½
De donde se pueden calcular los modos de acuerdo al tipo de índice:
Índice escalonado M=V2/2
Índice gradual N=V2/4
Ejemplo 9 Dada una fibra indexada multimodo con NA=0.20 que soporta 800 modos para
lambda=850 nm. Determine el diámetro de la fibra
Solución:
Primero se determina la frecuencia normalizada V=(M/2)1/2 =(400)1/2 =20
Se despeja de la frecuencia normalizada a=Vλ/(2πNA) = 20(850)/(2pi0.20) = 13.5um
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Otro aspecto importante a considerar en el estudio de las fibras ópticas son las pérdidas que se generan debido a diversos factores importantes como ya se ha mencionado: pérdidas por absorción de la fibra y pérdidas por dispersión. Pérdidas por absorción Estas pérdidas se presentan debido a las impurezas que existen en el material por el cual viaja la luz. Las impurezas ocasionan que la energía luminosa se transforme en calor. Al final este efecto reduce la distancia que puede alcanzar la luz. Pérdidas por dispersión Debido a las diferentes trayectorias de la luz o modos, un pulso de luz de duración finita, como podría ser una señal cuadrada tiende a ensancharse y ocasiona interferencias entre distintos pulsos. Este efecto también reduce la velocidad de propagación de la señal.
Pérdidas en acoplamientos
Son pérdidas generados en los conectores de fibras y en los empalmes de las fibra
ópticas. El proceso y las herramientas requeridas para realizar empalmes entre fibras son
muy delicados especialmente por los tamaños de las líneas.
Es importante que asimiles el significado de los modos en una fibra óptica y
los dos tipos de operación fundamental: monomodo y multimodo.
Asimismo identificar las diferencias y ventajas entre estos modos. También
debes tener claro el significado de los principales parámetros de la fibra.
2.3.4. Redes SONET y FDDI
Después de haber estudiado la evolución de la fibra y sus principales parámetros
operativos es importante ahora conocer cómo funciona una red de fibra para la
transmisión de la información. Para ello vas a analizar dos tipos de redes de fibra
empleados para la transmisión de datos: las redes síncronas de fibra (SONET) y por otro
lado las redes de fibra distribuida (FDDI).
Redes SONET
Este tipo de red define un estándar para la transmisión de datos a través de un medio
óptico en el cual grandes cantidades de información que pueden representar video, datos
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o voz y comparten el mismo medio. SONET define la forma en que se agrupa la
información dentro del canal por medio de paquetes de bytes que son transportados y
ruteados a lo largo de la red. Esta operación es similar a la transmisión de paquetes de
forma asíncrona ATM que estudiaste sin embargo la transmisión síncrona permite
incrementar la velocidad de comunicación. Esta ventaja radica en la posibilidad de
transmitir información del reloj de sincronización juntamente con los datos.
Paquetes de datos en una red SONET. Consultada:
http://www.cisco.com/en/US/tech/tk482/tk607/technologies_tech_note09186a0080124afa.shtml
La estructura de la trama dentro de las redes SONET se define mediante la transmisión
de paquetes de 90 columnas por 9 renglones; esta información se agrupa en palabras de
8 bits y a una tasa de 8000 tramas por segundo. La línea básica de esta red se denomina
STS, o transferencia se señal síncrona que se determina mediante la fórmula=
9X90 bytes/trama x8 bits/byte x 8000 tramas/s = 51,840,000 bits/s
Es decir, esto genera la línea STS-1 como la línea principal de transporte. Las principales
líneas empleadas en SONET, dadas mediante la multicanalización de diferentes líneas
STS-1 se presentan en la siguiente tabla
Señal SONET Tasa de comunicación
STS-1 51.840 Mbps
STS-3 155.520 Mbps
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STS-12 622.080 Mbps
STS-48 2488.320 Mbps
STS-192 9953.280 Mbps
STS-768 39813.12 Mbps
En donde se observan las principales jerarquías utilizadas en la red síncrona SONET.
Redes FDDI
Las redes FDDI (Fiber Distributed Data Interface - Interfaz de Datos Distribuida por Fibra )
surgieron a mediados de los años ochenta para dar soporte a las estaciones de trabajo de
alta velocidad, inicialmente en las mediante una configuración de anillo doble empleando
un token (segmento de datos para el control), uno transmitido en el sentido de las agujas
del reloj (anillo principal ) y el otro en dirección contraria (anillo de respaldo), con una
velocidad de 100 Mbps en distancias de hasta 200 metros, y con capacidad de hasta
1000 estaciones conectadas. Su uso más normal es como una tecnología de una red
troncal o backbone para conectar entre sí redes LAN de cobre o computadores de alta
velocidad.
Las redes FDDI presentan los formatos y características de un anillo bastante eficiente
que permite la transmisión de datos por una línea de fibra óptica.
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Redes de fibra distribuidas, topología y configuración. Tomado de
http://techpubs.sgi.com/library/dynaweb_docs/0530/SGI_Admin/books/FDDIX_AG/sgi_html/ch01.ht
ml
Para concluir la unidad conocerás las características de una red de fibra que actualmente
está en operación y para ello te recomendamos que leas con detalle en la liga presentada
y que pongas atención a ciertos parámetros que ya has aprendido a lo largo de la unidad,
tales como longitudes de onda, velocidad de transmisión, capacidad etc. Dentro de las
innumerables redes en operación que existen se seleccionó esta red que opera en el
caribe y sureste del país y que está formada por diversos anillos de fibra en múltiples
países logrando una cobertura local muy completa, llamada la red Columbus. Mediante la
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Evidencia de Aprendizaje presentarás de forma similar los datos que te solicitará tu
Facilitador(a) basado en otro ejemplo de una red de fibra óptica que opere en tu localidad.
La red Columbus comunica cerca de 20 países y se forma por 7 redes principales que se
interconectan entre sí. Podrás encontrar una mayor descripción de la red en la siguiente
URL http://www.columbus-networks.com/columbusSpanish/index.html.
Se sugiere que ingreses a dicho sitio y leas con detenimientos las características de la red
y de las subredes. La figura siguiente muestra un diagrama general de la red. Se
compone de varias redes que se ubican en distintos países de la región y se comunican
entre sí ofreciendo así una gran diversidad de servicios. Las principales redes son las
siguientes:
Red ARCOS
Esta es la red más grande dentro de Columbus, comunica Estados Unidos y 18 países de
la región en una configuración en forma de anillo empleando cables de fibra submarinos.
Red FIBRALINK
Es una red que conecta Jamaica con la República Dominicana de cerca de 1000 km de
longitud.
Red Caribean Crossings
Esta red es también una red de cable submarino que une Estados Unidos con las cuatro
islas más importantes de las Bahamas: Grand Bahama, New Providence, Eleuthera y
Abaco. Es de aproximadamente 1,000 Km.
Florida Transport Network
Es una red de anillo de fibra óptica terrestre de 297 km que se sitúa al sur de Florida.
Ruta Express CFX-1
Esta red no tiene configuración de anillo, sino es una línea directa desde Estados Unidos
hasta Colombia de 2,500 km con capacidad de 110 Gbps.
Ruta Trinidad Curacao
Es una red de fibra submarina de 1,000 km que une Trinidad a Curacao
Red en Panamá
Red que conecta ARCOS con Panamá de 83 km.
Red MAYA
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Red de 4,000 km que conecta EU, México, Islas Caimán, Honduras, Costarica, Panamá
y Colombia.
Red Columbus. http://www.columbus-networks.com/columbusSpanish/index.html
Como has estudiado, en el ejemplo de esta red, existen cables terrestres y submarinos.
Los cables submarinos deben construirse de materiales muy robustos y resistentes para
soportar las condiciones del agua salada. Los cables submarinos no son recientes, desde
los inicios del telégrafo han existido para conectar Europa con América.
Lee la siguiente referencia en donde podrás observar la evolución de
los cables submarinos desde las primeras líneas telefónicas:
http://blogthinkbig.com/cables-submarinos-historia/
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Cables submarinos de telégrafo. http://blogthinkbig.com/cables-submarinos-
historia/
Mapa de cableado telegráfico del Atlántico 21 Agosto de 1858
Ilustración en periódico por Frank Leslie's, 1858
Actualmente los cables submarinos son esencialmente de fibra óptica, ya que resulta
adecuada debido a su alta capacidad, sin embargo debido a los costos de una instalación
se han construido cables constituidos por un gran número de fibras. Observa a
continuación un ejemplo de cables submarinos. Las características del tipo de cable
submarino deben ser especiales para soportar las duras condiciones dentro del agua.
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Cable submarino. Tomado de
https://en.wikipedia.org/wiki/Submarine_communications_cable
De la figura anterior podrás observar las distintas capas que forman una línea de fibra
óptica submarina, sin embargo es importante resaltar que de todas las etapas solamente
la correspondiente al número 8 corresponde a las líneas de fibra y el resto tiene como
finalidad el darle la fuerza que requiere y la protección ante el medio, por ejemplo el
número 3 corresponde a una capa de alambres de acero como protección.
Observa en el siguiente video que te permitirá conocer con mayor detalle la construcción
de los cables submarinos:
Busca en internet el video 4000 km de cable submarino, el cual muestra
una forma en que se hace el tendido de este tipo de cables.
Como has viso en este ejemplo, las redes actuales buscan conectar en forma global a un
gran número de usuarios, requieren grandes capacidades de comunicación por lo cuál la
fibra óptica resulta el medio adecuado de comunicación y finalmente gracias a su
capacidad es posible ofrecer diversos servicios integrados en el mismo medio, así como
estudiaste a lo largo de la unidad la denominada Red Digital de Servicios integrados
incluye los principales servicios de comunicación: telefonía, datos y video o televisión
digital.
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Autoevaluación
En esta unidad has estudiado los principales medios de comunicación digital incluidos
líneas de cobre y fibra óptica. Los temas y los elementos que has aprendido son
esenciales en tu carrera, y es importante reforzarlos mediante la autoevaluación.
1. Ingresa en el aula y selecciona la autoevaluación de la Unidad 2.
2. Lee cuidadosamente las instrucciones para que realices tus respuestas.
3. Verifica tus respuestas y en los casos necesarios repasa los temas que
necesites fortalecer.
El estudio de estos temas te permitirá dominar y acercarte de manera más fácil a los
temas de las otras asignaturas, además de enriquecer aspectos que complementarán tu
formación profesional.
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Evidencia de aprendizaje. Una red de banda ancha a mi alcance
En esta evidencia se busca que investigues sobre un caso real de una red de fibra
óptica que se encuentre en operación en tu localidad, además de consultar en Internet
también podrías realizar alguna visita a alguna oficina local de dicha red. Se sugiere una
posible investigación basada en las redes de fibra operadas por la CFE. Su realización te
permitirá identificar los parámetros de operación que de dicha red y aplicar los conceptos
que estudiaste a lo largo de la unidad, en tu investigación busca identificar si el tipo de
red es FDDI, o bien tipo SONET, es decir, explica las características que hacen que se
trate de dicha red, por ejemplo la topología, tamaño, entre otros.
Lee y analiza la propuesta de tu Facilitador(a), ahí encontrarás con detalle los puntos
que deberás investigar y la forma de presentar los resultados. Te sugerimos las
siguientes recomendaciones
1. En un archivo de presentación elaborarás una tabla en donde mostrarás las
principales características de la red seleccionada.
2. Elabora un diagrama simplificado de la red, que también deberás incluir en el
trabajo.
3. Guarda tu archivo con el nombre KSCD_U2_EA_XXYZ.
4. Envía tu archivo para su revisión y espera la retroalimentación de tu
Facilitador(a). De ser requerido lo tendrás que volver a enviar.
5. No olvides revisar la rúbrica de evaluación de la evidencia.
Autorreflexión
Al terminar la Evidencia de aprendizaje es muy importante hacer tu
Autorreflexión. Para ello, Ingresa al foro de Preguntas de Autorreflexión y a partir
de las preguntas presentadas por tu Facilitador(a), realiza tu ejercicio y súbelo en
la sección Autorreflexiones.
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Cierre de la unidad
Como has estudiado, los medios de comunicación son la forma de poder transmitir la
información por una vía física tangible, ya sea a través de líneas de cobre o bien por fibra
óptica.
Aprendiste a determinar los principales parámetros en las líneas de cobre, los problemas
que se producen debido a un mal acoplamiento y la forma de resolverlo mediante el uso
de la carta de Smith, que junto con actividades interactivas en línea te han permitido
entender completamente este proceso.
Otro tema importante que has estudiado a lo largo de la unidad es la forma en que se
deben organizar las comunicaciones y acomodar a distintos usuarios mediante el proceso
de multicanalización, en donde se logran acomodar diferentes usuarios. Basados en la
codificación TDM, FDM, PCM, PWM entre otras se codifica información original por el
medio de comunicación. Además viste las denominadas redes conmutadas de circuitos
físicos y redes conmutadas de paquetes de información, dentro de las cuales Frame
Relay y especialmente ATM resultan de mayores velocidades y son empleadas para
integrar mayores servicios dentro de la misma red. Aquí surge la llamada RDSI y de forma
similar como viste en la primera unidad, en el futuro se vislumbran nuevos servicios y
necesidades de comunicación entre las personas.
Entre los distintos medios de transmisión la fibra óptica representa el medio de mayor
capacidad. Como pudiste ver en la infografía las redes de fibra óptica cubren de forma
global el planeta y son la parte esencial de las comunicaciones actuales. Estudiaste los
principales parámetros de la fibra, su evolución y las redes SONET y FDDI. Existen
innumerables ejemplos de anillos y redes de fibra a lo largo del planeta y se te presentó
un caso real de la región del caribe; mediante las evidencias de aprendizaje pudiste
estudiar otro caso particular con mayor detalle.
Para saber más
Un término comúnmente empleado en las redes de datos y redes telefónicas es
la llamada Troncal o backbone, que en esencia es una red de comunicación de
alta capacidad que es empleada para conectar sitios lejanos y a través de la cual
se realiza la multicanalización. La fibra óptica resulta adecuado como líneas
troncales entre diversas ciudades y países, lee y analiza el siguiente ejemplo, la
línea troncal SEA-ME-WE 4, que por sus siglas representa la línea South East
Asia -. Middle East- Western Europe 4. .Que es un cable de fibra óptica
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submarino que comunica Singapur, Malasia, Tailandia, Bangladesh, India, Sri
Lanka, Pakistan, Emiratos Arabes, Arabia Saudita, Sudan, Egipto, Italia, Tunez,
Algeria y Francia. En la siguiente figura podrás observar esta línea y en la
siguiente referencia http://www.seamewe4.com/inpages/cable_system.asp podrás
leer con mayor detalle sobre las características de este cable.
Línea de fibra óptica SEA-ME-WE 4. Tomada de : http://www.seamewe4.com/
El Internet es una red que une a innumerables equipos de cómputo y se
remonta desde los años sesentas. Lee sobre el origen y evolución de esta red y
sus principales características www.cad.com.mx/historia_del_internet.htm
Un aspecto importante en la instalación de las redes de fibra óptica es realizar
empalmes entre una y otra fibra, es decir unir cada hilo de fibra con otro. Este es
un procedimiento que requiere equipo especial y mucha precisión.
Investiga más a fondo sobre la historia y otros usos de la carta de Smith, en la
siguiente liga encontrarás diferentes recursos:
www.rfcafe.com/references/electrical/smith.htm
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Fuentes de consulta
Fuentes básicas
Boylestad, R. (2004). Introducción al análisis de circuitos.10aEdición. México:
Editorial Prentice Hall.
ISBN: 970-26-0448-6.
Keyser G. (2008).Optical Fiber Communications. India: Mc Graw Hill
ISBN: 0070648107.
Tomasi, W.; (2008). Sistemas de comunicación electrónica. 4a.Edición.México:
Editorial Prentice Hall.
ISBN: 970-26-0316-1
Neri, R. V. (1999). Líneas de transmisión. 1ª Edición. México D.F.: Mac Graw Hill.
ISBN: 970-10-2546.
Fuentes complementarias
Haykin, (1988). Digital communications. 2ª Edición. India: Editorial Wiley.
ISBN: 8126508248
León García, A.; Widjaja, I. (2002). Redes de Comunicación. 1ª Edición. Madrid:
Mc Graw Hill.
ISBN: 0-07-022839-6
Fuentes electrónicas
Alcajo2011. (2011). Introducción a Amanogawa.com y Medio, aire. 01-julio2-2013.
Consultado: http://www.youtube.com/watch?v=PI8m4MEWMwI
Análisis de circuitos en ingeniería (2012). Ley de corrientes de Kirchhoff o LCK.
05-06-2013. Consultado en: http://analisisdecircuitos1.wordpress.com/page/5/
Carta de Smith (s/f). 01/julio/2013. Consultado: http://sss-
mag.com/pdf/smithchart.pdf
Castañeda, B. W. G. (2010). Carta de Smith para medios de transmisión. 01-julio-
2013. Consultado: http://www.youtube.com/watch?v=5wCNMLvxgQ0
Chapter 1. Introducing FDDI (s/f). Introducing FDDI. 30/07/2013. Consultado en:
http://techpubs.sgi.com/library/dynaweb_docs/0530/SGI_Admin/books/FDDIX_AG/
sgi_html/ch01.html
Comunicación en sistemas digitales
Unidad 2. Comunicaciones alámbricas y por fibra óptica
Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Telemática 59
Circuit Design. (2011). Pulse Amplitude Modulation Circuit Diagram. World Lynx
Telecommunications 30/06/2013. Consultado en: http://www.worldlynx.info/circuit-
design/info-ybm.html
Columbus networks connecting the Americas. (s/f). 01-julio-2013. Consultado:
http://www.columbus-networks.com/columbusSpanish/index.html.
Computación aplicada al desarrollo SA de CV. (s/f). Historia del Internet.
01/julio/2013. . Consultado en: www.cad.com.mx/historia_del_internet.htm
Cuadripolo de transmisión de energía (s/f). Cuadripolo de transmisión de energía
01-julio-2013. Consultado en:
http://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/Libros%202007/libros/tt/tt-05/tt-05.htm.
CAMON. (s/f) El esqueleto de Internet. 30/06/2013. Consultado en:
http://www.tucamon.es/blog/esqueleto-internet
Schnitzler, S. (2013). Fibras ópticas. Yio multimedia. 30/06/2013. Consultado en:
http://www.yio.com.ar/fo/
GL Communications. (2013). OC-3/SMT-1 and OC-12 / STM-4 Analyzer for ATM
mode. 30/062013. Consultado en: http://www.gl.com/lightspeed1000-atm-
analyzer.html
Timbercon. (2013). Glosario Fibra óptica (inglés). Consultado en:
http://www.timbercon.com/fiber-optic-glossary/
Telecom journal El salvador (2010). Información sobre tecnología y
telecomunicaciones. 30/06/2013. Consultado en:
http://telecomjournalelsalvador.blogspot.mx/2010_05_01_archive.html
Lex. (2009). Cable coaxial. 30/06/2013. Consultado en:
http://www.youtube.com/watch?v=OXJkuNf2hM8
Puentes, Hernán. (2012). Teorema de máxima transferencia de potencia.
30/06/2013. Consultado en: http://www.youtube.com/watch?v=g6Qgt3pKcj0
Respuesta en frecuencia de un STUB en paralelo (s/f). 30/06/2013. Tomado de
http://dcb.fi-c.unam.mx/users/rodrigoga/html/respuetastub.html
Rodilla, A. (1996). Introducción a las redes RDSI. 01-julio-2013. Consultado en:
http://www.youtube.com/watch?v=E3R2QBHMPiU
Submarine communications cable (2013) 30/06/2013. Consultado en:
https://en.wikipedia.org/wiki/Submarine_communications_cable
SONET Graphical Overview (2005). SONET Graphical Overview.30/06/2013.
Consultado en:
http://www.cisco.com/en/US/tech/tk482/tk607/technologies_tech_note09186a0080
124afa.shtml
South East Asia Middle West Europe SEA-ME-WE-4 (s/f) tomado de
http://www.seamewe4.com/index_home.asp
Sweetitss. (2011). Medios de comunicación guiados y no guiados.. Consultado en:
http://www.youtube.com/watch?v=Tx3DWzqtaQU
Comunicación en sistemas digitales
Unidad 2. Comunicaciones alámbricas y por fibra óptica
Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Telemática 60
The Smith Chart (s/f). 30/06/2013. Consultado en:
www.rfcafe.com/references/electrical/smith.htm
Textos científicos. (s/f). Teoría de propagación, 30/06/2013. Consultado en:
http://www.textoscientificos.com/redes/fibraoptica/propagacion
Telegeography. (2013). Telegeography. 30/06/2013. Consultada en:
http://www.telegeography.com/
Velasco, JJ. (2013). Cables submarinos, las grandes autopistas de información.
Think Big. 01-julio-2013. Consultado en: http://blogthinkbig.com/cables-
submarinos-historia/