Curso de Telecomunicaciones y Redes

INTRODUCCIÓN A LAS SEÑALES

Definición: tele-comunicaciones: Comunicación a grandes distancias

Las Telecomunicaciones se encargan del TRANSPORTE de la INFORMACION a grandes distancias a través de un medio o CANAL de

comunicación por medio de SEñALES de cualquier indóle.

La misión de las telecomunicaciones es transportar la mayor cantidad de información en el menor tiempo de una manera segura. Esto se logra

por medio de varias técnicas tales como la Modulación, codificación, Compresión, Formateo, Multicanalización, Esparciendo el espectro,

etc.

 

A continuación se presenta una reseña histórica de las Telecomunicaciones, Redes y algunos inventos e innovaciones que cambiaron e impactaron la sociedad.

 

5000 A.C. PREHISTORIA . El hombre prehistórico se comunicaba por medio de gruñidos y otros sonidos (primer forma de comunicación). Además, con señales físicas con las manos y otros movimientos del cuerpo.

"la comunicación a grandes distancias era bastante compleja".

3000 A.C. Egipcios: representaban las ideas mediante símbolos (hieroglyphics), así la información podría ser transportada a grandes distancias al ser transcritas en medios como el papel papiro, madera, piedras, muros etc.

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

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

"la distancia sobre la cual la información es movida, sigue siendo todavía limitada".

GRIEGOS Desarrollan la Heliografía (mecanismo para reflejar la luz del sol en superficies brillosas como los espejos ).

"Aquí también el Transmisor y el Receptor deberán conocer el mismo código para entender la información".

430 D.C. Los ROMANOS utilizaron antorchas (sistema óptico telegráfico) puestas en grupos apartados a distancias variantes, en la cima de las montañas para comunicarse en tiempos de guerra.

Cuando la heliografía ó las antorchas romanas fueron usadas, "el enemigo" en muchas ocasiones podía ver la información (descifrar), y así fue introducido el concepto de CODIFICACIÓN o cifrado de información.

Este tipo de comunicación se volvía compleja, cuando se quería mover información a muy grandes distancias (se hacía uso en ocasiones de repetidores).

1500s. AZTECAS Comunicación por medio mensajes escritos y llevados por hombres a pie. (heraldos). Los reyes aztecas los hacian correr grandes distancias (entre lo que hoy es la Cd. de México y el puerto de Veracruz), para traer mensajes y pescado fresco.

ÁFRICA Y SUDAMÉRICA: Comunicación por medios acústicos (tambores y cantos).

1800s. NORTEAMÉRICA Los indios de Norteamérica hacían uso de señales de humo.

"Estos dos últimos tipos de comunicación funcionaban mientras el sonido del tambor se escuchaba o las señales de humo se veían".

1860s. Sistemas Ópticos Telegráficos (uso de banderas, o semáforos) por la caballería de EUA.

1860 (Abril 3): Comunicación (mensajeria) vía caballos (PONY Express ). La idea era proveer el servicio más rápido de entegra de correo entre las ciudades de St. Joseph, Missouri y Sacramento, California. El servicio terminó a finales de octubre de 1861 al empezar el telegrafo en los EUA.

 

COMUNICACIONES ELÉCTRICAS

1752 Descubrimiento de la electricidad (pararayos) por Benjamin Franklin en los E.U.

1800-1837 Descubrimientos preliminares: Volta descubre los principios de la batería; Tratados matemáticos de Fourier, Cauchy y Laplace. Experimentos con electricidad y magnetismo por Oersted, Ampere, Faraday, y Henry. La Ley de Ohm. Primeros Sistemas telegráficos por Gauss, Weber, Wheatstone y Cooke.

1844 El nacimiento de la TELEGRAFÍA. El Telégrafo, primera forma de comunicación eléctrica. Inventado por Samuel Morse.

A finales de 1844 se puso en operación el primer enlace telegráfico, entre las ciudades de Washington, D.C y Baltimore, MA.

1845. Son enunciadas las Leyes de Kirchhoff.

1861. Las líneas telegráficas cubren casi todo Estados Unidos.

1864. James Clerk Maxwell desarrolla la "Teoría Dinámica del campo elecctromagnético" . Predice la radiación electromagnética.

1865. Se crea la International Telegraph Union (ITU), organización internacional encargada de la creación y aprobación de

estándares en comunicaciones. En la actualidad esta organización se llama International Telecommunications Union.

1866 Se instala el cableado telegráfico trasatlántico, entre Norteamérica e Inglaterra, por la compañía Cyrus Field & Associates.

1873 James C. Maxwell desarrolla las matemáticas necesarias para la teoría de las comunicaciones.

1874 El francés Emile Baudot desarrolla el primer multiplexor telegráfico; permitía a 6 usuarios simultáneamente sobre un mismo cable, los caracteres individuales eran divididos mediante un determinado código (protocolo).

1876 Marzo 7, se otorga la patente #174,465 a Alexander

Graham Bell . El nacimiento de la TELEFONÍA, la mayor contribución al mundo de las comunicaciones; se transmite el primer mensaje telefónico cuando G. Bell le llamó a su asistente, Thomas Watson, que se encontraba en el cuarto de al lado, y le dijo las inmortales palabras "Watson, come here; I want you."

Alexander G. Bell usó los circuitos existentes del telégrafo, pero usó corriente eléctrica para pasar de un estado de encendido a apagado y viceversa. La invención de Bell era sensitiva al sonido, de tal modo creaba vibraciones en un díafragma receptor con el cual el esperaba que fuera entendido por la gente sorda y proveer comunicación entre ellos.

Dibujo inicial del teléfono por Alexander G. Bell en 1876

1878. Primer enlace telefónico, en New Haven, Connecticut, con ocho líneas.

1882. Se construye la primer pizarra telefónica manual (switchboard), llamada Beehive, desarrollada para una localidad centralizada que podría ser usada para interconectar varios usuarios por teléfono.

1887 Telegrafía Inalámbrica, Heinrich Hertz comprueba la Teoría de Maxwell; Demostraciones de Marconi y Popov.

Edison desarrolla un transductor de "botón de carbón"; Strower inventa la conmutación "paso a paso".

1888 Heinrich Rudolph Hertz mostró que las ondas electromagnéticas existían y que ellas podrían ser usadas para mover información a muy grandes distancias.

Esto sería el predecesor de la propagación electromagnética o transmisión de radio.

1889 Almon B. Strowger, inventa el teléfono de marcado que se perfecciona en 1896.

En el intervalo Strowger también desarrolla el primer conmutador telefónico automatico (PABX) , el cual consistía de cinco botones. El primer botón fue llamado "descolgado" (release), con el cual empieza el conmutador, el siguiente botón eran las centenas, y identifican el primer dígito de los números de 3 dígitos marcados. Este botón era presionado un número de veces para indicar el número marcado; y así sucesivamente las decenas y unidades.

1892 Se establece el primer enlace telefónico entre las ciudades de New York y Chicago.

1896 Guglielmo Marconi obtuvo la patente sobre la tecnología de comunicaciones inalámbricas (la radio).

1897 Se instalan líneas telefónicas por todo Estados Unidos.

1898 En 1898 Marconi hace realidad la tecnología inalámbrica cuando el seguía la regata de Kingstown y manda un reporte a un periódico de Dublin, Irlanda.

1899 Se desarrolla la teoría de la "Carga en los Cables" por Heaviside, Pupin y Campbell; Oliver Heaviside saca una publicación sobre cálculo operacional, circuitos y electromagnetismo.

1904 Electrónica Aplicada al RADIO y TELÉFONO Lee De Forest inventa el Audion (triode) basado en el diodo de Flemming; se desarrollan filtros básicos por Campbells y otros.

1915 Se hacen experimentos con radio difusión AM (Amplitud Modulada).

Primer línea telefónica transcontinental con repetidores electrónicos.

1918 Debido a que el uso del teléfono se incrementaba día a día, era necesario desarrollar una metodología para combinar 2 o más canales sobre un simple alambre. Esto se le conoce como "multicanalización".

E.H. Armstrong perfecciona el radio receptor superheterodyne

Se establece la primera Estación de Radio FM, KDKA en Pittsburgh.

1920-1928 Se desarrolla la "Teoría de transmisión señal a ruido" por J.R. Carson, H. Nyquist, J.B. Johnson, y R. V. Hartley.

1923-1938 La tecnología de la TELEVISIÓN fue simultaneamente desarrollada por investigadores en los E.U., Unión sovietica y la Gran Bretaña.

1937 La BBC (British Broadcasting Corporation) obtiene el crédito por hacer la primer cobertura en por TV, al cubrir la sucesión de la corona del rey George VI en 1937.

1931 Se inicia el servicio de Teletipo (predecesor del FAX).

1934 Se crea la Federal Communication Commision (FCC) en los E.U., organismo que regula las comunicaciones en ese país. Roosevelt firma el acta.

1936 Se descubre "Un método de reducción de disturbancias en señalización de radio por un sistema de modulación en frecuencia" por Edwin H. Armstrong, que propicia la creación de la radio FM.

1937 Alec Reeves concibe la Modulación por Codificación de Pulsos (PCM) usada hoy en día en telefonía.

1940 Primer computadora, llamada Z2 por Konrad Zuse (Alemán).

1941 La FCC autoriza la primer licencia para la emisión de TV (formato NTSC, 525 líneas, 60 cuadros por segundo).

Se funda la primer estación de FM por Edwin H. Armstrong; Universidad de Columbia WKCR.

1945 Aparece un artículo en la revista Wireless World escrito por el matemático britanico, futurista y escritor de ciencia ficción Arthur C. Clarke (autor de la novela 2001: Odisea del espacio) donde propone la comunicación vía satélites artificiales.

1948 Quizás el mayor evento en las comunicaciones del mundo ocurre, cuando Claude Shannon desarrolló su "Teoría matemática de las comunicaciones" Shannon desarrolla el concepto "Teoría de la Información ".

1948-1951 Es inventado el transistor por Bardeen, Brattain, y Shockley; con este descubrimiento se reduce significativamente el tamaño y la potencia de los equipos de comunicaciones.

1950 Se establece el primer enlace de comunicaciones vía microondas , permitiendo el transporte de información a un alto volumen a muy grandes distancias.

La multicanalización por División de Tiempo (TDM, Time Division Multiplexing) es aplicada a la telefonía.

1955 Narinders Kapany de la India descubre que una fibra de vidrio aislada puede conducir luz a gran distancia (primeros estudios sobre las fibras ópticas)

1956 Primer cable telefónico transoceánico (36 canales de voz).

1957 Octubre 4, es lanzado por la USSR el primer SATÉLITE atificial, llamado Sputnik.

1958 Desarrollo de Sistemas de Transmisión de Datos a Larga Distancia para propósitos militares.

1960 Aparecen los teléfonos de marcación por tonos.

Mainman demuestra el primer LASER.

1961 Los circuitos integrados entran a producción comercial.

1962 Es lanzado el satélite Telstar I por la NASA, fue el primer satélite comercial.

Permitió comunicaciones entre Europa y Norteamérica por solo pocas horas al día.

1962-1966 El nacimiento de las comunicaciones digitales de alta velocidad. El servicio de la transmisión de datos es ofrecido comercialmente; canales de banda ancha para señales digitales; PCM es usada para transmisión de TV y voz.

1963 Se perfecciona los osciladores de microondas de Estado Sólido por Gunn.

1964 Fue formado INTELSAT (International Telecommunications Satellite Organization).

1965 INTELSAT lanza el satélite Pajaro Madrugador (Early Bird).

Permitió los primeros intercambios de programación de T.V. entre Norteamerica y Europa.

El satélite Mariner IV transmite las primeras imágenes de Marte.

1969 (Enero 2), El gobierno de los Estados Unidos le da vida a INTERNET cuando un equipo de científicos empiezan a hacer investigaciones en redes de computadoras. La investigación fue fundada por la Advanced Research Projects Agency -ARPA, una organización del Departamento de Defensa de los E.U., mejor conocida como ARPANET.

1970 Canadá y Estados Unidos desarrollaron satélites para comunicaciones dentro de Norteamérica.

1971 En noviembre de 1971, primer microprocesador comercial fabricado por Intel Inc. modelo 4004 (costo $ 200 dlls, 2,300 transistores, 0.06 MIPS).

1972 Noviembre 9, Canada lanza su primer satélite ANIK.

1974 Estados Unidos lanza los satélites Western Union's Westar I & II.

Ambos, Westar I & II y ANIK contaban con una docena de canales de televisión. (en comparación con el pájaro madrugador que solo contaba con un solo canal).

1975 La compañia RCA entra al negocio de las comunicaciones espaciales con el lanzamiento de SATCOM I.

Este fue el primer satélite con 24 canales, y que más tarde contaría con más de 57,000 subscriptores registrados.

El 30 de septiembre Home Box Office (HBO) comienza el primer servicio de TV distribuido por satélite. En esta ocasión HBO transmitió el campeonato mundial de Box entre Muhammad Ali y Joe Frazier desde Manila, a la cual titularon "The Thriller in Manila".

1976 Ted Turner, un propietario de la estación de TV independiente WTBS (Turner Broadcast Service) de la Ciudad de Atlanta, empieza a transmitir TV vía satélite a través de todo Estados Unidos. Empieza así la primer Super Estación de TV.

1979 Se crea el consorcio INMARSAT (INternational MARitime SATellite organization), provee comunicaciones y servicios de navegación a embarcaciones vía satélite.

1980 Es adoptado el estándar internacional para fax (Grupo III), hasta la fecha usado para transmisión de facsímil.

Bell System (hoy AT&T) introduce las fibras ópticas a la telefonía.

Septiembre, se presentan las especificaciones de la red Ethernet, definidas por Robert Meltcalfe en PARC (Palo Alto Reseach Center) de Xerox, aunado a DEC e Intel.

1981 Nace la TELEFONÍA CELULAR

1981 Nacen los primeros formatos de Televisón de Alta definición HDTV

1983 La FCC aprueba la tecnología de televisión vía microondas MMDS (Multichannel Multipoint Distribution Service).

En E.U., primer teléfono celular con tecnología analógica.

1985 México lanza su primer satélite llamado Morelos I.

1988 En EU la FCC aprueba la HDTV, al año siguiente Japón empieza a usar dicha tecnología.

1989 Es lanzado el segundo satélite mexicano Morelos II.

1993 En EU, comienza la telefonía celular con tecnología digital.

Intel Corp. introduce al mercado el procesador PENTIUM. Al año siguiente, los usuarios comienzan a detectar fallas en el microprocesador, lo que crea una gran controversia.

El presidente de los E.U. se convierte en el primer mandatario en usar Internet al mandar un mensaje electrónico; su dirección electrónica es president@whitehouse.gov.

En Noviembre es lanzado el satelite Solidaridad I. (éste sustituye al Morelos I)

1994 Es puesto en órbita el satélite Solidaridad II.

Ambos satélites tienen una vida estimada útil de 14 años y operan en las bandas C, Ku, y L.

1995 Junio 7, se publica la Ley Federal de Telecomunicaciones en México.

1996 En Octubre, USRobotics introduce la tecnología X2  para modems, con velocidades de 56 Kbps.

1997 Enero 1, Comienza la apertura telefónica (de larga dist.) en México. Licitación del espectro para Televisión por MMDS y PCS en México.

Empieza la comercialización de ADSL en EU.

La ITU estandariza los modems analógicos de 56 Kbps (recomendación V.90)

1998 En Noviembre'98 septiembre comienzan los servicios del sistema de satélites de órbita baja (LEO) Iridium.

En Diciembre 4, México lanzó el quinto satélite (SATMEX V) que remplazará al Morelos II.

2008. (octubre). Se cumplen 25 años en EUA del primer servicio de telefonía celular comercial 

2009. (Feb, 17). Los Estados Unidos apagan la televisión analógica para dar paso a la Televisión Digital.  

La Comunicación es la transferencia de información con sentido desde un lugar (remitente, fuente, originador, fuente, transmisor) a otro lugar (destino, receptor). Por otra parte Información es un patrón físico al cual se le ha asignado un significado comúnmente acordado. El patrón debe ser único (separado y distinto), capaz de ser enviado por el transmisor, y capaz de ser detectado y entendido por el receptor.

Si la información es intercambiada entre comunicadores humanos, por lo general se transmite en forma de sonido, luz o patrones de textura en forma tal que pueda ser detectada por los sentidos primarios del oído, vista y tacto. El receptor asumirá que no se está comunicando información si no se reciben patrones reconocibles.

En la siguiente figura se muestra un diagrama a bloques del modelo básico de un sistema de comunicaciones, en éste se muestran los principales componentes que permiten la comunicación.

 

Elementos básicos de un sistema de comunicaciones

 

ELEMENTOS DEL SISTEMA

En toda comunicación existen tres elementos básicos (imprescindibles uno del otro) en un sistema de comunicación: el transmisor, el canal de transmisión y el receptor. Cada uno tiene una función característica.

El Transmisor pasa el mensaje al canal en forma se señal. Para lograr una transmisión eficiente y efectiva, se deben desarrollar varias operaciones de procesamiento de la señal. La más común e importante es la modulación, un proceso que se distingue por el acoplamiento de la señal transmitida a las propiedades del canal, por medio de una onda portadora.

El Canal de Transmisión o medio es el enlace eléctrico entre el transmisor y el receptor, siendo el puente de unión entre la fuente y el destino. Este medio puede ser un par de alambres, un cable coaxial, el aire, etc. Pero sin importar el tipo, todos los medios de transmisión se caracterizan por la atenuación, la disminución progresiva de la potencia de la señal conforme aumenta la distancia.

La función del Receptor es extraer del canal la señal deseada y entregarla al transductor de salida. Como las señales son frecuentemente muy débiles, como resultado de la atenuación, el receptor debe tener varias etapas de amplificación. En

todo caso, la operación clave que ejecuta el receptor es la demodulación, el caso inverso del proceso de modulación del transmisor, con lo cual vuelve la señal a su forma original.

Elementos de un sistema de comunicaciones eléctricas

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Sistema de transmisión de datos: El conjunto de componentes que hacen posible la conducción de señales de datos, en uno o en varios sentidos, utilizando, para ello, vías las generales de telecomunicación.

Señal: Cualquier evento que lleve implícita cierta información.

Canal: Medio por el cual se transmite la información.

Transductor: Dispositivo que convierte algún tipo de energía en una señal eléctrica.

Decibel: Unidad para medir la intensidad relativa de una señal, tal como potencia, voltaje, etc. El número de decibeles es diez veces el logaritmo (base 10) de la relación de la cantidad medida al nivel de referencia.

Modulación: Proceso mediante el cual se utiliza la señal de banda base para modificar algún parámetro de una señal portadora de mayor frecuencia.

Señal portadora: Señal senoidal de alta frecuencia a la cual usualmente se hace que varíe alguno de sus parámetros (amplitud, frecuencia, fase), en proporción a la señal de banda base.

Modulación en Amplitud (AM): En este tipo de modulación, el parámetro de la portadora que varía es su amplitud.

Modulación en Frecuencia (FM): En este tipo de modulación, el parámetro de la portadora que varía es su frecuencia.

Modulación en Fase (PM): En este tipo de modulación, el parámetro de la portadora que varía es su fase.

Señal de banda base: La señal eléctrica que se obtiene directamente desde la fuente del mensaje (no tiene ningún tipo de modulación).

Señal analógica: Aquella señal cuya forma de onda es continua.

Señal digital: Aquella señal cuya forma de onda es discreta.

Periodo: Es el tiempo requerido para un ciclo completo de una señal electrica o evento.

Frecuencia: Representa el número de ciclos completos por unidad de tiempo de una señal eléctrica. Se expresa generalmente en Hertz (ciclos/segundo).

Longitud de Onda: Es la longitud en metros que existe entre cresta y cresta de una señal eléctrica. La

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

Donde: es la longitud de onda en mts. c es la velocidad de la luz (3x108 mts/seg)

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

Atenuación: Disminución gradual de la amplitud de una señal, pérdida o reducción de amplitud de una señal al pasar a través de un circuito o canal, debida a resistencias, fugas, etc. Puede definirse en términos de su efecto sobre el voltaje, intensidad o potencia. Se expresa en decibeles sobre unidad de longitud.

Filtro pasa baja: Es un arreglo de componentes electrónicos que solo deja pasar las frecuencias menores a la frecuencias de corte.

fc =

Donde: fc es la frecuencia de corte en Hz R es la resistencia en ohms, y

C es la capacitancia en faradios.

Filtro pasa alta: Es un arreglo de componentes electrónicos que solo deja pasar las frecuencias mayores a la frecuencias de corte.

Filtro pasa banda: Circuito que sólo permite el paso de las frecuencias comprendidas en cierta banda y que al mismo tiempo atenua en alto grado todas las frecuencias ajenas a esta banda.

Ancho de banda del Canal: Es el rango de frecuencias que éste puede transmitir con razonable fidelidad.

Ancho de banda de una señal: Es el rango de frecuencias que contienen la mayor cantidad de potencia de la señal.

Límitaciones de los canales de comunicacion: Ruido, y la Capacidad del canal.

Ruido: Toda energía eléctrica que contamina la señal deseada (ruido térmico, ruido eléctrico, interferencia, distorsión, etc.).

Interferencia: Es cualquier perturbación en la recepción de una señal en forma natural o artificial (hecha por el hombre) causada por señales

indeseables.

Relación señal a ruido: Relación de la potencia de la señal deseada a la potencia de ruido en un punto específico y para unas condiciones

específicas en un punto dado.

Capacidad del Canal: índice de transmisión de información por segundo.

Esta dado por la ecuación de Shannon:

Donde: C es la capacidad del canal en bps.

B es el ancho de banda en Hz S/R es la relación señal a ruido

en dB

Espectro radioeléctrico: Gama de frecuencias que permite la propagación de las ondas electromagnéticas. La asignación de estas frecuencias está estandarizada por organismos internacionales.

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Durante la transmisión de la señal ocurren ciertos efectos no deseados. Uno de ellos es la atenuación, la cual reduce la intensidad de la señal; sin embargo, son más serios la distorsión, la interferencia y el ruido, los cuales se manifiestan como alteraciones de la forma de la señal. Al introducirse estas contaminaciones al sistema, es una práctica común y conveniente imputárselas, pues el transmisor y el receptor son considerados ideales. En términos generales, cualquier perturbación no intencional de la señal se puede clasificar como "ruido", y algunas veces es difícil distinguir las diferentes causas que originan una señal contaminada. Existen buenas razones y bases para separar estos tres efectos, de la manera siguiente:

Distorsión: Es la alteración de la señal debida a la respuesta imperfecta del sistema a ella misma. A diferencia del ruido y la interferencia, la distorsión desaparece cuando la señal deja de aplicarse.

Interferencia: Es la contaminación por señales extrañas, generalmente artificiales y de forma similar a las de la señal. El problema es

particularmente común en emisiones de radio, donde pueden ser captadas dos o más señales simultáneamente por el receptor. La

solución al problema de la interferencia es obvia; eliminar en una u otra forma la señal interferente o su fuente. En este caso es posible una

solución perfecta, si bien no siempre práctica.

Ruido: Por ruido se debe de entender las señales aleatorias e impredecibles de tipo eléctrico originadas en forma natural dentro o

fuera del sistema. Cuando estas señales se agregan a la señal portadora de la información , ésta puede quedar en gran parte oculta o eliminada totalmente. Por supuesto que podemos decir lo mismo en relación a la

interferencia y la distorsión y en cuanto al ruido que no puede ser eliminado nunca completamente, ni aún en teoría.

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Limitaciones de las comunicaciones

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Escrito por Evelio Martinez    Martes 10 de Julio de 2007 02:56

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En el diseño de un sistema de comunicación o de cualquier sistema para esta materia, el ingeniero se coloca frente a dos clases generales de restricciones: por un lado, los factores tecnológicos, es decir, los factores vitales de la ingeniería y por otra parte, las limitaciones físicas fundamentales impuestas por el propio sistema, o sean, las leyes de la naturaleza en relación con el objetivo propuesto.

Puesto que la ingeniería es, o debe ser, el arte de lo posible, ambas clases de restricciones deben ser analizadas al diseñar el sistema. Hay mas de una diferencia, pues los problemas tecnológicos son problemas de practibilidad que incluyen consideraciones tan diversas como disponibilidad del equipo, interacción con sistemas existentes, factores económicos, etc., problemas que pueden ser resueltos en teoría, aunque no siempre de manera practica. Pero las limitaciones físicas fundamentales son justamente eso; cuando aparecen en primer plano, no existen recursos, incluso en teoría. No obstante, los problemas tecnológicos son las limitaciones que en última instancia señalan si pueden o no ser salvadas. Las limitaciones fundamentales en la transmisión de la información por medios eléctricos son el ancho de banda y el ruido.

La utilización de sistemas eficientes conduce a una reducción del tiempo de transmisión, es decir, que se transmite una mayor información en el menor tiempo. Una transmisión de información rápida se logra empleando señales que varían rápidamente con el tiempo. Pero estamos tratando con un sistema eléctrico, el cual cuenta con energía almacenada; y hay una ley física bien conocida que expresa que en todos los sistemas, excepto en los que no hay perdidas, un cambio en la energía almacenada requiere una cantidad definida de tiempo. Así, no podemos incrementar la velocidad de la señalización en forma arbitraria, ya que en consecuencia el sistema dejará de responder a los cambios de la señal.

Una medida conveniente de la velocidad de la señal es su ancho de banda, o sea, el ancho del espectro de la señal. En forma similar, el régimen al cual puede un sistema cambiar energía almacenada, se refleja en su respuesta de frecuencia útil, medida en términos del ancho de banda del sistema. La transmisión de una gran cantidad de información en una pequeña cantidad de tiempo, requiere señales de banda ancha para representar la información y sistemas de banda ancha para acomodar las señales. Por lo tanto, dicho ancho de banda surge como una limitación fundamental.

Cuando se requiere de una transmisión en tiempo real, el diseño debe asegurar un adecuado ancho de banda del sistema. Si el ancho de

banda es insuficiente, puede ser necesario disminuir la velocidad de señalización, incrementándose así el tiempo de transmisión. A lo largo de estas mismas líneas debe recalcarse que el diseño de equipo no es con mucho un problema de ancho de banda absoluto o fraccionario, o sea, el ancho de banda absoluto dividido entre la frecuencia central. Si

con una señal de banda ancha se modula una portadora de alta frecuencia, se reduce el ancho de banda fraccional y con ello se

simplifica el diseño del equipo. Esta es una razón por que en señales de TV cuyo ancho de banda es de cerca de 6 MHz se emiten sobre

portadoras mucho mayores que en la transmisión de AM, donde el ancho de banda es de aproximadamente 10 Hz.

Asimismo, dado un ancho de banda fraccionario, resultado de las consideraciones del equipo, el ancho de banda absoluto puede incrementarse casi indefinidamente yendo hasta frecuencias portadoras mayores. Un sistema de microondas de 5 GHz puede acomodar 10,000 veces mas información en un periodo determinado que una portadora de radiofrecuencia de 500

KHz, mientras que un rayo láser cuya frecuencia sea de 5xlOl4 Hz tiene una capacidad teórica de información que excede al sistema de microondas en un factor de 105 , o sea, un equivalente aproximado de 10 millones de canales de TV. Por ello es que los ingenieros en comunicaciones están investigando constantemente fuentes de portadoras de altas frecuencias nuevas y utilizables para compensar el factor ancho de banda.

La limitación ruido

El éxito en la comunicación eléctrica depende de la exactitud con la que el receptor pueda determinar cual señal es la que fue realmente transmitida, diferenciandola de las señales que podrían haber sido transmitidas. Una identificación perfecta de la señal seria posible solo en ausencia de ruido y otras contaminaciones, pero el ruido existe siempre en los sistemas eléctricos y sus perturbaciones sobrepuestas limitan nuestra habilidad para identificar correctamente la señal que nos interesa y así, la transmisión de la información.

¿ Pero porqué es inevitable el ruido? Detalle curioso, la respuesta proviene de la teoría cinética. Cualquier partícula a una temperatura diferente de cero absoluto, posee una energía térmica que se manifiesta como movimiento aleatorio o agitación térmica. Si la partícula es un electrón, su movimiento aleatorio origina una corriente aleatoria. Luego, si esta corriente aleatoria ocurre en un medio conductor, se produce un voltaje aleatorio conocido como ruido térmico o ruido de resistencia. Mientras el ruido de resistencia es solo una de las posibles fuentes en un sistema, muchos otros están relacionados, en una u otra forma, el movimiento electrónico aleatorio. Más aún, como era de esperarse de la dualidad onda-particula, existe ruido térmico asociado con la radiación electromagnética. En consecuencia, como no podemos tener comunicación eléctrica sin electrones u ondas electromagnéticas, tampoco podemos tener comunicación eléctrica sin ruido.

Las variaciones de ruido típicas son muy pequeñas, del orden de los microvolts. Si las variaciones de la señal son sustancialmente mayores, digamos varios volts pico a pico, el ruido puede ser ignorado. En realidad, en sistemas ordinarios bajo condiciones ordinarias, la relación señal a ruido es bastante grande para que el ruido no sea perceptible. Pero en sistemas de amplio régimen o de potencia mínima, la señal recibida puede ser tan pequeña como el ruido o mas. Cuando esto suceda, la limitación por ruido resulta muy real.

Es importante señalar que si la intensidad de la señal es insuficiente, añadir mas pasos de amplificación en el receptor no resuelve nada; el ruido sería amplificado junto con la señal, lo cual no mejora la relación señal a ruido. Aumentar la potencia transmitida ayuda, pero la potencia no se puede incrementar en forma indefinida por razón de problemas tecnológicos. (no de los primeros cables trasatlánticos se deteriora por una ruptura ocasionada por un ato voltaje, aplicado en un esfuerzo por obtener señales útiles en el punto de recepción) En forma alterna, como se menciona el principio, podemos permutar el ancho de banda por la relación señal a ruido por medio de técnicas de modulación y codificación. No es de sorprender que la mis efectiva de estas técnicas generalmente sea la mas costosa y difícil de instrumentar. Nótese también que el trueque del ancho de banda por la relación señal a ruido puede llevarnos de una limitación a otra.

En el análisis final, dado un sistema con ancho de banda y relación señal a ruido fijos, existe un limite superior definido, al cual puede ser

transmitida la información por el sistema. Este limite superior se conoce con el nombre de capacidad de información y es uno de los conceptos centrales de la teoría de la información. Como la capacidad es finita, se

puede decir con apego a la verdad, que el diseño del sistema de comunicación es un asunto de compromiso; un compromiso entre

tiempo de transmisión, potencia transmitida, ancho de banda y relación señal a ruido; compromiso de lo más restringido por los problemas

tecnológicos.Tweet

Fuentes de señales no deseadasComo se ve en la figura, las señales pueden ser tanto de fuentes internas como externas. Las fuentes internas usualmente están presentes de un modo u otro existan señal o no, y no cambian abruptamente al menos que suceda algo extraño dentro del equipo o en las interconexiones. Las fuentes externas tienen dos formas para ser introducidas dentro del sistema. Una es a través de la antena y la otra es a través de la potencia de entrada. Las señales no deseadas pueden estar o presentes todas las veces. Estas pueden ocurrir momentáneamente, intermitentemente o periódicamente. Es importante

cuando se trata de eliminar las señales no deseadas para conocer si están entrando al sistema de fuentes externas o si están presentes sin cualquier entrada externa.

FUENTES DE RUIDO

Ruido térmico (Thermal Noise)

Todos los objetos cuya temperatura esta por encima del cero absoluto (0 grados Kelvin) generan ruido eléctrico en forma aleatoria debido a la vibración de las moléculas dentro del objeto. Este ruido es llamado ruido térmico. La potencia de ruido generada depende solo de la temperatura del objeto, y no de su composición. Ya que esta es una propiedad fundamental, el ruido frecuentemente definido por su temperatura equivalente de ruido. La temperatura de ruido puede darse tanto en grados Kelvin como en decibeles. A continuación se presenta una formula para convertir grados Kelvin a dB.

o

donde T es la temperatura equivalente de ruido en dB K es la temperatura en grados Kelvin

 

T (dB)= 10*log10(1+K/120)

La temperatura de el aire alrededor de nosotros es aproximadamente 300 K (27C ), y la temperatura del sol es muy alta (alrededor de 5,700 K). Es posible construir un amplificador cuya temperatura equivalente de ruido este por debajo de su actual temperatura, y para así agregar el menor ruido posible al receptor.

Los amplificadores de bajo ruido(Low Noise Amplifier LNA) de los sistemas de satélite fueron clasificados en temperatura equivalente de ruido para inidicar su ruido térmico.

Ruido de Choque (Shot Noise)

Los diodos limitados por la temperatura, los cuales virtualmente incluye a todos los semiconductores, generan ruido de choque cuando la

corriente es pasada a través del diodo. El ruido resultante es debido por la corriente que es pasada por en forma de partículas

discretas(electrones) y un impulso es generado por el paso de cada partícula. El ruido es proporcional a la corriente. La corriente cero es

igual al ruido térmico.

Ruido Atmosférico (Atmospheric Noise)

Existe un ruido que es interceptado por la antena llamado ruido atmosférico. El ruido atmosférico es muy alto para bajas frecuencias, y decrece cuando se incrementa la frecuencia. Esta presente en toda la

banda de radiodifusión AM y este no puede ser eliminado con el amplificador y el diseño de la antena. El ruido atmosférico decrece

bastante en frecuencias de TV y FM.

FUENTES DE INTEFERENCIA

La interferencia básicamente es hecha por el hombre excepto por condiciones atmosféricas y del clima. La mas notable son las descargas eléctricas (rayos). A continuación se mencionan algunos ejemplos de fuentes de interferencia:

Sistema de encendido de vehículos,

Motores eléctricos, líneas de alta tensión,

luces de neón y fluorescentes

Computadoras,

Otros tipos de transmisión, tales como la radio amateur, CB (Banda Civil), radio de la policía y otros servicios públicos, inclusive otras estaciones de FM o TV.

Generalmente las fuentes que radian señales periódicas e intermitentes son llamadas fuentes de impulso. Algunos ejemplos son: interruptores eléctricos, luces de neón destellando, encendido de automóvil, rayos, etc. Los impulsos son de corta duración (microsegundos) y frecuentemente tienen amplitudes mas grandes que la señal que esta siendo recibida. La interferencia puede ser radiada como interferencia electromagnética (EMI), o conducida sobre las líneas eléctricas, en el caso del equipo con alimentación de Corriente alterna (AC).

OTROS TIPOS DE INTERFERENCIA

Interferencia de canales adyacentes

La interferencia de canales adyacentes es muy común en arreas metropolitanas donde las estaciones (de AM o FM por ejemplo) son asignadas en frecuencias muy cercanas. En esas áreas donde la congestión de canales existe, los efectos pueden ser minimizados(si las estaciones están en diferentes direcciones) usando un rotor para orientar la antena para la mínima interferencia.

Efecto de captura

Los sistemas FM exhiben un fenómeno llamado "efecto de captura", por lo cual la señal mas fuerte de dos adyacentes elimina a la más débil.

Cuando se trata de sintonizar una señal débil, inmediatamente aparece

la señal mas fuerte. Reduciendo la amplitud (potencia) de la señal mas fuerte afectara menos a la señal débil. Existe una sola forma de cambiar

el efecto de captura es moviendo o rotando la antena, o obtener una antena mas direccional y apuntarla hacia la estación más débil.

En este articulo hemos hablado sobre la eliminación de señales no deseadas, y encontramos que estas pueden entrar al receptor y por la

antena misma. La mejor manera para eliminar estas señales es remover la fuente. Si esto no es posible es recomendable proteger(blindar) o

hacer uso de filtros.

Fuente: ANTENASSelection and Installation

Radio Shack

Desarrollado por H. Nyquist, quien afirmaba que una señal analógica puede ser reconstruída, sin error, de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo. La razón de muestreo debe ser igual, o mayor, al doble de su ancho de banda de la señal analógica".

La teoría del muestreo define que para una señal de ancho de banda limitado, la frecuencia de muestreo, fm, debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B] medida en Hertz [Hz].

fm > 2·B

Supongamos que la señal a ser digitalizada es la voz...el ancho de banda de la voz es de 4,000 Hz aproximandamente. Entonces, su razón de muestreo sera 2*B= 2*(4,000 Hz), es igual a 8000 Hz, equivalente a 8,000 muestras por segundo (1/8000). Entonces la razón de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz, para que puede regenerarse sin error.

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

El teorema de muestreo fue desarrollado en 1928 por Nyquist y probado matematicamente por Claude Shannon en 1949.

Ejemplos prácticos:

El en área de la MÚSICA, a veces es necesario convertir material analógico [en acetato, cassetes, cintas magneticas, etc] a formato digital [en CD, DVD]. Los ingenieros de sonido pueden definir el rango de frecuencia de interés.Como resultado, los filtros analógicos son algunas veces usados para remover los componentes de frecuencias fuera del rango de interes antes de que la señal sea muestreada.

Por ejemplo, el oído humano puede detectar sonidos en el rango de frecuencias de 20 Hz a 20 KHz. De acuerdo al teorema de muestreo, uno puede muestrear la señal al menos a 40 KHz para reconstruir la señal de sonido aceptable al oísdo humano. Los componentes más arriba de 40 KHz no podrán ser detectados y podrían contaminar la señal. Estos componentes arriba de los 40 KHz son removidos a través de filtros pasa banda o filtros pasa bajas.

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

 

Razón de muestreo/ Frecuencia de Nyquist

22,050 kHz = 11,025 kHz (Nyquist)24,000 kHz = 12,000 kHz 30,000 kHz = 15,000 kHz

44,100 kHz = 22,050 kHz 48,000 kHz = 24,000 kHz

Es muy importante tomar en consideración que la frecuencia más alta del material de audio será grabada. Si la frecuencia de 14,080 Hz es grabada, una razón de muestreo de 44.1 kHz deberá ser la opción

elegida. 14,080 Hz cae dentro del rango de Nyquist de 44.1 kHz el cual es 22.05 kHz.

La razón de muestreo elegida determina el ancho de banda del audio de la grabadora usada. Considerando que el rango del oido es de 20 Hz a 20 kHz, una razón de muestreo de 44.1 kHz teoricamente deberá satisfacer

las necesidades de audio.

Qué es ANALOGICO y que es DIGITAL?

El término ANALÓGICO en la industria de las telecomunicaciones y el cómputo siginica todo aquel proceso entrada/salida cuyos valores son continuos. Algo continuo es todo aquello de puede tomar una infinidad de valores dentro de un cierto limite, superior e inferior.

El témino DIGITAL de la misma manera involucra valos de entrada/salida discretos. Algo discreto es algo que puede tomar valores fijos. El el caso de las comunicaciones digitales y el cómputo, esos valores son el CERO (0) o el UNO (1) o Bits (BInary DigiTs).

Ventajas de la comunicación digital

La transmisión digital es la transmisión de pulsos digitales entre dos puntos, en un sistema de comunicación. La información de la fuente original puede estar ya sea en forma digital o en señales analógicas que deben convertirse en pulsos digitales, antes de su transmisión y convertidas nuevamente a la forma analógica en el lado del receptor.

Algunas de las VENTAJAS de la transmisión digital [con respecto a la analógica] son:

1.-La ventaja principal de la transmisión digital es la inmunidad al ruido. Las señales analógicas son más susceptibles que los pulsos digitales a la amplitud, frecuencua y variaciones de fase. Esto se debe a que con la transmisión digital, no se necesita evaluar esos parámetros, con tanta precisión, como en la transmisión analógica. en cambio, los pulsos recibidos se evalúan durante un intervalo de muestreo y se hace una sola determinación si el pulso está arriba (1) o abajo de un umbral específico (0).

2.-Almacenamiento y procesamiento: Las señales digitales se pueden guardarse y procesarse fácilmente que las señales analógicas.

3.- Los sistemas digitales utilizan la regeneración de señales, en vez de la amplificación, por lo tanto producen un sistema más resistente al ruido que su contraparte analógica. 4.- Las señales digitales son más sencillos de medir y evaluar. Por lo tanto es más fácil comparar el rendimiento de los sistemas digitales con diferentes capacidades de señalización e información, que con los sistemas analógicos comparables.

5.- Los sistemas digitales están mejor equipados para evaluar un rendimiento de error (por ejemplo, detección y corrección de errores), que los analogicos.

6.- Los equipos que procesan digitalmente consumen menos potencia y son más pequenós, y muchas veces con más económicos.

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

1.- La transmisión de las señales analógicas codificadas de manera digital requieren de más ancho de banda para transmitir que la señal analógica.

2.- Las señales analógicas deben convertirse en códigos digitales, antes que su transmisión y convertirse nuevamente a nalaógicas en el receptor.

3.-La transmisión digital requiere de sincronización precisa, de tiempo, entre los relojes del transmisor y receptor.

4.- Los sistemas de transmisión digital son incompatibles con las instalaciones analógicas existentes.

 

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

La conversión Analógico-Digital consta de varios procesos:

Muestreo

Cuantización

Codificación

Muestreo

Toda la tecnología digital (e.g. audio, video) está basado en la técnica de muestreo (sampling en inglés). En música, cuando una grabadora digital toma una muestra, básicamente toma una fotografía fija de la forma de onda y la convierte en bits, los cuales pueden ser almacenados y procesados. Comparado con la grabación analógica, la cual está basada en registros de voltaje como patrones de magnetización en las partículas de óxido de la cinta magnetica. El muestreo digital convierte el voltaje en números (0s y 1s) los cuales pueden ser fácilmente representados y vueltos nuevamente a su forma original.

Razón de muestreoLa frecuencia de muestreo de una señal en un segundo es conocida como razón de muestreo medida en Hertz (Hz).

1 Hz = 1/seg

La razón de muestreo determina el rango de frecuencias [ANCHI DE BANDA] de un sistema. A mayores razones de muestreo, habrá más calidad o precisión.

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

24,000 = 24 kHz - 24,000 muestras por segundo. Una muestra cada 1/24,000 de segundo. 30,000 = 30 kHz - 30,000 muestras por segundo. Una muestra cada 1/30,000 de segundo. 44,100 = 44.1 kHz - 44,100 muestras por segundo. Una muestra cada 1/44,000 de segundo. 48,000 = 48 kHz - 48,000 muestras por segundo. Una muestra cada 1/48,000 de segundo.

Una señal de audio muestreada a 48 KHz tiene una mejor calidad [el doble], que una señal muestrueada a 24 KHz. Pero, una señal muestreada a 48 KHz, ocuparía el doble del ancho de banda que la de 24 KHz. Por lo que si queremos mayor calidad, lo perdemos en ancho de banda. Cuando bajan archivos en Internet MP3 por ejemplo, éstos tienen diferentes calidades, un archivo MP3 de mejor calidad, ocupará mayor espacio en disco...

La calidad de un disco compacto [CD] equivale un muestreo de 44.1 KHz a 16 bits, éste es el éstándar. Si decimos que los archivos MP3 tienen calidad de CD, es que están muestreados a 44.1 KHz a 16 bits.

Una última pregunta!

¿Qué razón de muestreo es la suficiente para que al ser digitalizada una señal analógica y al realizar el proceso contrario, digital-analógico, la señal sea idéntica [o casi idéntica] a la original?

La respuesta es el Teorema de Nyquist....

Cuantización:

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

Por ejemplo el audio digital [e.g. MP3, WAV, etc] tienen dos características bien importantes, el muestreo (tiempo) y la cuantización (nivel).

Mientras que el muestreo representa el tiempo de captura de una señal, la cuatización es el componente amplitud de el muestreo. En otras palabras, mientras que el muestreo mide el tiempo (por instancia 44,100 muestras por segundo), la cuantización es la técnica donde un evento analógico es medido dado un valor númerico.

Para hacer esto, la amplitud de la señal de audio es representada en una serie de pasos discretos. Cada paso está dado entonces por un número en código binario que digitalmente códifica el nivel de la señal. La longitud de la palabra determina la calidad de la representación. Una vez más, una palabra más larga, mejor la calidad de un sistema de audio (comparando una palabra de 8 bits con una de 16 bits o 32 bits) (ver figura).

El bit de resolución de un sistema define el rango dinámico de el sistema. 6 dB es ganado por cada bit.

Por ejemplo:

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

Entonces, se debe de tomar muestras a tiempos menores y se debe de cuantizar a mayores niveles (bits), si sucede lo contrario suceden errores de cuantización.

Codificación

La codificación es la representación númerica de la cuantización utilizando códigos ya establecidos y estándares. el código más utilizado es el código binario, pero también existen otros tipos de códigos que son empleados.

A continuación se presenta una tabla donde se representan los números del 0 al 7 con su respectivo código binario. Como se ve, con 3 bits, podemos representar ocho estados o niveles de cuantización.

En general

2(n)= Niveles o estados de cuantización

donde n es el número de bits.

Número Código binario0 0001 0012 0103 0114 1005 1016 1107 111

En 1928 Harry Nyquist, un investigador en el área de telegrafía, publicó una ecuación llamada la Razón Nyquist que media la razón de transmisión de la señal en bauds. La razón de Nyquist es igual a 2B símbolos (o señales) por segundo, donde B es el ancho de banda del canal de transmisión. Así, usando esta ecuación, el ancho de banda de un canal telefónico de 3,000 Hz puede transmitido hasta 2x3,000, o 6,000 bauds o Hz.

Claude Shannon después de la investigación de Nyquist estudio el como el ruido afecta a la transmisión de datos. Shannon tomo en cuenta la razón señal-a-ruido del canal de transmisión(medido en decibeles o dB) y derivo el teorema de Capacidad de Shannon.

C = B log2(1+S/N) bps

Un típico canal telefónico de voz tiene una razón de señal a ruido de 30 dB (10^(30/10)= 1000) y un ancho de banda de 3,000 Hz. Si sustituimos esos valores en el teorema de Shannon:

C = 3,000 log2(1+1000) = 30,000 bps

 

Debido a que log2(1001) es igual al logaritmo natural de ln(1001)/ln(2) y es igual a 9.97, el teorema nos demuestra que la

capacidad máxima* de un canal telefónico es aproximadamente a 30,000 bps.

Debido a que los canales de comunicación no son perfectos, ya que están delimitados por el ruido y el ancho de banda. El teorema de

Shannon-Hartley nos dice que es posible transmitir información libre de ruido siempre y cuando la tasa de información no exceda la Capacidad

del Canal.

Asi, si el nivel de S/N es menor, o sea la calidad de la señal es más cercana al ruido, la capacidad del canal disminuirá.

Esta capacidad máxima es inalcanzable, ya que la fórmula de Shannon supone unas condiciones que en la práctica no se dan. No tiene en

cuenta el ruido impulsivo, ni la atenuación ni la distorsión. Representa el

límite teórico máximo alcanzable. ¿Cuanto nivel de S/N requeririamos para transmisitir sobre la capacidad del canal telefónico, digamos a 56,000 bps?

 

 

De la formula de Shannon;

C = B log2(S/N + 1) = bps bps = B log2(10^(dB/10) + 1)

despejando los dB

bps/B = log2(10^(dB/10) + 1)

2^(bps/B) = 10^(dB/10) + 1

10^(dB/10) = 2^(bps/B) - 1

dB/10 = 1og10 (2^(bps/B) - 1)

dB = 10*1og10 (2^(bps/B) - 1)

sustituyendo

B= 3,000 y bps = 56,000

dB = 10*1og10 (2^(56,000/3,000) - 1)

dB = S/N= 56.2 dB

Lo que significa que si queremos rebasar el límite de Shannon debemos de aumentar el nivel de S/N.

 

Referencias:

A mathematical teory of communication (by shannon, PDF file)

Los factores fundamentales que controlan el índice y la calidad de la transmisión de información son el ancho de banda B y la potencia S de la señal.

El ancho de banda de un canal es el rango de frecuencias que éste puede transmitir con razonable fidelidad; por ejemplo, si un canal puede transmitir con razonable fidelidad una señal cuyas componentes de frecuencia ocupan un rango de 1,000 hasta un máximo de 5,000 Hz (5 kHz) el ancho de banda será de 4 kHz.

Para comprender el papel de B, se considera la posibilidad de aumentar la velocidad de transmisión de la información mediante la compresión en el tiempo de la señal. Si una señal se comprime en el tiempo un factor de dos, se podrá transmitir en la mitad del tiempo, y la velocidad de transmisión se duplica. Sin embargo, la compresión por un factor de dos hace que la señal "oscile" dos veces más rápido, lo que implica que las frecuencias de sus componentes se dupliquen. Para transmitir sin distorsión esta señal comprimida, el ancho de banda del canal debe duplicarse. De esta forma, el índice de transmisión de la información es directamente proporcional a B. Con más generalidad si un canal de ancho de banda B puede transmitir N pulsos por segundo, entonces, para transmitir KN pulsos por segundo se necesita un canal de ancho de banda KB. Para reiterar, el número de pulsos/segundo que pueden transmitirse a través de un canal es directamente proporcional a su ancho de banda B.

Relación Señal a Ruido (S/N)

La potencia S de la señal desempeña un papel dual en la transmisión de información. Primero, S esta relacionada con la calidad de la transmisión. Al incrementarse S, la potencia de la señal, se reduce el efecto del ruido de canal, y la información se recibe con mayor exactitud, o con menos

incertidumbre. Una mayor relación de señal a ruido S/N permite también la transmisión a través de una distancia mayor. En cualquier caso, una

cierta S/N mínima es necesaria para la comunicación.

Equivale a la décima parte de un bel. Una unidad de referencia para medir la potencia de una señal o la intensidad de un sonido. El nombre bel viene del físico norteamericano Alexander Graham Bell (1847-1922).

El decibel es una unidad relativa de una señal, tal como la potencia, voltaje, etc. Los logaritmos son muy usados debido a que la señal en decibeles (dB) puede ser fácilmente sumada o restada y también por la razón de que el oído humano responde naturalmente a niveles de señal en una forma aproximadamente logarítmica.

GANANCIA DE POTENCIA EN DECIBELES

La ganancia de Potencia G de un amplificador es la razón entre la potencia de salida y la potencia de entrada.

G = P2 / P 1

Si la potencia de salida (P2) es de 15 W y la de entrada (P1) de 0.5 W,

G = 15 W / 0.5 W = 30

Lo que significa que la potencia de salida es 30 veces mayor que la de entrada. por lo tanto la ganancia de potencia en decibeles se define como:

o

G = ganancia de potencia (sin unidades)

donde G' = ganancia de potencia en decibeles

G'(dB) = 10*log10(G)

Si un circuito determinado tiene una ganancia de potencia de 100, su ganancia en decibeles es:

G' = 10*log10(100) = 20 dB

La ganancia G' es adimensional, pero para estar seguros de no confundirla con la ganancia normal de potencia G, se añade la palabra decibel (dB). Cada vez que una respuesta se expresa en decibeles automáticamente se sabrá que se trata de la ganancia en decibeles de potencia y no de la ganancia normal de potencia.

Para transformar de decibeles a unidades absolutas :

P= 10 x/10donde x esta dado en decibeles

3 dB por cada factor de 2

Supóngase que la ganancia de potencia es 2, la ganancia en decibeles de potencia es:

G' = 10 log 2 = 3.01 dB

Si G = 4

G' = 10 log 4 = 6.02 dB

Si G= 8

G' = 10 log 8 = 9.01 dB

Por lo general, se redondean estos valores tomando 3 dB, 6 dB y 9 dB. Se observa que cada vez que la potencia se aumenta

al doble, la ganancia expresada en decibeles se incrementa 3 dB. (ver siguiente tabla)

G G'

1 0 dB

2 3 dB

4 6 dB

8 9 dB

16 12 dB

 

Decibeles negativos

Si la ganancia de potencia es menor que la unidad, existe una pérdida de potencia (atenuación) y la ganancia de potencia en decibeles es negativa. Por ejemplo, si la potencia de salida es 1.5 W para una potencia de entrada de 3 W, se tiene:

G = 1.5 W / 3 W = 0.5

y la ganancia de potencia en decibeles será:

G' = 10 log 0.5 = -3.01 dB

Cuando la ganancia de potencia es de 0.25

G' = 10 log 0.25 = -6.02 dB

Y la ganancia de potencia es de 0.125, entonces

G' = 10 log 0.125 = -9.03 dB

También en este caso se redondean estas cantidades a -3 dB, -6 dB y 9 dB. Cada vez que la ganancia disminuye en un factor

de 2, la ganancia de potencia en decibeles disminuye en aproximadamente 3 dB. (ver siguiente tabla)

G G'

1 0 dB

0.5 -3 dB

0.25 -6 dB

0.125 -9 dB

0.0625 -12 dB

 

10 dB corresponden a un factor de 10

Supóngase que la ganancia de potencia es 10, la ganancia de potencia en decibeles será

G' = 10 log 10 = 10 dB

Si la ganancia de potencia fuera 100, entonces

G' = 10 log 100 = 20 dB

Si la ganancia de potencia fuera de 1000

G' = 10 log 1000 = 30 dB

En este caso el patrón que se observa es que la potencia en decibeles aumenta en 10 dB cada vez que la ganancia de

potencia se incrementa por un factor de 10. (ver siguiente tabla). Un resultado similar se obtiene cuando las ganancias de potencia son inferiores a la unidad.

G G'   G G'

1 0 dB   1 0 dB

10 10 dB   0.1 -10 dB

100 20 dB   0.01 -20 dB

1000 30 dB   0.001 -30 dB

10000 40 dB   0.0001 -40 dB

 

 

Las ganancias normales se multiplican entre sí

En la siguiente figura (a) se muestran dos etapas de un amplificador. A la primera etapa se le aplica una potencia de entrada de P1 y sale de ella una potencia P2, lo que significa una ganancia de potencia.

G 1 = P 2 / P 1

La segunda etapa tiene una entrada de potencia P2 y sale una potencia P3, lo que equivale a una ganancia de

G 2 = P 3 / P 2

La segunda total de potencia de ambas etapas es

G = (P 2 /P 1 )*(P 3 /P 2 )= P 3 /P 1

Es decir, que

G = G1 G2

Esto demuestra que la ganancia total de potencia de etapas amplificadas en cascada es igual al producto de las ganancias de las etapas. No importa cuantas etapas sean, siempre puede determinarse la ganancia total de potencia multiplicando todas las ganancias individuales entre sí. En la figura del inciso (b), por ejemplo, indica una ganancia de potencia de 100 para la primera etapa y una ganancia de potencia de 200 para la segunda. La ganancia de potencia total será:

G = 100 x 200 = 20,000

figura.- etapas en cascada

 

Las ganancias en decibeles se suman

Puesto que la ganancia total de potencia de dos etapas en cascada es de

G = G1G2

pueden tomarse logaritmos en ambos lados para obtener

log G = log G1G2 = logG1 + logG2

y, al multiplicar ambos miembros por 10, se tiene

10 logG = 10 logG1 + 10 logG2

lo que también puede escribirse como

G' = G'1 + G'2

donde G' = ganancia de potencia total en decibeles

G'1 = ganancia de potencia en decibeles de la primera etapa

G'2 = ganancia de potencia en decibeles de la segunda etapa

La ecuación nos dice que la ganancia de potencia total en decibeles de dos etapas en cascada es igual a la suma de las ganancias en decibeles de cada etapa. La misma idea es valida para n etapas. La figura del inciso ©, por ejemplo nos muestra las mismas dos etapas de la figura (b) con la salvedad de que las ganancias están representadas en este caso en decibeles. La ganancia de potencia total en decibeles es

G' = 20 dB + 23 dB = 43 dB

La respuesta puede expresarse así o pasarla de nuevo a la forma normal de ganancia de potencia como sigue:

G = 10 G'/10 = antilog( 43/10) = 20,000

La respuesta en dB tiene la ventaja de ser más compacta y fácil de escribir.

 

Referencia de 1 mW

Aunque los decibeles se usan generalmente con la ganancia de potencia, a veces se emplean para indicar el nivel de potencia respecto a 1 mW. En este caso, se usa el símbolo dBm, donde la m significa que la referencia es a un miliwatt.

P' = 10 log(P/1mW)

o donde P' = potencia en dBm P = potencia en watts

Por ejemplo, si la potencia es de 0.5 W, entonces

P' = 10 log (0.5 W / 1 mW ) = 10 log 500 = 27 dBm

 

Facilidad de medida

La ventaja de usar dBm es que simplifica la medición de la potencia. Algunos instrumentos, por ejemplo, tienen dos escalas para indicar el nivel de potencia, como se muestra en la siguiente figura inciso (a). La escala superior está graduada en miliwatts. Supóngase que se mide la potencia de entrada y la potencia de salida de la etapa de la figura (b). En la escala superior se lee 0.25 mW (aguja del trazo continuo) para la potencia de entrada y 1 mW (aguja de línea punteada para la de salida)

La escala inferior, en la figura (a), es la escala de dBm. Como se indica en la figura, 0 dBm equivale a 1mW, -3 dBm equivale a 0.5 mW, -6 dBm equivalen a 0.25 mW, etc. Si se usa esta escala para medir las potencias indicadas en la figura (b), se leerá -6 dBm para la potencia de entrada y 0 dBm para la potencia de salida, como se muestra en la figura ©. Puesto que la aguja se mueve de -6 dBm significa que el amplificador tiene una ganancia de potencia de 6 dB.

Significado de dBm

A continuación se da una tabla de conversión de Watts y miliwatts a dBW y a dBm.

Watts mW dBW dBm

0.01 10 -20 10

0.10 100 -10 20

0.63 630 -2 28

0.79 790 -1 29

1 1000 0 30

1.12 - 0.5 30.5

1.26 - 1 31

1.58 - 2 32

2 - 3 33

3.16 - 5 35

4 - 6 36

5.01 - 7 37

10 - 10 40

100 - 20 50

1,000 - 30 60

10,000 - 40 70

100,000 - 50 80

1'000,000 - 60 90

Conclusión:

La mayoría de los amplificadores usados en electrónica son especificados en decibeles. Por ejemplo: si adquirimos un amplificador con Ganancia de 20 dB, significa que éste amplificará la señal de entrada 100 veces.

En cambio un amplificador de 30 dB (10 dB más que el anterior) amplificara 1,000 veces la señal de entrada.

Por ultimo para recalcar, el término dbm se emplea más comúnmente cuando nos estamos refiriendo a potencias entre 0 y 1 Watt. (en este

caso es más fácil hablar en términos de miliwatts o dBm).

Referencia:

Principios de ElectrónicaMalvino

McGraw-Hill Tweet

Muchas señales de entrada no pueden ser enviadas directamente hacia el canal, como vienen del transductor. Para eso se modifica una onda portadora, cuyas propiedades se adaptan mejor al medio de comunicación en cuestión, para representar el mensaje.

Definiciones:

"La modulación es la alteración sistemática de una onda portadora de acuerdo con el mensaje (señal modulada) y puede ser también una codificación"

"Las señales de banda base producidas por diferentes fuentes de información no son siempre adecuadas para la transmisión directa a través de un a canal dado. Estas señales son en ocasiones fuertemente modificadas para facilitar su transmisión."

Una portadora es una senoide de alta frecuencia, y uno de sus parámetros (tal como la amplitud, la frecuencia o la fase) se varía en proporción a la señal de banda base s(t). De acuerdo con esto, se obtiene la modulación en amplitud (AM), la modulación en frecuencia (FM), o la modulación en fase (PM). La siguiente figura muestra una señal de banda base s(t) y las formas de onda de AM y FM correspondientes. En AM la amplitud de la portadora varia en proporción a s(t), y en FM, la frecuencia de la portadora varia en proporción a s(t).

Es interesante hacer hincapié en que muchas formas de comunicación no eléctricas también encierran un proceso de modulación, y la voz es un buen ejemplo. Cuando una persona habla, los movimientos de la

boca ocurren de una manera mas bien lenta, del orden de los 10 Hz, que realmente no pueden producir ondas acústicas que se propaguen. La transmisión de la voz se hace por medio de la generación de tonos

portadores, de alta frecuencia, en las cuerdas vocales, tonos que son modulados por los músculos y órganos de la cavidad oral. Lo que el oído

capta como voz, es una onda acústica modulada, muy similar a una onda eléctrica modulada.

¿PORQUE SE MODULA?

Existen varias razones para modular, entre ellas:

Facilita la PROPAGACIÓN de la señal de información por cable o por el aire.

Ordena el RADIOESPECTRO, distribuyendo canales a cada información distinta.

Disminuye DIMENSIONES de antenas.

Optimiza el ancho de banda de cada canal

Evita INTERFERENCIA entre canales.

Protege a la Información de las degradaciones por RUIDO.

Define la CALIDAD de la información trasmitida.

Modulación para facilidad de radiación: Una radiación eficiente de energía electromagnética requiere de elementos radiadores (antenas) cuyas dimensiones físicas serán por lo menos de 1/10 de su longitud. de onda. Pero muchas señales, especialmente de audio, tienen componentes de frecuencia del orden de los 100 Hz o menores, para lo cual necesitarían antenas de unos 300 km de longitud si se radiaran directamente. Utilizando la propiedad de traslación de frecuencias de la

modulación, estas señales se pueden sobreponer sobre una portadora de alta frecuencia, con lo que se logra una reducción sustancial del tamaño de la antena. Por ejemplo, en la banda de radio de FM, donde las portadoras están en el intervalo de 88 a 108 MHz, las antenas no deben ser mayores de un metro.

donde es la longitud de onda en mts c es la velocidad de la luz (3 x 10 8 m/s)

f es la frecuencia en Hz

Modulación para reducir el ruido y la interferencia: Se ha dicho que es imposible eliminar totalmente el ruido del sistema. Y aunque es posible eliminar la interferencia, puede no ser práctico. Por fortuna, ciertos tipos de modulación tiene la útil propiedad de suprimir tanto el ruido como la interferencia. La supresión, sin embargo, ocurre a un cierto precio; generalmente requiere de un ancho de banda de transmisión mucho mayor que el de la señal original; de ahí la designación del ruido de banda ancha. Este convenio de ancho de banda para la reducción del ruido es uno de los intereses y a veces desventajosos aspectos del diseño de un sistema de comunicación.

Modulación por asignación de frecuencia: El propietario de un aparato de radio o televisión puede seleccionar una de varias estaciones, aún cuando todas las estaciones estén transmitiendo material de un programa similar en el mismo medio de transmisión. Es posible seleccionar y separar cualquiera de las estaciones, dado que cada una tiene asignada una frecuencia portadora diferente. Si no fuera por la modulación, solo operaría una estación en un área dada. Dos o más estaciones que transmitan directamente en el mismo medio, sin modulación, producirán una mezcla inútil de señales interferentes.

Modulación para multicanalización: A menudo se desea transmitir muchas señales en forma simultánea entre dos puntos. Las técnicas de multicanalización son formas intrínsecas de modulación, permiten la transmisión de múltiples señales sobre un canal, de tal manera que cada señal puede ser captada en el extremo receptor. Las aplicaciones de la multicanalización comprenden telemetría de datos, emisión de FM estereofónica y telefonía de larga distancia. Es muy común, por ejemplo, tener hasta 1,800 conversaciones telefónicas de ciudad a ciudad, multicanalizadas y transmitidas sobre un cable coaxial de un diámetro menor de un centímetro.

Modulación para superar las limitaciones del equipo: El diseño de un sistema queda generalmente a la disponibilidad de equipo, el cual a menudo presenta inconvenientes en relación con las frecuencias involucradas. La modulación se puede usar para situar una señal en la parte del espectro de frecuencia donde las limitaciones del equipo sean mínimas o donde se encuentren más fácilmente los requisitos de diseño. Para este propósito, los dispositivos de modulación se encuentran también en los receptores, como ocurre en los transmisores.

¿ COMO SE MODULA ?

Frecuentemente se utilizan dispositivos electrónicos SEMICONDUCTORES con características no lineales (diodos, transistores, bulbos), resistencias, inductancias, capacitores y combinaciones entre ellos. Estos realizan procesos eléctricos cuyo funcionamiento es descrito de su representación matemática.

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

o donde: A es la ampitud de la portadora (volts) w es la frecuencia angular de la portadora (rad/seg) @ ángulo de fase de la portadora (rad)

¿ QUE TIPOS DE MODULACIÓN EXISTEN ?

Existen básicamente dos tipos de modulación: la modulación ANALÓGICA, que se realiza a partir de señales analógicas de información, por ejemplo la voz humana, audio y video en su forma eléctrica y la modulación DIGITAL, que se lleva a cabo a partir de señales generadas por fuentes digitales, por ejemplo una computadora.

Modulación Analógica: AM, FM, PM

Modulación Digital: ASK, FSK, PSK, QAM

¿ COMO AFECTA EL CANAL A LA SEÑAL ?

Depende del medio o canal, ya que hay unos mejores que otros, aunque también depende del tipo de modulación y aplicación.

Los principales efectos que sufre la señal al propagarse son:

Atenuación

Desvanecimiento

Ruido Blanco aditivo

Interferencia externa

Ruido de fase

Reflexión de señales

Refracción

Difracción

Dispersión

¿ QUE RELACIÓN EXISTE ENTRE LA MODULACIÓN Y EL CANAL ?

El canal influye fuertemente en la elección del tipo de modulación de un sistema de comunicaciones, principalmente debido al ruido.

CANAL: Ruido, Distorsión, Interferencia y Atenuación.

MODULACIÓN: Inmunidad al ruido, Protege la calidad de la información, Evita interferencia.

CÓDIGOS

Códigos ASCII y EBCDIC

Dec Hex ASCII EBCDIC

0 00 NUL Null NUL Null

1 01 SOH Start of Heading (CC) SOH Start of Heading

2 02 STX Start of Text (CC) STX Start of Text

3 03 ETX End of Text (CC) ETX End of Text

4 04 EOT End of Transmission (CC) PF Punch Off

5 05 ENQ Enquiry (CC) HT Horizontal Tab

6 06 ACK Acknowledge (CC) LC Lower Case

7 07 BEL Bell DEL Delete

8 08 BS Backspace (FE)

9 09 HT Horizontal Tabulation (FE)

10 0A LF Line Feed (FE) SMMStart of Manual

Message

11 0B VT Vertical Tabulation (FE) VT Vertical Tab

12 0C FF Form Feed (FE) FF Form Feed

13 0D CR Carriage Return (FE) CR Carriage Return

14 0E SO Shift Out SO Shift Out

15 0F SI Shift In SI Shift In

16 10 DLE Data Link Escape (CC) DLE Data Link Escape

17 11 DC1 Device Control 1 DC1 Device Control 1

18 12 DC2 Device Control 2 DC2 Device Control 2

19 13 DC3 Device Control 3 TM Tape Mark

20 14 DC4 Device Control 4 RES Restore

21 15 NAKNegative Acknowledge

(CC)NL New Line

22 16 SYN Synchronous Idle (CC) BS Backspace

23 17 ETBEnd of Transmission Block

(CC)IL Idle

24 18 CAN Cancel CAN Cancel

25 19 EM End of Medium EM End of Medium

26 1A SUB Substitute CC Cursor Control

27 1B ESC Escape CU1 Customer Use 1

28 1C FS File Separator (IS) IFSInterchange File

Separator

29 1D GS Group Separator (IS) IGSInterchange Group

Separator

30 1E RS Record Separator (IS) IRSInterchange Record

Separator

31 1F US Unit Separator (IS) IUSInterchange Unit

Separator

32 20 SP Space DS Digit Select

33 21 ! Exclamation Point SOS Start of Significance

34 22 " Quotation Mark FS Field Separator

35 23 #Number Sign, Octothorp,

"pound"

36 24 $ Dollar Sign BYP Bypass

37 25 % Percent LF Line Feed

38 26 & Ampersand ETBEnd of Transmission

Block

39 27 ' Apostrophe, Prime ESC Escape

40 28 ( Left Parenthesis

41 29 ) Right Parenthesis

42 2A * Asterisk, "star" SM Set Mode

43 2B + Plus Sign CU2 Customer Use 2

44 2C , Comma

45 2D - Hyphen, Minus Sign ENQ Enquiry

46 2E . Period, Decimal Point, "dot" ACK Acknowledge

47 2F / Slash, Virgule BEL Bell

48 30 0 0

49 31 1 1

50 32 2 2 SYN Synchronous Idle

51 33 3 3

52 34 4 4 PN Punch On

53 35 5 5 RS Reader Stop

54 36 6 6 UC Upper Case

55 37 7 7 EOT End of Transmission

56 38 8 8

57 39 9 9

58 3A : Colon

59 3B ; Semicolon CU3 Customer Use 3

60 3C < Less-than Sign DC4 Device Control 4

61 3D = Equal Sign NAK Negative Acknowledge

62 3E > Greater-than Sign

63 3F ? Question Mark SUB Substitute

64 40 @ At Sign SP Space

65 41 A A

66 42 B B

67 43 C C

68 44 D D

69 45 E E

70 46 F F

71 47 G G

72 48 H H

73 49 I I

74 4A J J ¢ Cent Sign

75 4B K K .Period, Decimal Point,

"dot"

76 4C L L < Less-than Sign

77 4D M M ( Left Parenthesis

78 4E N N + Plus Sign

79 4F O O | Logical OR

80 50 P P & Ampersand

81 51 Q Q

82 52 R R

83 53 S S

84 54 T T

85 55 U U

86 56 V V

87 57 W W

88 58 X X

89 59 Y Y

90 5A Z Z ! Exclamation Point

91 5B [ Opening Bracket $ Dollar Sign

92 5C \ Reverse Slant * Asterisk, "star"

93 5D ] Closing Bracket ) Right Parenthesis

94 5E ^ Circumflex, Caret ; Semicolon

95 5F _ Underline, Underscore ¬ Logical NOT

96 60 ` Grave Accent - Hyphen, Minus Sign

97 61 a a / Slash, Virgule

98 62 b b

99 63 c c

100 64 d d

101 65 e e

102 66 f f

103 67 g g

104 68 h h

105 69 i i

106 6A j j

107 6B k k , Comma

108 6C l l % Percent

109 6D m m _ Underline, Underscore

110 6E n n > Greater-than Sign

111 6F o o ? Question Mark

112 70 p p

113 71 q q

114 72 r r

115 73 s s

116 74 t t

117 75 u u

118 76 v v

119 77 w w

120 78 x x

121 79 y y

122 7A z z : Colon

123 7B { Opening Brace #Number Sign,

Octothorp, "pound"

124 7C | Vertical Line @ At Sign

125 7D } Closing Brace ' Apostrophe, Prime

126 7E ~ Tilde = Equal Sign

127 7F DEL Delete " Quotation Mark

128 80 Reserved

129 81 Reserved a a

130 82 Reserved b b

131 83 Reserved c c

132 84 IND Index (FE) d d

133 85 NEL Next Line (FE) e e

134 86 SSA Start of Selected Area f f

135 87 ESA End of Selected Area g g

136 88 HTSHorizontal Tabulation Set

(FE)h h

137 89 HTJHorizontal Tabulation with

Justification (FE)i i

138 8A VTS Vertical Tabulation Set (FE)

139 8B PLD Partial Line Down (FE)

140 8C PLU Partial Line Up (FE)

141 8D RI Reverse Index (FE)

142 8E SS2 Single Shift Two (1)

143 8F SS3 Single Shift Three (1)

144 90 DCS Device Control String (2)

145 91 PU1 Private Use One j j

146 92 PU2 Private Use Two k k

147 93 STS Set Transmit State l l

148 94 CCH Cancel Character m m

149 95 MW Message Waiting n n

150 96 SPA Start of Protected Area o o

151 97 EPA End of Protected Area p p

152 98 Reserved q q

153 99 Reserved r r

154 9A Reserved

155 9B CSIControl Sequence

Introducer (1)

156 9C ST String Terminator (2)

157 9D OSCOperating System

Command (2)

158 9E PM Privacy Message (2)

159 9F APCApplication Program

Command (2)

160 A0

161 A1

162 A2 s s

163 A3 t t

164 A4 u u

165 A5 v v

166 A6 w w

167 A7 x x

168 A8 y y

169 A9 z z

170 AA

171 AB

172 AC

173 AD

174 AE

175 AF

176 B0

177 B1

178 B2

179 B3

180 B4

181 B5

182 B6

183 B7

184 B8

185 B9 ` Grave Accent

186 BA

187 BB

188 BC

189 BD

190 BE

191 BF

192 C0

193 C1 A A

194 C2 B B

195 C3 C C

196 C4 D D

197 C5 E E

198 C6 F F

199 C7 G G

200 C8 H H

201 C9 I I

202 CA

203 CB

204 CC

205 CD

206 CE

207 CF

208 D0

209 D1 J J

210 D2 K K

211 D3 L L

212 D4 M M

213 D5 N N

214 D6 O O

215 D7 P P

216 D8 Q Q

217 D9 R R

218 DA

219 DB

220 DC

221 DD

222 DE

223 DF

224 E0

225 E1

226 E2 S S

227 E3 T T

228 E4 U U

229 E5 V V

230 E6 W W

231 E7 X X

232 E8 Y Y

233 E9 Z Z

234 EA

235 EB

236 EC

237 ED

238 EE

239 EF

240 F0 0 0

241 F1 1 1

242 F2 2 2

243 F3 3 3

244 F4 4 4

245 F5 5 5

246 F6 6 6

247 F7 7 7

248 F8 8 8

249 F9 9 9

250 FA

251 FB

252 FC

253 FD

254 FE

255 FF

MEDIOS DE COMUNICACIÓN

Clasificación de los medios

La comunicación es la transferencia de información desde un lugar a otro. Por otra parte la información es un patrón físico al cual se le ha asignado un significado comúnmente acordado. El patrón debe ser único "separado y distinto", capaz de ser enviado por un transmisor y capaz de ser detectado y entendido por un receptor. La información es transmitida a través de señales eléctricas o por medio de señales ópticas a través de un canal de comunicación o medio de transmisión.

El medio de transmisión es el enlace eléctrico ú óptico entre el transmisor y el receptor, siendo el puente de unión entre la fuente y el destino. Este medio de comunicación puede ser un par de alambres, un cable coaxial, inclusive el aire mismo. Pero sin importar el tipo, todos los medios de transmisión se caracterizan por la atenuación, ruido, interferencia, desvanecimiento y otros factores muy importantes que impiden que la señal sea propagada libremente por el medio. Todos estos factores son los que hay que contrarrestar al momento de transmitir cualquier información al canal con ruido.

En este artículo describiremos los medios de transmisión más importantes, los cuales se clasifican en dos tipos: Los medios alámbricos y los medios inalámbricos. Aunque no es muy correcto decir medios alámbricos "es así como la mayoría los conocemos" debido a que no siempre son alambres el medio de conducción de las señales; tal es el caso de la fibra óptica que está construida con un material de fibra de vidrio, el otro caso es la guía de onda, la cual está construida de un material metálico. La mejor manera de clasificar a este tipo de medios es como medios confinados, es decir son medios tangibles confinados sobre conductos de cobre, fibra de vidrio o contenedores metálicos. En otras palabras los medios confinados se ven limitados por el medio y no salen de él, excepto por algunas pequeñas pérdidas.

Por otro lado, existen los medios no-físicos o no-confinados, es decir no están contenidos en ninguno de los materiales descritos anteriormente. Los medios no físicos o no-confinados son aquellos donde las señales de radio frecuencia (RF) originadas por la fuente se radian libremente a través del medio y se esparcen por éste el aire por ejemplo. El medio, aire, es conocido técnicamente como el espectro radioeléctrico o electromagnético. Comúnmente conocemos a este tipo de medios como medios inalámbricos; del inglés wireless o sin alambres.

Clasificación de los medios:Medios Confinados:

- Alambre- Cable Coaxial

- Cable Par Trenzado- Fibra Óptica

- Guía de Onda

Medios No-Confinados- Todo lo que se transmite por el aire

- Radio AM/FM- Televisión UHF/VHF

- Telefonía Celular- Satélite,

- Microondas- Espectro Disperso

Espectro electromagnético

Banda Significado Rango de Frecuencias

Servicios

VLF Very Low Frequency

3 kHz - 30 kHz Conducción de electricidad

LF Low Frequency

30 kHz - 300 kHz Conducción de electricidad, navegación marítima, control de

tráfico aéreo

MF Medium Frequency

300 kHz - 3 MHz Radio AM

HF High Frequency

3 MHz - 30 MHz Radio SW

VHF Very High Frequency

30 MHz - 300 MHz

Radio FM, TV, radio dos vías

UHF Ultra High Frequency

300 MHz - 3 GHz TV UHF, telefonía

celular, WLL, comunicaciones

móviles

SHF Super High Frequency

3 GHz - 30 GHz Servicios por

 

Satélite y microondas, MMDS, LMDS

EHF Extremely High

Frequency

30 GHz en adelante

LMDS

Infrarojo 3 x 1012 - 4.3 x 1014 Hz

WPANs

Luz visible 4.3 x 1014 - 7.5 x 1014 Hz

Fibras ópticas

Ultravioleta 7.5 x 1014 - 3 x 1017 Hz

1 kHz = 1x103 Hz1 MHz = 1x106 Hz1 GHz = 1x109 Hz

WLL = Wireless Local LoopMMDS = Multichannel Multipoint Distribution Service

LMDS= Local Multipoint Distribution ServiceWPANs = Wireless Personal Area Networks

Artículos relacionados: El Cable Par Trenzado no ha muerto

IntroducciónEn 1972 Robert Metcalf definió el principio básico de detección y recuperación de colisiones en una red, el cual es conocido como Ethernet. Metcalf jamás se imaginó, en ese entonces, que el par trenzado telefónico sería el medio de comunicación principal para esta red. Las primeras redes de datos se comunicaban entre sí por medio de cable serial tipo RS232, después llego el cable coaxial. Pero fue en 1986 cuando se introduce el cable par trenzado (Unshielded Twisted Pair, UTP) de 100 omhs, después de que los fabricantes de equipos introdujeran los primeros concentradores inteligentes, conocidos comercialmente como hubs.

En 1990, el IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) liberó el estándar Ethernet 802.3 para cable par trenzado: 10Base-T de 10 Mbps. En 1991 la TIA (Telecommunications Industry Association) publicó el primer estándar de cableado estructurado, el UTP Categoría 3. Después se introdujo la categoría 4, y rápidamente la categoría 5. Con Token Ring fuera de la jugada, Ethernet

se convirtió en un nuevo competidor potencial en la industria de las redes y telecomunicaciones. Posteriormente el IEEE empezó a estudiar la posibilidad de implementar velocidades de 1000 Mbps (1000Base-T) sobre UTP. En paralelo, la TIA empieza a definir una versión más robusta de la categoría 5, a la cual le llamó 5e.

Cuadro 1. Categorías del cable par trenzado UTP

Categoría UsoAncho de

BandaCAT 1 Voz solamente (cable telefónico) -

CAT 2Datos hasta 4 Mbps (Localtalk,

Apple)-

CAT 3 Datos hasta 10 Mbps (Ethernet

10Base-T)16 MHz

CAT 4 Datos hasta 20 Mbps (Token Ring) 20 MHz

CAT 5 Datos hasta 100 Mbps

(FastEthernet 100Base-T) 100 Mhz

CAT 5eDatos hasta 1000 Mbps (Gigabit

Ethernet 1000Base-T)100 MHz

CAT 6 Datos hasta 10 Gigabits (10GBase-

T)250 MHz

*Todas las especificaciones están acotadas a 100 metros

A pesar de que los proponentes de la fibra óptica esperan a que el UTP muera, la actual base instalada de cable par trenzado y la presión del mercado mantienen al UTP vivito y coleando. A pesar de que en 2002 se liberó el estándar Ethernet 10 Gigabit sobre fibra óptica, el costo de una solución por fibra sigue siendo muy elevado, y por consecuencia el IEEE empezó a estudiar la factibilidad de implementar 10 Gigabit Ethernet sobre cable UTP categoría 6. Por años el cable par trenzado ha demostrado funcionar muy bien, ser muy económico y fácil de instalar. Es por eso que hoy en día vivimos en un mercado donde predomina el UTP. La fibra óptica al escritorio sigue siendo una muy remota posibilidad.

Las categorías de cable UTP Como el nombre lo indica, "unshielded twisted pair" (UTP), es

un cable que no tiene revestimiento o blindaje entre la cubierta exterior y los cables. El UTP se utiliza comúnmente

para aplicaciones de redes tipo Ethernet. El término UTP generalmente se refiere a los cables categoría 3, 4 y 5

especificados por el estándar TIA/EIA 568-A. Las categorías 5e, 6, y 7 también han sido propuestas para soportar

velocidades más altas a los 100 Mbps. El cable UTP incluye 4 pares de conductores, es decir 8 hilos. Los cables 10Base-T,

100Base-T y 100Base-T2 sólo utilizan 2 pares de conductores, mientras que 100Base-T4 y 1000Base-T

requieren de todos los 4 pares (los 8 hilos). A continuación se

lista un sumario de las categorías de cable UTP:

Categoría 1 - Se refiere al cable telefónico de casa/oficina, el cual se utiliza para aplicaciones de voz solamente.

Categoría 2 - La primer red de este tipo fue implementada por la compañía Apple, la cual utiliza el protocolo LocalTalk

soportando datos a 4 Mbps.Categoría 3 - UTP con impedancia de 100 ohms y

características eléctricas que soportan frecuencias de transmisión de hasta 16 MHz. Definida por la especificación

TIA/EIA 568-A. Puede ser usado con 10Base-T, 100Base-T4, y 100Base-T2.

Categoría 4 - UTP con impedancia de 100 ohms y características eléctricas que soportan frecuencias de

transmisión de hasta 20 MHz. Definida por la especificación TIA/EIA 568-A. Puede ser usado con 10Base-T, 100Base-T4, y 100Base-T2. Esta especificación de cable era utilizada para

redes Token Ring.Categoría 5 - UTP con 100 ohms de impedancia y

características eléctricas que soportan frecuencias de transmisión de hasta 100 MHz. Definida por la especificación

10GBase-T: La siguiente generación de Ethernet

La IEEE estableció en febrero de 2004 un grupo de trabajo para desarrollar el estándar de Ethernet

a tasas de transmisión de 10 Gbps (IEEE 802.3an, 10GBase-T) en un canal de hasta 100 metros. Se espera que este estándar sea liberado a mediados del 2006. La transmisión está basada fundamentalmente en la relación señal a ruido (Signal to Noise ratio, S/N); muchos fabricantes de cable se están enfocando en disminuir las pérdidas de inserción y en mejorar el nivel de la señal para un mejor S/N. 10GBase-T será un protocolo que utilizará los 8 hilos del par trenzado. Donde cada par transmitirá 2.5 Gbps en modo full duplex.

No todo es color de rosa, hay muchos enemigos a vencer en un cable de cobre cuando de habla de altas velocidades. Entre los más importantes se encuentran:• La susceptibilidad del conductor metálico debido a las fluctuaciones en la temperatura. El nivel de señal a altas velocidades de debilita debido a la radiación del cable• Interferencia externa, particularmente en los extremos del cable. Esto es de suma importancia debido a que los cables de datos se concentran en un sistema de cableado principal.• El acoplamiento entre los pares de conductores en el mismo cable produce un fenómeno conocido como diafonía o conversaciones cruzadas (crosstalk en inglés). Las señales se pueden mezclar al estar un conductor adyacente a otros conductores.

Convenciones utilizadas en los estándares Ethernet

Existe una convención utilizada en los estándares Ethernet, y está denotada por tres partes. Por ejemplo, 100Base-T, 100 se refiere a la velocidad en Mbps; Base, es debido a que la información en una red local se transmite en bandabase, es decir sin modular y T se refiere al medio, en este caso par

trenzado.

• Velocidades: 10, 100, 1000 Mbps, 10 Gigabits • Medios: T= par trenzado, C=Cobre, F = fibra óptica

Ejemplos: • 100Base-T : 100 Mbps, bandabase, par trenzado UTP

• 100Base-T2 : 100 Mbps, bandabase, par trenzado UTP, 2 pares

• 100Base-T4 : 100 Mbps, bandabase, par trenzado UTP, 4 pares

• 10GBase-T: 10 Gbps, bandabase, par trenzado, 4 pares • 100Base-FX = 100 Mbps, bandabase, par de fibra óptica

• 1000Base-CX = 1000 Mbps, bandabase, par trenzado STP a 25 metros

• 1000Base-T = 1000 Mbps, bandabase, par trenzado UTP, 4 pares, 100 mts.

• 1000Base-SX = 1000 Mbps, bandabase, par de fibra óptica multimodo, 260 metros (Short Wavelength fiber)

• 1000Base-LX = 1000 Mbps, bandabase, par de fibra óptica monomodo, 3-10 Km (Large Wavelength fiber)

Aplicaciones Ethernet de 10 GigabitsExisten acualmente 3 versiones Ethernet de 10 Gigabits en el proceso de estándarización.• 10GBase-CX4 (IEEE 802.3ak): es un desarrollo especial para enlaces de alta velocidad entre servidores, centros de datos, cuartos de equipos y telecomunicaciones. La distancia del cableado está limitada a 15 metros.• 10GBase-F (IEEE 802.3ae): Es un protocolo de transmisión serial utilizando fibra óptica como medio de comunicación. Esta siendo desarrollado principalmente para aplicaciones de dorsal (cableado vertical y enlaces de redes de campus), pero también servirá para centros de datos y redes de almacenamiento (SAN, storage area network). • 10GBase-T (IEEE 802.3an): Esta especificación provee enlaces de alta velocidad para aplicaciones horizontales (cableado horizontal limitado a 100 metros) en redes de área local utilizando par trenzado de cobre. Se espera que 10GBase-T habrá nuevas posibilidades para varias aplicaciones multimedia, tales como video basado en IP y videoconferencia.

Conclusiones

La infraestructura de cableado es la parte más importante en una red, un mal cableado hará que la red falle continuamente. Según la TIA, el cableado estructurado tiene un mercado mundial de 4 mil millones de dólares, con un crecimiento anual del 4%. Expertos aseguran que más del 70% de los problemas en todas las redes está relacionado con el sistema de cableado. Para las empresas y organizaciones que tengan una red, vale la pena invertir en un buen sistema de cableado, ya que esté los hará más productivos. Un sistema de cableado estructurado puede ser considerado como una inversión a largo plazo (al menos 10 años) dentro de un edificio. No pasa lo mismo con la inversión en equipo de cómputo el cual de devalúa o se hace obsoleto en menos de 2 años. Entonces, cuando se diseñe la instalación de una red, necesitamos tomar en consideración las aplicaciones del futuro. Hace 10 años hablábamos de aplicaciones de 10 Mbps con 10Base-T. Al día de hoy estamos hablando de aplicaciones de 1000 Mbps con 1000Base-T. Esto significa que la velocidad en el par trenzado, en tan sólo diez años, se ha incrementado 100 veces. Los sistemas de cableado han ido cambiando durante todo este tiempo, desde la categoría 3 a la categoría 5, después vino la categoría 5 mejorada y hoy en día todo apunta a la categoría 6. Nadie puede predecir el futuro, pero una cosa si es clara, tan pronto como sea liberado el estándar 10GBase-T en 2006, necesitamos asegurarnos que la infraestructura de cableado esté lista para soportarlo. Si es así, nuestra inversión estará protegida durante mucho tiempo.

Cuadro 2. Especificaciones de desempeño de los cables Categoría 5, 5e, 6 y 7

ParámetroCategoría 5/Clase D

Categoría 5e

Categoría 6/ Clase E

Categoría 7/ Class F

Frecuencia 100 MHz 100 MHz 250 MHz 600 MHzAtenuación 22 dB 22 dB 19.8 dB 20.8 dB

Impedancia100 ohms

±15%100 ohms

±15%100 ohms

±15%100 ohms

±15%NEXT* 32.3 dB 35.3 dB 44.3 dB 62.1 dB

PSNEXT* - 32.3 dB 42.3 dB 59.1 dBACR 3.1 dB 6.1 dB 18.2 dB 41.3 dB

ELFEXT* - 23.8 dB 27.8 dB -PSELFEXT* - 20.8 dB 24.8 dB -Pérdidas de

retorno16 dB 20.1 dB 20.1 dB 14.1 dB

Retardo de propagación

548 nseg 548 nseg 548 nseg 504 nseg

Delay skew (100 mts)

- 45 nseg 45 nseg 20 nseg

* mínima a 100 MHzACR: Atenuation-to-Crosstalk Ratio, relación

atenuación/diafoníaNEXT: Near End Cross Talk, diafonía del par más cercano

PSNEXT: Powersum: Near End Cross Talk, suma de diafonia con el resto de los pares

ELFEXT: Equal Level Far End Cross Talk, diafonía con pares más lejanos

PSELFEXT: Power Sum ELFEXT, suma de diafonía con el resto de los pares

Delay Skew: diferencia de retardo entre los pares rápidos y lentos

Referencias

IEEE P802.3an Task Forcehttp://www.ieee802.org/3/an/

Telecommunications Industry Associationshttp://www.tiaonline.org/

TIA Category 6 Consortiumhttp://www.tiaonline.org/standards/category6/

Medios de Transmisión

26 AWG. En este sistema entre mayor sea el número AWG menor será su diámetro. El grosor del cable determina otras características eléctricas importantes tales es el caso de la resistencia o impedancia.

Cable coaxial

Este tipo de cable consiste de un conductor central fijo (axial) sobre un forro de material aislante, que después lleva una cubierta metálica en forma de malla como segundo conductor. La capa exterior evita que las señales de otros cables o que la radiación

electromagnética afecte la información conducida por el cable coaxial.

El cables coaxial puede transmitir información tanto en frecuencia intermedia (IF) como en banda base. En IF el cable coaxial se utiliza en aplicaciones de video, ya que es muy adecuado para enviar los canales de televisión en los sistemas de televisión por cable. En banda base el coaxial se utilizó bastante en aplicaciones de datos en redes de área local (LAN) tanto en redes Token Ring como Ethernet.

Los dos tipos de cables coaxiales más empleados para aplicaciones de LAN son el 10Base5 y el 10Base2. El 10Base5 es conocido comúnmente como cable coaxial grueso, en cambio el 10Base2 es conocido como cable coaxial delgado. En la siguiente tabla se hace una comparación entre estos dos tipos de cable.

Tipos de cable coaxial para LAN

Parámetro/Tipo de Cable 10Base5 10Base2

Tasa de transmisión 10 Mbps 10 Mbps

Longitud máxima 500 mts. 185 mts.

Impedancia 50 ohms 50 ohms, RG58

Diámetro del conductor 2.17 mm 0.9 mm

Cable Par trenzado

El cable par trenzado (twisted pair) está compuesto de conductores de cobre aislados por material plástico y trenzados en pares. Este trenzado ayuda a disminuir la diafonía, el ruido y la interferencia. El trenzado es en promedio de tres trenzas por pulgada. Para mejores resultados, el trenzado debe ser variado entre los diferentes pares. Este tipo de cables de par trenzado tienen la ventaja de no ser caros, ser flexibles y fáciles de conectar, entre otras más propiedades que no las tiene el coaxial en las aplicaciones de redes. Como medio de comunicación tiene la desventaja de tener que usarse a distancias limitadas (menos de 100 metros) ya que la señal se va atenuando y puede llegar a ser imperceptible si se rebasa ese límite.

Los cables de par trenzado más comúnmente usados como interfaces de capa física son los siguientes: 10BaseT (Ethernet), 100BaseTX (Fast Ethernet), 100BaseT4 (Fast Ethernet con 4 pares) y 1000BaseT (Gigabit Ethernet).

Existen dos tipos de cable par trenzado, el UTP (Unshielded Twisted Pair Cabling), o cable par trenzado sin blindaje y el cable STP (Shielded Twisted Pair Cabling), o cable par trenzado blindado. En la siguiente tabla se muestran las diferentes categorías de cables UTP y su aplicación.

Distintas categorías del cable UTP

Tipo Aplicación

Categoría 1 Voz solamente (cable telefónico)

Categoría 2 Datos hasta 4 Mbps (LocalTalk [Apple])

Categoría 3 Datos hasta 10 Mbps (Ethernet)

Categoría 4 Datos hasta 20 Mbps (16 Mbps Token Ring)

Categoría 5 Datos hasta 100 Mbps (Fast Ethernet)

Categoría 5e Datos hasta 1000 Mbps (Gigabit Ethernet)

Fibra óptica

La fibra óptica es muy medio de comunicación que utiliza la luz confinada en una fibra de vidrio para transmitir grandes cantidades de información en el orden de Gigabits (1x109 bits) por segundo. Para transmitir los haces de luz se utiliza una fuente de luz como un LED (Light-Emitting Diode) o un diodo láser. En la parte receptora se utiliza un fotodiodo o fototransistor para detectar la luz emitida. También será necesario poner al final de cada extremo un conversor de luz (óptico) a señales eléctricas.

Debido a que el láser trabaja a frecuencias muy altas, entre el intervalo de la luz visible e infrarroja, la fibra óptica es casi inmune a la interferencia y el ruido.

La transmisión óptica involucra la modulación de una señal de luz " usualmente apagando, encendiendo y variando la intensidad de la luz " sobre una fibra muy estrecha de vidrio llamado núcleo " el diámetro de una fibra puede llegar a ser de una décima del diámetro de un cabello humano.

La otra capa concéntrica de vidrio que rodea el núcleo se llama revestimiento. Después de introducir la luz dentro del núcleo ésta es reflejada por el revestimiento, lo cual hace que siga una trayectoria zigzag a través del núcleo. Por lo tanto las dos formas de transmitir sobre una fibra son conocidas como transmisión en modo simple y multimodo. En el modo simple o monomodo, se transmite un haz de luz por cada fibra, mientras en una fibra multimodo más de un haz de luz puede ser transmitido. Dada las características de transmisión de las fibras monomodo, es posible la propagación del haz de luz a decenas de kilómetros. Este tipo de fibra es comúnmente utilizada para enlaces de larga distancia, por ejemplo la interconexión de centrales telefónicas. La fibra multimodo en cambio se utiliza para distancias más cortas y sirve para interconectar redes de área local entre edificios, intercampus, etc.

La tecnología de la fibra óptica ha avanzado muy rápidamente y en la actualidad es posible incrementar la capacidad de una fibra y aumentar la distancia de propagación. Por ejemplo, los amplificadores de fibra dopada con erbio (EDFA, Erbium-doped Fiber Amplifiers) son repetidores/amplificadores que dopan a la fibra con el metal erbio a intervalos de 50 a 100 kilómetros. La introducción de los EDFAs ha hecho posible de los sistemas de fibra óptica de hoy en día operen a 10 Gbps. Los EDFAs abrieron el camino para WDM (Wavelength Division Multiplexing) o multicanalización por división de longitud de onda. WDM es el proceso de dividir el espectro de la fibra óptica en un número de longitudes de onda sin traslaparse una con la otra. Cada longitud de onda es capaz de soportar un canal de comunicaciones de alta velocidad.

Otra tecnología innovadora en las fibras ópticas en el DWDM (WDM denso). Con esta tecnología se pueden soportar más de 16 longitudes de onda. Por ejemplo los sistemas OC-48 (Optical Carrier, 2.5 Gbps) pueden soportar de 60 a 160 longitudes de onda. En la actualidad los sistemas pueden soportar más de 320 longitudes de onda equivalente a 320 canales de alta velocidad por fibra. Se están haciendo desarrollos para que en un futuro cercano se puedan transmitir más de 15,000 longitudes de onda por fibra con la tecnología conocida como "chirped-pulse WDM" de los laboratorios Bell. Con esta tecnología las fibras ópticas tendrán una capacidad inimaginable.

Los cables de fibra óptica submarina son otro ejemplo de la gran capacidad que existe en este medio. El primer cable submarino con fibra óptica (el TAT-8) fue puesto en servicio en 1988 y utilizaba tres pares de fibras con repetidores espaciados cada 65 millas, su capacidad es de 40,000 circuitos de voz bidireccionales. En el 2001 fue instalado otro cable trasatlántico el AC-2, el cual ofrece una capacidad de 10 Gbps en 32 longitudes de onda sobre 8 pares de fibras para un total de 2.5 Terabits por segundo (2.5 x 1012 bps) utilizando WDM.

La fibra óptica como medio de transmisión en el área de las telecomunicaciones ha demostrado su potencialidad al cursar por éstas casi todo el tráfico de voz y datos del mundo, así como el tráfico de Internet. Pero también en el campo de la medicina la fibra óptica tiene un uso muy vasto, la laparoscopía, colposcopía y la endoscopía son sólo unos ejemplos.

Cableado estructurado

En el pasado había dos especificaciones principales de terminación de cableado: Los cables de datos y por otro lado, los cables de voz. En la actualidad, en el mundo de los sistemas de cableado estructurado existen diferentes tipos de servicios (e.g. voz , datos, video, monitoreo, control de dispositivos, etc.) que pueden cursarse sobre un mismo tipo de cable.

El estándar de cableado estructurado más utilizado y conocido en el mundo está definido por la EIA/TIA [Electronics Industries Association/ Telecommunications Industries Association] de Estados Unidos. Este estándar especifica el cableado estructurado sobre cable de par trenzado UTP de categoría 5, el estándar se llama EIA/TIA 568A. Existe otro estándar producido por AT&T "mucho antes de que la EIA/TIA fuera creada en 1985" , el 258A, pero ahora es conocido bajo el nombre de EIA/TIA 568B.

El estándar EIA/TIA 568A define 6 subsistemas de cableado estructurado los cuales se detallan a continuación:

1. Entrada al edificio:

La entrada a los servicios del edificio es el punto en el cual el cableado externo hace interfaz con el cableado de la dorsal

dentro del edificio. Este punto consiste en la entrada de los servicios de telecomunicaciones al edificio (acometidas), incluyendo el punto de entrada a través de la pared y hasta el cuarto o espacio de entrada. Los requerimientos de la interface de red están definidos en el estándar TIA/EIA-569A

2. Cuarto de equipos

El cuarto de equipos es un espacio centralizado dentro del edificio donde se albergan los equipos de red [enrutadores, conmutadores de paquetes (switches), concentradores (hubs), conmutadores telefónicos (PBXs), etc.], equipos de voz , video, etc. Los aspectos de diseño del cuarto de equipos está especificado en el estándar TIA/EIA 569A.

3. Cableado de la dorsal (backbone)

El cableado de la dorsal permite la interconexión entre los gabinetes de telecomunicaciones, cuartos de telecomunicaciones y los servicios de la entrada del edificio. Consiste de cables de dorsal, terminaciones mecánicas, equipos principales y secundarios de conexión cruzada (cross-connects), regletas o puentes (jumpers) usados para la conexión dorsal a dorsal. Esto incluye: conexión vertical entre pisos (risers), cables entre un cuarto de equipos, cable de entrada a los servicios del edificio y cables entre edificios.

Los tipos de cables requeridos para la dorsal son:

UTP de 100 ohm (24 o 22 AWG), distancia máxima 800 metros (voz)

STP de 150 ohm, distancia máxima 90 metros (datos)

Fibra Multimodo 62.5/125 µm, distancia máxima 2,000 metros

Fibra Monomodo 8.3/125 µm, distancia máxima 3,000 metros

4. Gabinete de Telecomunicaciones

El gabinete (rack) de telecomunicaciones es el área dentro de un edificio donde se alberga el equipo del sistema de cableado de telecomunicaciones. Este incluye las terminaciones mecánicas y/o equipos de conexión cruzada para el sistema de cableado a la dorsal y horizontal.

5. Cableado horizontal

El sistema de cableado horizontal se extiende desde el área de trabajo de telecomunicaciones hasta el gabinete de telecomunicaciones y consiste de lo siguiente:

o Cableado horizontal

o Enchufe de telecomunicaciones

o Terminaciones de cable (asignaciones de guías del conector modular RJ-45)

o Conexiones de transición

Tres tipos de medios son reconocidos para el cableado horizontal, cada uno debe de tener una extensión máxima de 90 metros:

o Cable UTP 100-ohm, 4-pares, (24 AWG sólido)

o Cable STP 150-ohm, 2-pares

o Fibra óptica 62.5/125 µm, 2 fibras

6. Area de trabajo

Los componentes del área de trabajo se extienden desde el enchufe de telecomunicaciones a los dispositivos o estaciones de trabajo.

Los componentes del área de trabajo son los siguientes:

o Dispositivos: computadoras, terminales, teléfonos, etc.

o Cables de parcheo: cables modulares, cables adaptadores/conversores, jumpers de fibra, etc.

o Adaptadores: deberán ser externos al enchufe de telecomunicaciones.

Medios no-confinados

Los medios no-confinados utilizan el aire como medio de transmisión, y cada medio de transmisión viene siendo un servicio que utiliza una banda del espectro de frecuencias. A todo el rango de frecuencias se le conoce como espectro electromagnético. El espectro electromagnético ha sido un recurso muy apreciado y como es limitado, tiene que ser bien administrado y regulado. Los administradores del espectro a nivel mundial son la WRC (World Radiocommunication Conference) de la ITU-R (International Telecommunications Union Radiocommunications sector). Esta entidad realiza reuniones mundialmente en coordinación con los entes reguladores de cada país para la asignación de nuevas bandas de frecuencia y administración del espectro. En el caso de México, la entidad reguladora del radio espectro es la Comisión Federal de

Telecomunicaciones (COFETEL, http://www.cft.gob.mx ) y la Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT,

http://www.sct.gob.mx ).

Cada subconjunto o banda de frecuencias dentro del espectro

electromagnético tiene propiedades únicas que son el resultado de

cambios en la longitud de onda. Por ejemplo, las frecuencias medias (MF, Medium Frequencies) que van de los

300 kHz a los 3 MHz pueden ser radiadas a lo largo de la superficie

de la tierra sobre cientos de kilómetros, perfecto para las

estaciones de radio AM (Amplitud Modulada) de la región. Las

estaciones de radio internacionales usan las bandas conocidas como

ondas cortas (SW, Short Wave) en la banda de HF (High Frequency) que va desde los 3 MHz a los 30 MHz.

Este tipo de ondas pueden ser radiadas a miles de kilómetros y son rebotadas de nuevo a la tierra por la ionosfera como si fuera un espejo, por tal motivo las estaciones de

onda corta son escuchadas casi en todo el mundo.

Los estaciones de FM (Frecuencia Modulada) y TV (televisión) utilizan las bandas conocidas como VHF (Very High Frequency) y UHF (Ultra High Frequency) localizadas de los 30 MHz a los 300 MHz y de los 300 MHz a los 900 MHz, este tipo de señales debido a que no son reflejadas por la ionosfera

cubren distancias cortas, una ciudad por ejemplo. La ventaja de usar este tipo de bandas de frecuencias para comunicaciones locales permite que docenas de estaciones de radio FM y televisoras " en ciudades diferentes " puedan usar frecuencias idénticas sin causar interferencia entre ellas.

Espectro electromagnético

Banda Significado Rango de Frecuencias

Servicios

VLF Very Low Frequency

3 kHz - 30 kHz Conducción de electricidad

LF Low Frequency

30 kHz - 300 kHz Conducción de electricidad, navegación marítima, control de tráfico aéreo

MF Medium Frequency

300 kHz - 3 MHz Radio AM

HF High Frequency

3 MHz - 30 MHz Radio SW

VHF Very High Frequency

30 MHz - 300 MHz

Radio FM, TV, radio dos vías

UHF Ultra High Frequency

300 MHz - 3 GHz TV UHF, telefonía celular, WLL, comunicaciones móviles

SHF Super High Frequency

3 GHz - 30 GHz Servicios por Satélite y microondas, MMDS, LMDS

EHF Extremely High Frequency

30 GHz en adelante

LMDS

Infrarojo   3 x 1012 - 4.3 x 1014 Hz

WPANs

Luz visible   4.3 x 1014 - 7.5 x 1014 Hz

Fibras ópticas

Ultravioleta   7.5 x 1014 - 3 x 1017 Hz

 

1 kHz = 1x103 Hz1 MHz = 1x106 Hz1 GHz = 1x109 Hz

WLL = Wireless Local LoopMMDS = Multichannel Multipoint Distribution Service

LMDS= Local Multipoint Distribution ServiceWPANs = Wireless Personal Area Networks

Así cada una de las subbandas del espectro electromagnético proveen un servicio diferente, lo que nos permite hablar por un teléfono celular, escuchar la radio, ver la televisión, sin interferirse un servicio con el otro. A continuación se describirá el medio de comunicación conocido como microondas terrestres, otros servicios que utilizan el espectro radioeléctrico (e.g. satélite, telefonía celular, MMDS, LMDS, WLL,..) se describirán en la sección de comunicaciones inalámbricas.

Microondas terrestres

Las microondas son todas aquellas bandas de frecuencia en el rango de 1 GHz en adelante, el término microondas viene porque la longitud de onda de esta banda es muy pequeñ (milimétricas o micrométricas), resultado de dividir la velocidad de la luz (3x108 m/s) entre la frecuencia en Hertz. Pero por costumbre el término microondas se le asocia a la tecnología conocida como microondas terrestres que utilizan un par de radios y antenas de microondas.

Los operadores tanto de redes fijas como móviles están utilizando las microondas para superar el cuello de botella de la última milla de otros medios de comunicación. Las microondas es un medio de transmisión que ya tiene muchas décadas de uso. En el pasado las compañías telefónicas se aprovechaban de alta capacidad para la transmisión de tráfico de voz. Gradualmente, los operadores reemplazaron el corazón de la red a fibra óptica, dejando como medio de respaldo la red de microondas. Lo mismo sucedió con el video, el cual fue sustituido por el satélite. Las microondas terrestres a pesar de todo sigue siendo un medio de comunicación muy efectivo para redes metropolitanas para interconectar bancos, mercados, tiendas departamentales y radio bases celulares.

Las estaciones de microondas consisten de un par de antenas con línea de vista conectadas a un radio transmisor que radian radio frecuencia (RF) en el orden de 1 GHz a 50 GHz. Las principales frecuencias utilizadas en microondas se encuentran alrededor de los 10-15 GHz, 18, 23 y 26 GHz, las cuales son capaces de conectar dos localidades de hasta 24 kilómetros de distancia una de la otra. Los equipos de microondas que operan a frecuencias más bajas, entre 2-8 GHz, puede transmitir a distancias entre 30 y 45 kilómetros. La única limitante de estos enlaces es la curvatura de la tierra, aunque con el uso de repetidores se puede extender su cobertura a miles de kilómetros.

Debido a que todas las bandas de frecuencias de microondas terrestres ya han sido subastadas, para utilizar este servicio es necesario la utilización de frecuencias permisionadas por las autoridades de telecomunicaciones; es muy frecuente el uso no-autorizado de este tipo de enlaces en versiones punto-punto y punto-multipunto. En el sitio web de la COFETEL se encuentra la lista de los permisionarios

autorizados de esta banda de frecuencias.

Conclusión

Los medios de transmisión son el canal para que el transmisor y el receptor puedan comunicarse y puedan transferirse información. Es necesario saber que existen varios factores externos que inciden sobre el canal que producen ruido e interferencia, por lo que es necesario una buena relación a ruido para superar estos obstáculos. La selección adecuada del mejor servicio y medio de transmisión para cubrir nuestras necesidades es de vital importancia para operar óptimamente.

Los medios de transmisión inalámbricos han abierto un nuevo panorama y perspectivas de comunicación que nos permiten el intercambio de información en casi cualquier lugar, pero hay que tener en cuenta sus ventajas y desventajas de este medio nos brinde.

Por otro lado, el desarrollo en fibras ópticas ha tenido un avance significativo, incrementándose su capacidad a niveles muy altos y son hoy en día son las venas y las arterias de la mayoría de las comunicaciones de la actualidad.

Tecnologías de Comunicación inalámbrica

Publicado en la Revista RED en la edición especial"El ABC de las Telecomunicaciones", Diciembre del 2002

Introducción

En 1887 Heinrich Rudolph Hertz, un físico alemán, demostró que existían las ondas electromagnéticas y que éstas podrían ser usadas para mover información a muy grandes distancias — esto le valió que la unidad con las que son medidas las frecuencias del espectro lleven su apellido (Hertz o Hz).

La base teórica de las ondas electromagnéticas fueron desarrolladas mucho antes por el físico escocés James Clerk Maxwell en 1864. El primer uso de las ondas electromagnéticas fue la telegrafía inalámbrica. Este relevante acontecimiento sería el predecesor de la propagación electromagnética o transmisión de radio.

Utilizando estos conceptos, el italiano Guglielmo Marconi inventa la radio en 1901. La radio fue el primer medio masivo de comunicación inalámbrica y a poco más de 100 años de su invención, las comunicaciones móviles han demostrado ser una

alternativa a las redes cableadas para ofrecer nuevos servicios que requieren gran ancho de banda, pero con otros beneficios como la movilidad y la ubicuidad, estar comunicado en cualquier lugar, en cualquier momento.

Algunos de los beneficios que brindan las comunicaciones inalámbricas en comparación con las redes cableadas son las siguientes:

Capacidad para un gran número de suscriptores

Uso eficiente del espectro electromagnético debido a la utilización repetida de frecuencias

Compatibilidad a nivel nacional e internacional, para que los usuarios móviles puedan utilizar sus mismos equipos en otros países o áreas

Prestación de servicios para aplicaciones de datos, voz y video;

Adaptación a la densidad de tráfico; dado que la densidad de tráfico es diferente en cada punto de la zona de cobertura.

Calidad del servicio — en el caso de la voz— comparable a servicio telefónico tradicional y accesible al público en general

Las primeras redes móviles

En los 1920s, en Detroit, Estados Unidos, nacen las primeras redes de comunicación móvil. Eran sistemas de radio comunicación utilizados por el cuerpo de policía que trabajan en ese entonces a 2 MHz. Una década más tarde fueron utilizados por la policía de la ciudad de Nueva York. El sistema se fue perfeccionando conforme transcurrían los años hasta que en los 1950s se establecieron las primeras dos bandas tal y como las conocemos ahora; la banda de VHF de radio de 150 MHz y la banda de UHF de radio en los 450 MHz. En esta época seguían utilizándose en vehículos; dispositivos portátiles eran imposibles de cargar debido al peso de las baterías y de los aparatos mismos.

En 1973 Martin Cooper introduce el primer radioteléfono mientras trabajaba para la compañía Motorola, Cooper pionero en esta tecnología, se le considera como "el padre de la telefonía celular". En 1979 aparece el primer sistema comercial en Tokio Japón por la compañía NTT (Nippon Telegraph & Telephone Corp.) dos años más tarde en Estados Unidos surge también el primer sistema celular analógico comercial que trabajaba en la banda de los 800 MHz. En otros países ocurrió lo mismo y surgieron muchas tecnologías paralelas pero incompatibles entre sí.

A continuación se describirán las principales tecnologías de comunicación inalámbricas, sobre todo aquellas que han tenido más impacto en la sociedad como la telefonía celular, comunicación satelital, WLL, MMDS y LMDS.

La telefonía celular

La telefonía sin duda es uno de los servicios inalámbricos con más penetración en la sociedad. En nuestro país, casi 1 de cada 4 mexicanos poseen un teléfono celular. La explosión empezó desde "el que llama paga", lo cual redujo los precios del tiempo aire y las personas empezaron a comprar más aparatos. De ser un servicio elitista se convirtió en un servicio más accesible a los usuarios de bajos ingresos. En la actualidad, en México, el número de teléfonos celulares supera por mucho a las líneas telefónicas fijas.

El funcionamiento de un sistema celular es muy complejo, implica una serie de tareas que implican modulación, codificación, acceso múltiple, monitoreo y tarificación, sólo por mencionar algunas.

Un sistema celular para su funcionamiento está compuesto por los siguientes elementos:

1.- Unidades móviles (teléfonos): Un teléfono móvil contiene una unidad de control, un transreceptor y un sistema de antena.

2.- Las celdas (radio bases): La radio base provee la interface entre el MTSO y las unidades móviles. Tiene una unidad de control, cabinas de radio, antenas y una planta de generadora eléctrica y terminales de datos.

3.- El conmutador central móvil (MTSO, Mobil Telephone Switching Office): El conmutador central el procesador y conmutador de las celdas. Está interconectada con la Oficina Central de telefonía pública fija. Controla el procesamiento y tarificación de llamadas. El MTSO es el corazón del sistema celular móvil.

4.- Las conexiones o enlaces: Los enlaces de radio y datos interconectan los tres subsistemas. Estos enlaces pueden ser por medio de antenas de microondas terrestres o por medio de líneas arrendadas.

Las técnicas de acceso múltiple

Una de las estrategias más importantes para aumentar el número de usuarios en un sistema basado en celdas radica principalmente en la técnica de acceso múltiple que éste sistema emplee. Las técnicas de acceso múltiple en un sistema inalámbrico permiten que varios usuarios puedan estar accesando simultáneamente un canal o un grupo de frecuencias, lo que permite el uso eficiente del ancho de banda.

Existen tres técnicas para compartir un canal de Radio Frecuencia (RF) en un sistema celular:

a) FDMA (Acceso Múltiple por División de frecuencias, Frequency Division Multiple Access)

b) TDMA (Acceso Múltiple por División de Tiempo, Time Division Multiple Access)

c) CDMA (Acceso Múltiple por División de Código, Code Division Multiple Access)

FDMA

Los sistemas celulares basados en FDMA formaron la base de los primeros sistemas celulares en el mundo. FDMA fue implementada en la banda de 800 MHz utilizando un ancho de banda de 30 kHz por canal.

FDMA subdivide el ancho de banda en frecuencias, cada frecuencia sólo puede ser usada por un usuario durante una llamada. Debido a la limitación en ancho de banda, esta técnica de acceso es muy ineficiente ya que se saturan los canales al aumentar el número de usuarios alrededor de una celda. Esta técnica de acceso múltiple predominó en los sistemas celulares analógicos de la primer generación.

TDMA

Después de la introducción de FDMA, operadores celulares y fabricantes de equipo inalámbrico reconocieron las limitaciones de esta técnica de acceso analógica. Años más adelante aparecen los primeros sistemas celulares digitales basados en TDMA. Con el fin de continuar la compatibilidad con la asignación de espectro del sistema anterior ocupado por la tecnología AMPS, se desarrolla en Norteamérica a finales de los 80s un sistema conocido como DAMPS (Digital AMPS) también con 30 kHz de ancho de banda por canal. En Europa se desarrolla también un sistema celular digital basado en TDMA conocido como GSM (Groupe Special Mobile) con canales de 200 kHz. Los primeros sistemas bajo GSM fueron instalados en 1991, mientras el primer sistema instalado en Norteamérica fue instalado en Canadá en 1992.

Los sistemas celulares bajo TDMA utilizan el espectro de manera similar a los sistemas FDMA, con cada radio base ocupando una frecuencia distinta para transmitir y recibir. Sin embargo, cada una de estas dos bandas son divididas en tiempo (conocidas como ranuras de tiempo) para cada usuario en forma de round-robin. Por ejemplo, TDMA de tres ranuras divide la transmisión en tres periodos de tiempo fijos (ranuras), cada una con igual duración, con una asignación particular de ranuras para transmisión para uno de 3 posibles usuarios. Este tipo de metodología requiere una sincronización precisa entre la terminal móvil y la radio base. Como puede verse en este esquema de tres ranuras por canal, se incrementa en un factor de tres la capacidad de TDMA con respecto a FDMA.

CDMA

A mediados de los 80s algunos investigadores vieron el potencial de una tecnología conocida como espectro disperso (spread spectrum) la cual era utilizada para aplicaciones militares pero que también podría ser usada para telefonía celular. Esta tecnología de espectro disperso involucra la transformación de la información de banda angosta a una señal de banda amplia para transmisión, la cual puede ser vista como una manera de aumentar las capacidades de los sistemas TDMA que limitan el número de usuarios al número de ranuras de tiempo.

Espectro disperso es una tecnología de banda amplia desarrollada por los militares estadounidenses que provee comunicaciones seguras, confiables y de misión critica. La tecnología de espectro disperso está diseñada para intercambiar eficiencia en ancho de banda por confiabilidad, integridad y seguridad. Es decir, más ancho de banda es consumido con respecto al caso de la transmisión en banda angosta, pero el "trueque" ancho de banda/potencia produce una señal que es en efecto más robusta al ruido y así más fácil de detectar por el receptor que conoce los parámetros (código) de la señal original transmitida. Si el receptor no está sintonizado a la frecuencia correcta o no conoce el código empleado, una señal de espectro disperso se detectaría solo como ruido de fondo. Debido a estas características de la tecnología de espectro disperso la interferencia entre la señal procesada y otras señales no esenciales o ajenas al sistema de comunicación es reducida.

Al asignar diferentes códigos únicos a los usuarios, un sistema de acceso múltiple es posible. A este método de acceso múltiple se le conoce como CDMA. Las limitaciones de reuso de frecuencia vistas en FDMA y TDMA ya no son tan críticas en CDMA, ya que múltiples terminales móviles y radio bases pueden ocupar las mismas frecuencias a la vez. Es obvio entonces que la capacidad en usuarios en CDMA se incrementa bastante con respecto a las otras dos técnicas de acceso múltiple.

Las generaciones de la telefonía móvil

En la actualidad la telefonía celular en México se encuentra en la segunda generación (2G), aunque en otros países se presume de que se encuentran en la generación 2.5G y la tercera generación, tal es el caso de países como Japón y Corea del Sur.

La primer generación (1G) se caracterizó por ser analógica, por ofrecer servicios solamente de voz a bajas velocidades y por utilizar FDMA. La tecnología más conocida de esta generación es conocida como AMPS (American Mobile Phone System).

La segunda generación (2G) se caracteriza por ser digital y ofrecer servicios de voz y datos a baja velocidad. Aunque se sigue utilizando la banda de 800 MHz, fue abierta la banda de 1.9 GHz (1,850 ?1,990 MHz) conocida como PCS (Personal Communications Services). En la banda de PCS están encasilladas tres tecnologías básicamente: GSM (Groupe Spécial Mobile), TDMA IS-136 y CDMA IS-95. Estas tres tecnologías caracterizan a la segunda generación de telefonía móvil. En el caso de México, TELCEL opera su red celular bajo TDMA, el resto de los operadores celulares (e.g. Pegaso, Movistar, Unefon, Iusacell) tiene su red bajo la tecnología CDMA. Aunque se abrieron también nuevos servicios con la 2G y la banda de PCS, el servicio más popular es el conocido como servicio de mensajes cortos (SMS, Short Messaging Service), utilizado comúnmente entre los jóvenes, por ser sencillo, rápido y barato. Existen dos versiones de este servicio: directamente teléfono a teléfono y a través de una página web hacia un teléfono.

La generación 2.5G se caracteriza por el aumento de la velocidad en la transmisión de datos utilizando redes de conmutación de paquetes . La 2.5G la realización principalmente aquellos operadores que optaron por TDMA/GSM como tecnología base. El brinco directo a la tercera generación (3G), se les complicó y optaron por crear una intermedia entre la 2G y 3G. EDGE (Enhanced Data Rates for Global Evolution) y GPRS (General Packet Radio Service) son los ejemplos más característicos de esta generación. Las velocidades de transmisión máximas son 384 Kbps para EDGE y 115 Kbps para GPRS. El sistema característico de los operadores cuya tecnología base es CDMA se llama "CDMA 2000 1X" y trabaja a una velocidad máxima de 144 Kbps.

Sistemas satelitales

Las comunicaciones vía satélite han sido una tecnología muy utilizada para proveer comunicaciones a áreas alejadas y de difícil

acceso. Ante la escasa y en muchos casos nula infraestructura terrestre de comunicaciones (e.g. fibra óptica) en las zonas

remotas, las comunicaciones vía satélite abren una ventana hacia al resto del mundo. Las comunicaciones satelitales permiten

transmitir múltiples servicios de voz, datos y video a velocidades en el orden de Megabits por segundo. Las terminales satelitales

hacen posible las comunicaciones donde otros medios no pueden penetrar por su alto costo.

La introducción de pequeñas terminales conocidas como VSAT (Very Small Aperture Terminal) ha permitido que el costo de las comunicaciones vía satélite haya bajado drásticamente. VSAT es una tecnología de comunicaciones vía satélite que

mediante el uso de antenas de satélite con diámetros pequeños, permiten comunicaciones altamente seguras entre una estación maestra y nodos dispersos geográficamente. Entre las aplicaciones típicas de este tipo de terminales se encuentra la telefonía rural, educación a distancia, redes privadas y acceso a Internet, entre otras.

Es sin duda las comunicaciones por satélite una opción muy utilizada por compañías mexicanas desde la introducción del Morelos I en 1985. El satélite fue parte importante en las comunicaciones durante el terremoto de ese año, después de que las comunicaciones por tierra colapsaron.

Existen satélites de todo tipo, los hay geoestacionarios (GEO, Geostacionary Earth Orbit), aquellos que giran a una órbita natural a 36,000 kms de la superficie de la tierra. Este tipo de satélites (e.g Satmex V, Solidaridad II) proveen comunicaciones fijas para aplicaciones de voz, datos y video en las bandas C y Ku principalmente. Existen satélites en órbitas bajas (LEO, Low Earth Orbit)) y medias (MEO, Medium Earth Orbit) que dan varias vueltas a la tierra y que para cubrir casi toda la superficie están agrupados en constelaciones de satélites. Muchos de estos satélites proveen aplicaciones móviles de voz, sensado remoto (SCADA), meteorología, determinación de la posición (GPS), etc. La mayoría de estos trabajan en la banda móvil L.

Los métodos de acceso al medio en comunicación trabajan de manera similar a la telefonía celular. Aunque en comunicaciones vía satélite SCPC/FDMA (Single Channel Per Carrier/FDMA) y TDMA son los métodos de acceso múltiple más populares para redes privadas con VSATs; otras variantes de TDMA como DAMA (Demand Asigment Multiple Access) y ALOHA son también utilizados en menos proporción. TDMA y CDMA son ampliamente usados para comunicaciones móviles por satélite por los satélites LEOs y MEOs. En la tabla 1 se muestran las bandas de frecuencias más utilizadas en las comunicaciones por satélite, así como su uso:

Tabla 1. Frecuencias de satélite de uso comercial

Banda Enlace Subida/Bajada

Aplicaciones

V o Q 50/40 GHz Datos a altas velocidades

Ka 30/20 GHz Datos y TV a altas velocidades

Ku (BSS)

17/12 GHz Video directo al hogar

Ku 14/11-12 GHz VSAT, video e Internet

C 6/4 GHz Datos, voz y video

S 2/2 GHz Servicios móviles de voz

L 1.6/1.5 GHz Servicios móviles de voz

BSS: Broadcasting Satelite Service, Servicio de

difusión por satélite

Tecnologías de acceso inalámbrico fijo (WLL)

Acceso inalámbrico fijo (Wireless Local Loop, WLL) es un sistema basado en celdas que conecta a usuarios a la red pública telefónica conmutada (RPTC) utilizando señales de radio, sustituyendo al cableado de cobre entre la central y el abonado. Estos sistemas incluyen sistemas de radio fijos, sistemas celulares fijos y sistemas de acceso sin alambres.

En países subdesarrollados las tecnologías inalámbricas basadas en WLL son una buena alternativa para los operadores tanto en costo de instalación como de mantenimiento. Según la UIT, la demanda de WLL en el mundo de 1997 al 2002 sobrepasará los 856 millones de nuevas líneas. De las cuales, el 82% serán para los países subdesarrollados y el 18% restante serán para los países desarrollados.

Los servicios que pueden ser ofrecidos por un sistema WLL incluyen:

o Servicio de voz: PCM (Pulse Code Modulation) de 64 Kbps, ADPCM (PCM adaptivo diferencial) de 32 Kbps

o Servicio de datos en banda de voz: 56 Kbps fax/módem

o Servicios de datos: 155 Kbps (e.g. Internet)

o Servicio ISDN: 144 Kbps (2B+D)

LMDS

LMDS (local multipoint distribution service) es una tecnología de banda amplia inalámbrica punto-multipunto basada en celdas ?al igual que la telefonía celular o WLL? con la capacidad de transportar grandes cantidades de información a muy altas velocidades. LMDS opera a frecuencias milimétricas, típicamente en las bandas de 28, 38, o 40 GHz. Esto permite velocidades de datos de hasta 38 Mbps por usuario pero con la restricción de que las distancias de cobertura deben ser cortas, menos de 8 Km. La alta capacidad de LMDS hacen posible una gama de servicios tales como video digital, voz, televisión interactiva, música, multimedia y acceso a Internet a altas velocidades. LMDS es una tecnología de costo efectivo, ya que su implantación es rápida en áreas urbanas o en áreas con baja densidad de población, como es el caso de las comunidades rurales. LMDS provee una solución efectiva de última milla que puede sustituir a los servicios cableados tradicionales a un bajo costo y altas velocidades. En México existen muchos operadores que ofertan este servicio principalmente para redes privadas y acceso a Internet a altas velocidades.

MMDS

Las redes MMDS (Multichannel Multipoint Distribution Service) se caracterizan por el limitado número de canales disponibles en las bandas asignadas para este servicio, sólo 200 MHz de espectro en la banda de 2.5 GHz a 2.7 GHz.

Esta desventaja reduce el número efectivo de canales en un sistema MMDS. El uso principal de esta tecnología es la televisión restringida inalámbrica — competencia directa de las compañías de televisión por cable. Como el ancho de banda de un canal de televisión es de 6 MHz, solamente 33 canales cabrían en el espectro asignado.

Un sistema de MMDS consiste de una cabecera o centro de control (headend), donde se encuentra el equipo de recepción de las señales origen, un radio transmisor y una antena transmisora. En el lado del usuario se encuentra una antena receptora, un dispositivo de conversión de frecuencia y un receptor decodificador.

El rango de una antena de transmisión MMDS puede alcanzar los 55 kilómetros dependiendo de la altura de la antena y de la potencia de radiodifusión. La potencia de transmisión es usualmente entre 1 y 100 Watts, la cual es sustancialmente menor a los requerimientos de potencia de las estaciones de televisión abierta de VHF y UHF.

La antena de recepción en el lado del usuario está condicionada para recibir señales con polarización vertical u horizontal. Las señales de microondas son pasadas por un convertidor de frecuencias, el cual convierte las frecuencias de microondas a las frecuencias estándar de cable VHF y UHF, y pueda conectarse directamente al televisor.

Conclusión

Los sistemas cableados — dígase, una compañía telefónica o una compañía de televisión por cable— tardan más tiempo en promedio para ofrecer toda la gama de los servicios. El tiempo de instalación de toda la infraestructura cableada puede durar por lo regular desde muchos meses hasta años con una razón de clientes potenciales del 70%, lo cual implica muchos gastos previos por el largo tiempo transcurrido en la instalación total del sistema. En contraste, la gran mayoría de los sistemas inalámbricos puede ser instalados en unos cuantos meses con una razón de clientes potenciales del 90%. Otra de las ventajas de las tecnologías inalámbricas es que pueden ser llevadas a áreas de difícil acceso geográfico y así ofrecer

servicios a comunidades marginadas y alejadas, lugares donde los medios cableados son más difíciles de ofertarse.

Otra ventaja de los sistemas inalámbricos es que son adaptables al tráfico, es decir, pueden instalarse menos radio bases separadas a más distancia entre ellas en lugares donde el tráfico sea menor. De la misma manera, pueden instalarse más radio bases a más corta distancia entre ellas en lugares donde hay mucho tráfico — dígase la zona metropolitana en una ciudad.

En general las comunicaciones vía inalámbrica proveen beneficios adicionales que no proveen los sistemas cableados. El público — el usuario final— determinará cuales servicios son los más adecuados a sus necesidades, y desechará aquellos servicios que no le satisfagan.

Es muy importante para el usuario final conocer sobre la tecnología que está detrás del servicio que el proveedor de servicios de telecomunicaciones. Así tendrá una visión más clara de las bondades o limitantes, así como la calidad del servicio que le están

Alambre (open wired)

Las líneas de alambre abierto (sin aislar) fueron muy usadas en el siglo pasado con la aparición del telégrafo. La composición de los alambres fue al principio de hierro (acero) y después fue desplazado por el cobre, ya que este material es un mejor conductor de las señales eléctricas y soporta mejor los problemas de corrosión causados por la exposición directa a la intemperie. La resistencia al flujo de corriente eléctrica de los alambres abiertos varia grandemente con las condiciones climáticas, y es por esta razón que fue adoptado el cable par trenzado.

Hoy en día los cables vienen protegidos con algún material aislante. El material del conductor puede ser de cobre, aluminio u otros materiales conductores.

Los grosores de los cables son medidos de diversas maneras, el método predominante en los Estados Unidos sigue siendo el Wire Gauge Standard (AWG). "gauge" significa el diametro. Es lógico pensar que a mayor diámetro del conductor mayor será la resistencia del mismo.

Los conductores pueden ser de dos tipos Sólidos (solid) e Hilados (stranded), los conductores sólidos están compuestos por un conductor único de un mismo

material, mientras que los conductores hilados están compuestos de varios conductores trenzados. El diámetro

de un conductor hilado varia al de un conductor sólido si son del mismo AWG y dependera del número de hilos que tenga.

Los grosores típicos de los conductores utilizados en cables eléctricos para uso residencial son del 10-14 AWG. Los conductores utilizados en cables telefónicos pueden ser del 22,24 y 26 AWG. Los conductores utilizados en cables para aplicaciones de REDES son el 24 y 26 AWG.

A continuación se muestra una tabla de conversión de milimetros y pulgadas a AWG para conductores sólidos.

Tabla de Conversion Milimetros y Pulgadas a AWG(conductores sólidos)

Diametro mm

Diametro pulgadas

AWG

0.254 0.010 30

0.330 0.013 28

0.409 0.016 26

0.511 0.020 24

0.643 0.025 22

0.812 0.032 20

1.020 0.040 18

1.290 0.051 16

1.630 0.064 14

2.050 0.081 12

2.590 0.102 10

Entre mas grande sea el valor AWG menor será el grosor o diametro del conductor. El conductor 18 tiene mas grosor que el cable 40, por

ejemplo. Los primeros 5 cables [de izquierda a derecha] son sólidos y los últimos dos son hilados o trenzados (stranded).

Cable Coaxial

CABLE COAXIAL

A frecuencias en el intervalo de VHF (Very High Frecuency) y menores es común el uso de cables coaxiales. Dicho cable

consiste de un alambre interior que se mantiene fijo en un medio aislante que después lleva una cubierta metálica. La capa exterior evita que las señales de otros cables o que la radiación electromagnética afecte la información conducida por el cable coaxial. En la siguiente figura se muestra un cable coaxial típico.

Estructura genérica de un Cable coaxial

Cable coaxial RG-58 con conector BNC

(Aplicaciones: LAN)

Cable coaxial RG-6 con conector tipo F

(Aplicaciones: TVCable)

A continuación se describen los tipos de cables coaxial más empleados en redes:

10Base5Conocido también como cable coaxial grueso (Thick coaxial) y sirve como dorsal para una red tipo LAN. Utiliza transceptores (transceivers) y AUI (Attachment Unit interface) para conectar la tarjeta de red con la dorsal de cable coaxial.

Tasa de transmisión: 10 MbpsLongitud máxima: 500 metros por segmentoImpedancia: 50 ohm Diámetro del conductor: 2.17 mmNodos por segmento: 100 Long. maxima (con repetidores): 1500 metros.

10BASE2Conocido también como cable coaxial delgado (thin coaxial) utilizado

para redes tipo LAN. Utiliza conectores tipo BNC para conectar la tarjeta de red con la dorsal.

Tasa de transmisión: 10 MbpsLongitud máxima: 180 metros por segmento

Impedancia: 50 ohm, RG58Diámetro del conductor: 0.9 mm

Nodos por segmento: 30 Long. maxima (con repetidores): 1500 metros.

Cable Par Trenzado

PAR TRENZADO (twisted pair)

El cable par trenzado está compuesto de conductores de cobre aislados por papel o plástico y trenzados en pares. Esos pares son después trenzados en grupos llamados unidades, y estas unidades son a su vez trenzadas hasta tener el cable terminado que se cubre por lo general por plástico. El trenzado de los pares de cable y de las unidades disminuyen el ruido de interferencia, mejor conocido como diafonía. Los cables de par trenzado tienen la ventaja de no ser caros, ser flexibles y fáciles de conectar, entre otras. Como medio de comunicación tiene la desventaja de tener que usarse a distancias limitadas ya que la señal se va atenuando y puede llegar a ser imperceptible; es por eso que a determinadas distancias se deben emplear repetidores que regeneren la señal.

Los cables de par trenzado se llaman asi porque están trenzados en pares. Este trenzado ayuda a disminuir la diafonía, el ruido y la interferencia. El trenzado es en promedio de tres trenzas por pulgada. Para mejores resultados, el trenzado debe ser variado entre los diferentes pares.

Los cables de par trenzado son usados en las siguientes interfaces (capa física): 10Base-T, 100Base-TX, 100Base-T2, 100Base-T4, and 1000Base-T.

Existen dos tipos de cable par trenzado, el UTP (Unshielded Twisted Pair Cabling), o cable par trenzado sin blindaje y el cable STP (Shielded Twisted Pair Cabling), o cable par trenzado blindado.

UTP (Unshielded Twisted Pair Cabling)

Como el nombre lo indica, "unshielded twisted pair" (UTP), es un cable que no tiene revestimiento o blindaje entre la cubierta exterior y los cables. El UTP se utiliza comúnmente para aplicaciones de REDES Ethernet, el témino UTP generalmente se refiere a los cables categoria 3, 4 y 5 especificados por el estándar TIA/EIA 568-A standard. Las categorias 5e, 6, & 7 también han sido propuestos para soportar velocidades más altas. el cable UTP comúnmente incluye 4 pares de conductores. 10BaseT, 10Base-T, 100Base-TX, y 100Base-T2 sólo utilizan 2 pares de conductores, mientras que 100Base-T4 y 1000Base-T requieren de todos los 4 pares.

A continuación se lista un sumario de los tipos de cable UTP

Categoría 1 - Voz sólamente

Categoría 2 - Datos 4 Mbps

Categoría 3 - UTP con impedancia de 100 ohm y caracterísiticas eléctricas que soportan frecuencias de transmisión de hasta 16 MHz. Definida por la especificación TIA/EIA 568-A specification. Puede ser usado con 10Base-T, 100Base-T4, and 100Base-T2.

Categoría 4 - UTP con impedancia de 100 ohm y caracterísiticas eléctricas que soportan frecuencias de transmisión de hasta 20 MHz. Definida por la especificación TIA/EIA 568-A . Puede ser usado con 10Base-T, 100Base-T4, and 100Base-T2.

Categoría 5 - UTP con 100 ohm de impedancia y caracterísiticas eléctricas que soportan frecuencias de transmisión de hasta 100 MHz. Definida por la especificación TIA/EIA 568-A specification. Puede ser

usado con 10Base-T, 100Base-T4, 100Base-T2, y 100Base-TX.Puede soportar 1000Base-T, pero el cable debe ser probado para

asegurar que cumple con las especificaciones de la categoria 5e (CAT 5 enhanced "mejorada"). CAT 5e es un nuevo estándar que soportará velocidades aún mayores de 100 Mbps y consiste de un cable par

trenzado STP con 100 ohm de impedancia y caracterísiticas eléctricas que soportan frecuencias de transmisión de hasta 100 MHz. Sin

embargo, tiene especificaciones mejoradas como NETX (Near End Cross Talk), PSELFEXT (Power Sum Equal Level Far End Cross Talk), y

atenuación.

Categorías de Cables UTP

Tipo Uso

Categoria 1 Voz solamente (cable telefónico)

Categoria 2 Datos hasta 4 Mbps (LocalTalk [Apple])

Categoria 3 Datos hasta 10 Mbps (Ethernet)

Categoria 4 Datos hasta 20 Mbps (16 Mbps Token Ring)

Categoria 5 Datos hasta 100 Mbps (Fast Ethernet)

Sumario -Cable Ethernet

Especificación Tipo de Cable Long. Máxima

10BaseT UTP 100 metros

10Base2 Thin Coaxial 185 metros

10Base5 Thick Coaxial 500 metros

10BaseF Fibra Optica 2000 metros

100BaseT UTP 100 metros

100BaseTX UTP 220 metros

STP (Shielded Twisted Pair)

El cable STP, tiene un blindaje especial que forra a los 4 pares y comúnmente se refiere al cable par trenzado de 150 ohm definido por IBM utilizado en redes Token Ring. El blindaje está diseñado para minimizar la radiación electromagnetica (EMI, electromagnetic interference) y la diafonía. Los cables STP de 150 ohm no se usan para Ethernet. Sin embargo, puede ser adaptado a 10Base-T, 100Base-TX, and 100Base-T2 Ethernet instalando un convertidor de impedancias que convierten 100 ohms a 150 ohms de los STPs.

La longitud máxima de los cables de par trenzado están limitadas a 90 metros, ya sea para 10 o 100 Mbps.

Fibra Óptica

Para radiación electromagnética de muy alta frecuencia en el intervalo de la luz visible e infrarroja se utiliza un cable de fibra de vidrio que causa muy poca pérdida de energía luminosa a través de largas distancias. El diámetro de la fibra debe ser muy pequeño con el fin de minimizar la transmisión reflectora. La fibra transmisora central es de vidrio de baja pérdida y con índice de refracción relativamente alto.

Esta se cubre con vidrio de mayor pérdida, con menor índice de refracción, para soporte y absorción de rayos que puedan escapar de la fibra central. La fuente de luz en el transmisor puede ser un diodo emisor de luz (LED) o un láser. El detector en el otro extremo es un fotodiodo o un fototransistor.

La tecnología de la fibra óptica ha avanzado muy rápidamente. Existen en la actualidad dos métodos básicos -aunque se han desarrollado muchos más- para transmitir a través de un enlace por fibra. La transmisión óptica involucra la modulación de una señal de luz (usualmente apagando, encendiendo y variando la intensidad de la luz) sobre una fibra muy estrecha de vidrio

(llamado núcleo).

La otra capa concéntrica de vidro que rodea el núcleo se llama revestimiento. Después de introducir la luz dentro del núcleo ésta es reflejada por el revestimiento, lo cual hace que siga una trayectoria zigzag a través del núcleo.

Por lo tanto las dos formas de transmitir sobre una Fibra son conocida como transmisión en modo simple y multimodo; las cuales se describen a continuación:

Modo simple (monomodo) Involucra el uso de una fibra con un diámetro de 5 a 10 micras. Esta fibra tiene muy poca atenuación y por lo tanto se usan muy pocos repetidores para distancias largas. Por esta razón es muy usada para troncales con un ancho de banda aproximadamente de 100 GHz por

kilometro (100 GHz-km).

Una de las aplicaciones más común de las fibras monomodo es para troncales de larga distancia, en donde se emplea para conectar una o mas localidades; las ligas de enlace son conocidas comúnmente como dorsales (backbone).

Multimodo Existen dos Tipos para este modo los cuales son Multimodo/Índice fijo y Multimodo/Índice Gradual. El primer tipo es una fibra que tiene un ancho de banda de 10 a 20 MHz y consiste de un núcleo de fibra rodeado por un revestimiento que tiene un índice de refracción de la luz muy bajo, la cual causa una atenuación aproximada de 10 dB/Km. Este tipo de fibra es usado típicamente para distancias cortas menores de un kilometro. El cable mismo viene en dos tamaños 62.5/125 micras. Debido a que el diámetro exterior es de 1 mm, lo hace relativamente fácil de instalar y hacer empalmes. El segundo tipo Índice Gradual es una cable donde el índice de refracción cambia gradualmente, esto permite que la atenuación sea menor a 5 dB/km y pueda ser usada para distancias largas. El ancho de banda es de 200 a 1000 MHz , el diámetro del cable es de 50/125 micras. (el primer número es el diámetro del núcleo y el segundo es el

diámetro del revestimiento).

Los empalmes utilizados para conectar ambos extremos de las fibras causan también una perdida de la señal en el rango de 1 dB. Así también los conectores o interfaces incurren también en perdidas de 1 dB o más. Los haces de luz (LED) son transmitidos en el orden de 150 Mbps. Los láser en cambio transmiten en el orden de Gbps. Los LEDs son típicamente mas confiables que los láser, pero los láser en cambio proveen más energía a una mayor distancia. Debido a que los lasers tienen una menor dispersión son capaces de transmitir a velocidades muy altas en el modo de transmisión simple. Sin embargo, los láser necesitan estar

térmicamente estabilizados y necesitan ser mantenidos por personal más especializado.

Atenuación La transmisión de luz en una fibra óptica no es 100% eficiente. La pérdida de luz en la transmisión es llamada Dispersión. Varios factores influyen tales como la absorción por materiales dentro de la fibra, disipación de luz fuera del núcleo de la fibra y pérdidas de luz fuera del núcleo causado por factores ambientales.

La atenuación en una fibra es medida al comparar la potencia de salida con la potencia de entrada. La Atenuación/Dispersión es medida en decibeles por unidad de longitud. Generalmente esta expresada en decibeles por kilometro (dB/km).

DispersiónLa dispersión es la distorsión de la señal, resultante de los distintos modos (simple y multimodo), debido a los diferentes tiempos de desplazamiento de una señal a través de la fibra. En un sistema modulado digitalmente, esto causa que el pulso recibido se ensanche en el tiempo [ver figura]. No hay pérdida de potencia en la dispersión, pero se reduce la potencia pico de la señal. La dispersión aplica tanto a señales analógicas como digitales. La dispersión es normalmente especificada en nanosegundos por kilometro.

Dispersión en una fibra óptica La dispersión de una energía óptica cae en dos categorías: la dispersión modal y la dispersión espectral.

Dispersión modal: La luz viaja en trayectorias diferentes para cada modo en una fibra. Cada ruta varia la longirud óptica de la fibra para cada modo. En un cable largo, el estiramiento y sumatoria de todos los modos de la fibra tienen un efecto "de longitud" sobre el pulso óptico.

Dispersión espectral: El índice refractivo es inversamente proporcional a la velocidad de la luz que viaja en un medio y su velocidad varia con respecto a su longitud de onda. Sin embargo si dos rayos tienen diferentes longitudes de onda son enviados simultaneamente sobre la misma trayectoria, estos arribaran ligeramente a diferentes tiempos. Esto causa los mismo efectos de la dispersión modal, ensanchando el pulso óptico. La dispersión modal puede ser minimizada reduciendo el ancho del espectro de la fuente óptica.

 

Características típicas de los LEDs y los Lasers

Características LED Laser

Ancho espectral 20-60 nm 0.5-6 nm

Corriente 50 mA 150 mA

Potencia de salida 5 mW 100 mW

Apertura númerica 0.4 0.25

Velocidad 100 MHz 2 GHz

Tiempo de vida 10,000 hrs. 50,000 hrs.

Costo $1.00- $1500 USD $100 - $10000 USD

Demanda de equipos y sistemas de Fibra Óptica

en Estados Unidos (millones USD)

Mercado/año 1996 2001 2006

Telecomunicaciones 3,520 (59%) 4,940 (36%) 7,165 (32%)

Cable TV 895 (15%) 3,430 (25%) 5,825 (26%)

Servicios públicos 595 (10%) 1,845 (13%) 3,985 (18%)

Redes privadas de datos 270 (5%) 1,595 (12%) 2,465 (11%)

Dentro de edificios 120 (2%) 700 (5%) 1,010 (5%)

Milicia/aeroespacio 325 (5%) 630 (5%) 1,120 (5%)

Automotriz 5 (.08%) 20 (.2%) 150 (0.7%)

Otros 236 (4%) 565 (4%) 730 (3%)

Demanda total del mercado 5,966 13,725 22,400

Fuente: The Freedonia Group Inc. (LIGHTWave Magazine, October 2002)

Guía de Onda

Para radiación electromagnética de muy alta frecuencia en el intervalo de la luz visible e infrarroja se utiliza un cable de fibra de vidrio que causa muy poca pérdida de energía luminosa a través de largas distancias. El diámetro de la fibra debe ser muy pequeño con el fin de minimizar la transmisión reflectora. La fibra transmisora central es de vidrio de baja pérdida y con índice de refracción relativamente alto.

Esta se cubre con vidrio de mayor pérdida, con menor índice de refracción, para soporte y absorción de rayos que puedan escapar de la fibra central. La fuente de luz en el transmisor puede ser un diodo emisor de luz (LED) o un láser. El detector en el otro extremo es un fotodiodo o un fototransistor.

La tecnología de la fibra óptica ha avanzado muy rápidamente. Existen en la actualidad dos métodos básicos -aunque se han desarrollado muchos más- para transmitir a través de un enlace por fibra. La transmisión óptica involucra la modulación de una señal de luz (usualmente apagando, encendiendo y variando la intensidad de la luz) sobre una fibra muy estrecha de vidrio (llamado núcleo).

La otra capa concéntrica de vidro que rodea el núcleo se llama revestimiento. Después de introducir la luz dentro del núcleo ésta es reflejada por el revestimiento, lo cual hace que siga una trayectoria zigzag a través del núcleo.

Por lo tanto las dos formas de transmitir sobre una Fibra son conocida como transmisión en modo simple y multimodo; las cuales se describen a continuación:

Modo simple (monomodo) Involucra el uso de una fibra con un diámetro de 5 a 10 micras. Esta fibra tiene muy poca atenuación y por lo tanto se usan muy pocos repetidores para distancias largas. Por esta razón es muy usada para troncales con un ancho de banda aproximadamente de 100 GHz por kilometro (100 GHz-km).

Una de las aplicaciones más común de las fibras monomodo es para troncales de larga distancia, en donde se emplea para conectar una o mas localidades; las ligas de enlace son conocidas comúnmente como dorsales (backbone).

Multimodo Existen dos Tipos para este modo los cuales son Multimodo/Índice fijo y Multimodo/Índice Gradual. El primer tipo es una fibra que tiene un ancho de banda de 10 a 20 MHz y consiste de un núcleo de fibra rodeado por un revestimiento que tiene un índice de refracción de la luz muy bajo, la cual causa una atenuación aproximada de 10 dB/Km. Este tipo de fibra es usado típicamente para distancias cortas menores de un kilometro. El cable mismo viene en dos tamaños 62.5/125 micras. Debido a que el diámetro exterior es de 1 mm, lo hace relativamente fácil de instalar y hacer empalmes. El segundo tipo Índice Gradual es una cable donde el índice de refracción cambia gradualmente, esto permite que la atenuación sea menor a 5 dB/km y pueda ser usada para distancias largas. El ancho de banda es de 200 a 1000 MHz , el diámetro del cable es de 50/125 micras. (el primer número es el diámetro del núcleo y el segundo es el

diámetro del revestimiento).

Los empalmes utilizados para conectar ambos extremos de las fibras causan también una perdida de la señal en el rango de 1 dB. Así también los conectores o interfaces incurren también en perdidas de 1 dB o más. Los haces de luz (LED) son transmitidos en el orden de 150 Mbps. Los láser en cambio transmiten en el orden de Gbps. Los LEDs son típicamente mas confiables que los láser, pero los láser en cambio proveen más energía a una mayor distancia. Debido a que los lasers tienen una menor dispersión son capaces de transmitir a velocidades muy altas en el modo de transmisión simple. Sin embargo, los láser necesitan estar térmicamente estabilizados y necesitan ser mantenidos por personal más especializado.

Atenuación La transmisión de luz en una fibra óptica no es 100% eficiente. La pérdida de luz en la transmisión es llamada Dispersión. Varios factores influyen tales como la absorción por materiales dentro de la fibra, disipación de luz fuera del núcleo de la fibra y pérdidas de luz fuera del núcleo causado por factores ambientales.

La atenuación en una fibra es medida al comparar la potencia de salida con la potencia de entrada. La Atenuación/Dispersión es medida en decibeles por unidad de longitud. Generalmente esta expresada en decibeles por kilometro (dB/km).

DispersiónLa dispersión es la distorsión de la señal, resultante de los distintos modos (simple y multimodo), debido a los diferentes tiempos de desplazamiento de una señal a través de la fibra. En un sistema modulado digitalmente, esto causa que el pulso recibido se ensanche en el tiempo [ver figura]. No hay pérdida de potencia en la dispersión, pero se reduce la potencia pico de la señal. La dispersión aplica tanto a señales analógicas como digitales. La dispersión es normalmente especificada en nanosegundos por kilometro.

Dispersión en una fibra óptica La dispersión de una energía óptica cae en dos categorías: la dispersión modal y la dispersión espectral.

Dispersión modal: La luz viaja en trayectorias diferentes para cada modo en una fibra. Cada ruta varia la longirud óptica de la fibra para cada modo. En un cable largo, el estiramiento y sumatoria de todos los modos de la fibra tienen un efecto "de longitud" sobre el pulso óptico.

Dispersión espectral: El índice refractivo es inversamente proporcional a la velocidad de la luz que viaja en un medio y su velocidad varia con respecto a su longitud de onda. Sin embargo si dos rayos tienen diferentes longitudes de onda son enviados simultaneamente sobre la misma trayectoria, estos arribaran ligeramente a diferentes tiempos. Esto causa los mismo efectos de la dispersión modal, ensanchando el pulso óptico. La dispersión modal puede ser minimizada reduciendo el ancho del espectro de la fuente óptica.

 

Características típicas de los LEDs y los Lasers

Característica

s

LED Laser

Ancho

espectral

20-60 nm

0.5-6 nm

Corriente

50 mA

150 mA

Potencia de

salida

5 mW

100 mW

Apertura númerica

0.4 0.25

Velocida

d

100 MHz

2 GHz

Tiempo de

vida

10,000 hrs.

50,000 hrs.

Demanda de equipos y sistemas de Fibra Óptica

en Estados Unidos (millones USD)

Mercado/año 1996 2001 2006

Telecomunicaciones 3,520 (59%) 4,940 (36%) 7,165 (32%)

Cable TV 895 (15%) 3,430 (25%) 5,825 (26%)

Servicios públicos 595 (10%) 1,845 (13%) 3,985 (18%)

Redes privadas de datos 270 (5%) 1,595 (12%) 2,465 (11%)

Dentro de edificios 120 (2%) 700 (5%) 1,010 (5%)

Milicia/aeroespacio 325 (5%) 630 (5%) 1,120 (5%)

Automotriz 5 (.08%) 20 (.2%) 150 (0.7%)

Otros 236 (4%) 565 (4%) 730 (3%)

Demanda total del mercado 5,966 13,725 22,400

Fuente: The Freedonia Group Inc. (LIGHTWave Magazine, October 2002)

Tipos de Propagación

Tipos de propagación La transmisión de ondas de radio utiliza cinco tipos de propagación distintos:

--Superficial -- Troposférica -- Ionosférica -- Línea de vista -- Espacio

La tecnología de radio considera que la tierra está rodeada por dos capas de atmósfera: la troposfera y la ionosfera. La troposfera es la poción de la atmósfera que se extiende hasta aproximadamente 45 km desde la superficie de la tierra (en terminología de radio, la troposfera incluye una capa de máxima altitud denominada estratosfera) y contiene aquello en lo que nosotros generalmente pensamos como el aire. Las nubes, el viento, las variaciones de temperatura y el clima en general ocurren en la troposfera, al igual que los viajes en avión. La ionosfera es la capa de la atmósfera por encima de la troposfera pero por debajo del espacio. Esta mas allá de lo que nosotros denominamos atmósfera y contiene partículas libres cargadas eléctricamente (de aquí el nombre).

Propagación en superficie. En la propagación en superficie, la ondas de radio viajan a través de la porción mas baja de la atmósfera, abrazando a la tierra. A las frecuencias mas bajas, las señales emanan en todas las direcciones desde la antena de transmisión y sigue la curvatura de la tierra. La distancia depende de la cantidad de potencia en la señal: cuanto mayor es la potencia mayor es la distancia. La propagación en superficie también puede tener lugar en el agua del mar.

Propagación troposferica. La propagación troposferica puede actuar de dos formas. O bien se puede dirigir la señal en línea

recta de antena a antena (visión directa) ó se puede radiar con un cierto ángulo hasta los niveles superiores de la troposfera donde

se refleja hacia la superficie de la tierra. El primer método necesita que la situación del receptor y el transmisor esté dentro de

distancias de visión, limitadas por la curvatura de la tierra en relación a la altura de las antenas. El segundo método permite

cubrir distancias mayores.

Propagación Ionosférica. En la Propagación Ionosférica, las ondas de radio de más alta frecuencia se radian hacia la ionosfera donde se reflejan de nuevo hacia la tierra. La densidad entre la troposfera y la ionosfera hace que cada onda de radio se acelere y cambie de dirección, curvándose de nuevo hacia la tierra. Este tipo de transmisión permite cubrir grandes distancias con menor potencia de salida.

Propagación por visión directa. En la Propagación por visión directa, se trasmite señales de muy alta frecuencia directamente de antena a antena, siguiendo una línea recta. Las antenas deben ser direccionales, estando enfrentadas entre

si, y/o bien están suficientemente altas ó suficientemente juntas para no verse afectadas por la curvatura de la tierra. La propagación por visión directa es compleja porque las transmisiones de radio no se pueden enfocar completamente. Las

ondas emanan hacia arriba y hacia abajo así como hacia delante y pueden reflejar sobre la superficie de la tierra o partes de la atmósfera. Las ondas reflejadas que llegan a la antena receptora mas tarde que la porción directa de la transmisión puede

corromper la señal recibida.

Propagación por el espacio. La Propagación por el espacio utiliza como retransmisor satélites en lugar de la refracción atmosférica. Una señal radiada es recibida por un satélite situado en órbita, que la reenvía devuelta a la tierra para el

receptor adecuado. La transmisión vía satélite es básicamente una transmisión de visión directa como un intermediario. La distancia al satélite de la tierra es equivalente a una antena de súper alta ganancia e incremente enormemente la distancia

que puede ser cubierta por una señal.

Microondas Terrestre Un radioenlace terrestre o microondas terrestre provee conectividad entre dos sitios (estaciones terrenas) en línea de vista (Line-of-Sight, LOS)

usando equipo de radio con frecuencias de portadora por encima de 1 GHz. La forma de onda emitida

puede ser analógica (convencionalmente en FM) o digital.

 

Las principales aplicaciones de un sistema de microondas terrestre son las siguientes:

Telefonía básica (canales telefónicos) Datos

Telegrafo/Telex/Facsímile

Canales de Televisión.

Video

Telefonía Celular (entre troncales)

Un sistema de microondas consiste de tres componentes principales: una antena con una corta y flexible guía de onda, una unidad externa de RF (Radio Frecuencia) y una unidad interna de RF. Las principales frecuencias utilizadas en microondas se encuentran alrededor de los 12 GHz, 18 y 23 Ghz, las cuales son capaces de conectar dos localidades entre 1 y 15 millas de distancia una de la otra. El equipo de microondas que opera entre 2 y 6 Ghz puede transmitir a distancias entre 20 y 30 millas.

Las licencias o permisos para operar enlaces de microondas pueden resultar un poco difíciles ya que las autoridades (S.C.T. México, FCC Estados Unidos) deben de asegurarse que ambos enlaces no causen interferencia a los enlaces ya existentes. El clima y el terreno son los mayores factores a considerar antes de instalar un sistema de microondas. Como por ejemplo, no se recomienda instalar sistemas en lugares donde no llueva mucho; en este caso deben usarse radios con frecuencias bajas (es decir menores a 10 GHz). La consideraciones en terreno incluyen la ausencia de montañas o grandes cuerpos de agua las cuales pueden ocasionar reflecciones de multi-trayectorias.

Radio Frecuencia (HF)

Por convención, la radio transmisión en la banda entre 3 Mhz y 30 Mhz es llamada radio de alta frecuencia (HF) u ondas cortas. Las bandas de frecuencia dentro del espectro de HF son asignadas por tratados internacionales para servicios específicos como movibles (aeronáutico, marítimo y terrestre), radiodifusión, radio amateur, comunicaciones espaciales y radio astronomía. La radio de HF tiene propiedades de propagación que la hacen menos confiable que otras frecuencias; sin embargo, la radio de HF permite comunicaciones a grandes distancias con pequeñas cantidades de potencia radiada. Las ondas de radio de HF transmitidas desde antenas en la tierra siguen dos trayectorias. La onda terrestre (groundwave) sigue la superficie de la tierra y la onda aérea (skywave) rebota de ida y vuelta entre la superficie de la tierra y varias capas de la ionosfera terrestre. La útil para comunicaciones de hasta cerca de 400 millas, y trabaja particularmente bien sobre el agua. La onda aérea propaga señales a distancias de hasta 4,000 millas con una confiabilidad en la trayectoria de 90 %.

Foto cortesia de: KMA antennas www.qsl.net/w4kma/

La trayectoria de propagación de las ondas aereas son afectadas por dos factores El angulo y la frecuencia Si la onda radiada entra en la capa ionizada con un angulo mayor que el (angulo crítico) entonces la onda no es reflejada ; pero si el angulo es menor que la onda será reflejada y regresara a la tierra. Ambos efectos son mostrados en las siguientes figuras.

El peso del capa de la ionósfera afectara gandemente la distancia de salto. La distancia tambien varia con la frecuencia de la onda transmitida. Ya que el peso y la densidad de la capas de la ionosfera dependen tambien la radiación solar, hay una significante diferencia entre la distancia de salto de las transmisiones diurnas y las nocturnas. Las ondas terrestres en cambio tiene un alcance más corto comparadas con las ondas áereas. Las ondas terrestres tienen tres componentes: la onda directa, la onda de superficie y la onda reflejada. Las ondas terrestres son afectadas por la conductividad y las caracteristicas de la superficie de la tierra. A más alta conductividad mejor transmisión, asi las ondas terrestres viajan mejor sobre al agua del mar, agua dulce, aguas pantanosas, etc. Sobre terreno rocosos y desierto la transmisión es muy pobre, mientras que en zonas selvaticas es practicamente inutilizable. Las condiciones de humedad en el aire cercanas a la tierra afectan grandemente las ondas terrestres. Las características de propagación de la onda terrestre tambien son afectadas por la frecuencia de la onda.

Laser/Infrarojo Vía satélite

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Las transmisiones de laser de infrarrojo directo envuelven las mismas técnicas empleadas en la transmisión por fibra óptica, excepto que el medio en este caso es el aire libre. El láser tiene un alcance de hasta 10 millas, aunque casi todas las aplicaciones en la actualidad se realizan a distancias menores de una milla. Típicamente, las transmisiones en infrarrojo son utilizadas donde la instalación de cable no es factible entre ambos sitios a conectar. Las velocidades típicas de transmisión a esas distancias son 1.5 Mbps. La ventaja del laser infrarrojo es que no es necesario solicitar permiso ante las autoridades para utilizar esta tecnología. Debe de tenerse mucho cuidado, en la instalación ya que los haces de luz pueden dañar al ojo humano. Por lo que se requiere un lugar adecuado para la instalación del equipo. Ambos sitios deben de tener linea de vista.

Para distancias cortas las transmisiones vía laser/infrarojo son una excelente opción. Lo cual resulta en poco tiempo mas economico que el empleo de estaciones terrenas de microondas. Se utiliza bastante para conectar LANs localizadas en diferentes edificios. ( ver figura)

Fabricante: Cablefree Solutions Ltd.Modelo: Cablefree 622

Velocidad: 1 a 622 Mbps en rangosde 200 m, 500m, 1 Km y 2 Km.

Longitud de Onda de operación: 785nm Referencia URL:

http://www.cablefree.co.uk/c Fabricante: CANON, Inc.

Modelo: Canobeam III, DT-50 seriesVelocidad: hasta 622Mbps hasta 2 km.Redes soportadas: ATM, FDDI, y Fast

Ethernet. Longitud de Onda de operación:

785±15nm Referencia URL:

http://www.usa.canon.com/

Fabricante: FSona Optical WirelessModelo: SONAbeam 52-M

Velocidad: 1.5 a 52 Mbps a 200 a 4250 metros

Redes soportadas: N x T1/E1, DS3, E3, OC-1/STM-0 y SONET SDH standards.

Longitud de Onda de operación: 1550 nmReferencia URL: http://www.fsona.com/

La idea de comunicación global mediante el uso de satélites se debe a Arthur C. Clarke quien se basó en el trabajo matemático y físico de las Leyes de Isaac Newton publicadas en 1687 y las Leyes de Kepler, publicadas en el periodo 1609-1619, y lo unió con aplicaciones y tecnología existente en esa época (1940's). La propuesta de Clarke en 1945 se basaba en lo siguiente: El satélite serviría como repetidor de comunicaciones

El satélite giraría a 36,000 km de altura sobre el ecuador

A esa altura estaría en órbita "Geoestracionaria"

Tres satélites separados a 120° entre sí cubrirían toda la tierra

Se obtendría energía eléctrica mediante energía solar

El satélite sería una estación espacial tripulada.

Casi todos estos puntos se llevaron a cabo unos años después, cuando mejoró la tecnología de cohetes, con la excepción del último punto. Este no se cumplió debido al alto costo que implicaba el transporte y mantenimiento de tripulación a bordo de la estación espacial, por cuestiones de seguridad médica y orgánica en los tripulantes, y finalmente por el avance de técnicas de control remoto.

En la siguiente figura se muestra el área de cobertura de un satelite geostacionario:

Un satélite actúa como una estación de relevación (relay station) o repetidor. Un transpondedor recibe la señal de un transmisor, luego la

amplifica y la retransmite hacia la tierra a una frecuencia diferente. Debe notarse que la estación terrena transmisora envía a un solo

satélite. El satélite, sin embargo, envía a cualquiera de las estaciones terrenas receptoras en su área de cobertura o huella (footprint).

La transmisión por satélite ofrece muchas ventajas para una compañia. Los precios de renta de espacio satelital es más estable que los que ofrecen las compañias telefónicas. Ya que la transmisión por satélite no es sensitiva a la distancia. Y además existe un gran ancho de banda disponible.

Los beneficios de la comunicación por satélite desde el punto de vista de comunicaciones de datos podrian ser los siguientes:

Transferencia de información a altas velocidades (Kbps, Mbps)

Ideal para comunicaciones en puntos distantes y no fácilmente

accesibles geográficamente.

Ideal en servicios de acceso múltiple a un gran número de puntos.

Permite establecer la comunicación entre dos usuarios distantes con

la posibilidad de evitar las redes publicas telefónicas.

Entre las desventajas de la comunicación por satélite estan las siguientes:

1/4 de segundo de tiempo de propagación. (retardo)

Sensitividad a efectos atmosféricos

Sensibles a eclipses

Falla del satélite (no es muy común)

Requieren transmitir a mucha potencia

Posibilidad de interrupción por cuestiones de estrategía militar.

A pesar de las anteriores limitaciones, la transmisión por satélite sigue siendo muy popular.

Los satélites de orbita baja (Low Earth Orbit LEO) ofrecen otras alternativas a los satelites geostacionarios (Geosynchronous Earth Orbit GEO), los cuales giran alrededor de la tierra a más de 2,000 millas. Los

satelites de este tipo proveen comunicaciones de datos a baja velocidad y no son capaces de manipular voz , señales de video o datos a altas

velocidades. Pero tienen las ventajas que los satelites GEO no tienen. Por ejemplo, no existe retardo en las transmisiones, son menos sensibles a

factores atmosféricos, y transmiten a muy poca potencia. Estos satélites operan a frecuencias asignadas entre los 1.545 GHz y los 1.645 GHz

(Banda L). Vía satélite vs. Fibra óptica

Ventajas de la fibra óptica Desventajas de la fibra óptica

Gran ancho de banda

Inmunidad a la interferencia y ruido

Bajo costo inicial en equipo de comunicaciones

No requiere personal especializado

No hay costos por el mantenimiento de la línea.

No usa el espectro radioeléctrico

No existe retardo

Cobertura limitada (del cableado)

Alto costo de operación mensual

Costos dependientes de la distancia

Requiere contratación de la línea ante una compañía telefónica

Ventajas vía satélite Desventajas vía satélite

Gran ancho de banda Costo de operación mensual muy

Gran cobertura nacional e internacional

Costo insensible a la distancia

alto.

Retardo de 1/2 segundo

Inversión inicial en equipo de comunicaciones muy costoso (estaciones terrenas y demás

dispositivos).

Muy sensible a factores atmosféricos

Sensible a la interferencia y ruido

Sensible a eclipses

Requiere de personal especializado

El mantenimiento corre a cargo del usuario

No recomendable para aplicaciones de voz

Hace uso del espectro radioeléctrico

Introducción a las comunicaciones

Evolución Histórica de la Regulación de las Comunicaciones Móviles por parte de la FCC

1921 Departamento de Policía de Detroit (2 MHz)

1932 Departamento de Policía de Nueva York (2 MHz)

1934 La FCC autoriza 4 canales en el intervalo de 30-40 MHz

Posterior a DPLMR

1946 Primer sistema móvil público de Bell Labs (150 MHz)

1947 Sistema móvil para carreteras (35-44 MHz, simplex)

1955 11 canales alrededor de los 150 MHz con 30 MHz de ancho de banda

1956 12 canales en 450 MHz (manual)

1964 Primer sistema automático 150 MHz conocido como MJ (dúplex)

1969 Primer sistema automático 450 MHz conocido como MK (dúplex)

1971 Propuesta del primer sistema de radio celular de Bell a FCC

1977 FCC autoriza la instalación y la prueba del AMPS

1981 FCC libera la banda de 800-900 MHz para el servicio de radio telefonía móvil celular con 40 MHz de ancho de banda

1990 FCC recibe petición para establecer el primer Sistema Personal de Comunicaciones (PCS)

FCC: Federal Communications CommisionDPLMR: Domestic Public Land Mobile Radio ServiceAMPS: Advance Mobile Phone Service

Objetivos principales de los sistemas móviles

Capacidad para un gran número de suscriptores

Uso eficiente del espectro electromagnético debido a la utilización repetida de frecuencias

Compatibilidad a nivel nacional e internacional, para que los usuarios móviles puedan utilizar sus mismos equipos en otros países o áreas

Prestación de servicios como teléfono portátil, teléfono vehicular, transmisión de datos, entre otros;

Adaptación a la densidad de tráfico; dado que la densidad de tráfico es diferente en cada punto de la zona de cobertura.

Calidad del servicio comparable a servicio telefónico tradicional y accesible al público en general

Los sistemas celulares se localizaron en un principio en los 450 MHz y posteriormente se les asignó la banda de 800 y 900 MHz, independientemente si es digital o analógico.

La motivación principal para la elección se basó en la facilidad de acceso a la tecnología en la banda VHF;

Baja interferencia al ruido eléctrico;

Habilidad de penetrar edificios;

Interferencias causadas por cambios ionosféricos y por temperatura sigue una ley inversa a la frecuencia, teniendo mejor desempeño a frecuencias más altas; además,

Los tamaños de las antenas se reducen considerablemente y es posible hacerlas de menos de 30 cm de longitud

A pesar de las ventajas anteriores existen algunas desventajas en el uso de esa banda de frecuencias en zonas rurales, donde la atenuación varía con el clima y las pérdidas por propagación se incrementa con el polvo y con el follaje espeso.

Las obstrucciones tales como las montañas y edificios provocan áreas de reflexión haciendo que la señal se reciba con atenuaciones fuertes.

Hoy en día existen otras bandas de frecuencias reservadas a la telefonía móvil, 1800 MHz, 1900 MHz y 2000 MHz

Otros artículos relacionados con Telefonía Celular El ABC de la telefonía celular (1ra. parte)

Publicado en la Revista RED , Septiembre-Octubre de 2004.

IntroducciónEn 1971, la industria de la computación entrá a una nueva era. Los microprocesadores -a pesar de su poco tamaño y su bajo consumo de potencia- eran capaces de realizar cualquier tipo de tarea, por compleja que ésta sea.

Por otro lado, la tecnología de circuitos integrados a grande escala lográ reducir el enormemente el tamaño de los transreceptores móviles haciendo posible que éstos puedan caber en un automóvil. Todos estos avances ayudaron a desarrollar sistemas de telefonía móvil más avanzados permitiendo el consumo masivo, al reducir el costo y tamaño de los teléfonos celulares.

En enero de 1979, la FCC (Federal Communications Commission) de Estados Unidos (EUA) autorizó a la Compañía AT&T conducir el desarrollo de un sistema celular en el Área de Chicago. Subsecuentemente AT&T liberó el sistema celular conocido como AMPS (Advanced Mobile Phone System). Por otro lado, la compañía ARTS (American Radio Telephone Service, Inc.) fue autorizada para operar un sistema celular en el área de Washington, D.C. y Baltimore. Estos sistemas mostraron la capacidad y la factibilidad de los sistemas de telefonía celular.

Finalmente en octubre de 1983 se pone en operación el primer sistema comercial dentro de los EUA en la ciudad de Chicago.

La asignación de la banda de 800 MHz La decisión de la FCC para escoger la banda de 800 MHz para los sistemas celulares fue debido a limitaciones severas de espectro en las bandas de más baja frecuencia ocupadas por otros servicios como la televisión, radio en frecuencia modulada (FM), radiocomunicación móvil, entre otros. En 1974 la FCC asignó 40 MHz de espectro para el servicio de telefonía móvil para un concesionario único por región de servicio.

En 1980, la FCC reconsideró la estrategia de mercado único y estudio la posibilidad de dividir el espectro de 40 MHz en dos portadoras por área de servicio. La idea era eliminar la posibilidad de un monopolio y proporcionar las ventajas que acompañan a un ambiente de competencia. Entonces, estos 40 MHz se repartiría entre dos concesionarios, tocándole a cada uno un espectro de 20 MHz identificados como bloque A y bloque B o mejor conocidos como banda A y banda B.

El 24 de julio de 1986 se adicionaron 5 MHz a cada banda, correspondiéndole a cada concesionario un ancho de banda total de 25 MHz. Como a cada canal tiene asignado 30 KHz, en total suman 832 canales por banda [Tabla 1.1]. Como se asignan 42 canales para señalización y control, el número de canales para voz se reduce a 790.

El 19 de abril de 1989 la interface de aire para este sistema fue estandarizada por organismos estadounidenses como la ANSI (American National Standards Institute), la EIA (Electronic Industry Association) y la TIA (Telecommunication Industry Association), quienes definieron el estándar "Especificación de compatibilidad estación tierra - estación móvil" ANSI/EIA/TIA-553-1989 para el sistema AMPS extendido o EAMPS, el cual se convirtió en el estándar americano y la base para los sistemas analógicos de telefonía celular europeos.

El número limitado de canales para proveer una adecuada calidad de voz y un servicio con gran desempeño a un tamaño de

población ilimitado es todo un reto para los concesionarios de telefonía celular.

Debido a la saturación de las bandas de 800 MHz (servicio celular analógico), se han abierto otros intervalos de frecuencias para aplicaciones móviles de manera digital. La banda conocida como PCS (Personal Communication Services) se encuentra en el intervalo de 1850-1910/1930-1990 MHz. Otras bandas en 2.1 GHz y 2.5 GHz también son consideradas para aplicaciones futuras de aplicaciones inalámbricas. Antecedentes de la telefonía celular en el mundo Paralelamente en otros países también se empiezan a desarrollar sistemas de telefonía inalámbrica. En Japón, por ejemplo, la NTT (Nippon Telegraph and Telephone Corp.) desarrolló un sistema de telefonía móvil similar al AMPS en la banda de los 800-900 MHz. El japonés fue el primer sistema celular comercial en el mundo al introducirse en 1979 en el área de Tokio. Este sistema permitía un total de 600 canales de 25 KHz.

En Inglaterra en junio de 1982 el gobierno anunció un sistema celular conocido como TACS (Total Access Communications System) el cual tenia un número total de 1000 canales (600 asignados y 400 reservados) con una ancho de banda de 25 KHz por canal. Cellnet y Vodafone son los dos competidores con el sistema TACS en el Reino Unido.

En los países escandinavos (Dinamarca, Noruega, Suecia y Finlandia) en cooperación con Arabia Saudita y España, fue desarrollado un sistema conocido como NMT (Nordic Mobile Telephone). Este sistema celular opera en la banda de 450 MHz (base 463-467.5, móvil 543-457.5) con un ancho de banda total de 10 MHz con canales de 25 KHz. Este sistema no tiene transferencia de celda (hand-off) ni capacidades de roaming. Utiliza repetidores para incrementar la cobertura en áreas de bajo tráfico.

Otros sistemas celulares fueron implementados en diversos países con características similares al sistema europeo y al americano. En resumen los sistemas celulares más utilizados de esa época fueron el AMPS, TACS, NMT y NTT. A todos estos sistemas forman parte de la primer generación de la telefonía celular [Tabla 1.2].

Tabla 1.2 Tecnologías de la 1er Generación de telefonía móvil

Parámetros AMPS TACS NMT NTT

Frecuencia Tx (MHz)BaseMóvil

870-890825-845

935-960890-915

463.5-467.5453-457.5

870-885925-940

Espacio entre frecuencias Tx/Rx (MHz)

45 45 10 55

Espacio entre canales (KHz)

30 25 25 25

Número de canales

882 1000 180 600

Cobertura radiobase (km)

2-25 2-20 1.8-40 5-10

Velocidad de transmisión

(Kbps)10 8 1.2 0.3

Funcionamiento de un sistema celularUn sistema celular para su funcionamiento está compuesto por los siguientes elementos:

1.- Unidades móviles (teléfonos): Un teléfono móvil contiene una unidad de control, un transreceptor y un sistema de antena.

2.- Las celdas (radio bases): La radio base provee la interface entre el MTSO y las unidades móviles. Tiene una unidad de control, cabinas de radio, antenas y una planta de generadora eléctrica y terminales de datos.

3.- EL MTSO (El Mobile Telephone Switching Office): es el conmutador central móvil, el procesador de llamadas y el conmutador de las celdas. El MTSO está interconectado con la oficina central de telefonía pública. Además controla el procesamiento, monitoreo y tarificación de llamadas. En resumen, el MTSO es el corazón de un sistema de telefonía celular.

4.- Las conexiones o enlaces: Los enlaces de radio y datos interconectan los tres subsistemas.

Los sistemas de telefonía celular son sistemas de radio que involucran transmisión distribuida. Muchos usuarios pueden accesar al servicio en una área de cobertura limitada. Esta área está dividida en pequeñas áreas conocidas como celdas. Cada celda tiene un transmisor/receptor fijo conocido como radio base. Un usuario debe

comunicarse con la radio base para establecer una llamada. La llamada puede ser de voz o de datos y la radio base se encarga de enrutar la llamada hacia cualquier red terrestre (e.g. Red Telefónica Pública Conmutada [RTPC]) o hacia otro usuario dentro de la misma red celular.

Cada usuario de un sistema celular es también llamado un suscriptor. El enlace que se establece de la radio base al suscriptor es referido como enlace de bajada o de ida (downlink). El enlace del suscriptor hacia la estación base es conocido como enlace de subida (uplink).

Los suscriptores celulares pueden ser estacionarios o móviles. Si el suscriptor es móvil, entonces la red celular debe ser capaz de manipular la situación en que el suscriptor móvil se mueva de una celda a otra. Este evento se le conoce como transferencia entre celdas (handoff o handover). Con el fin de asegurar que una llamada no se caiga cuando ocurra una transferencia de celda, la información acerca de la unidad móvil es usualmente conocida por las radio bases involucradas en la transferencia de celdas. Esta información es transferida a través de otro tipo de enlaces, donde se envía también información de control y señalización. A estos enlaces se les conoce como red dorsal. La red dorsal consiste de varias entidades entre la RTPC y la radio base. La radio base usualmente hace interface con un Controlador de Radio Bases (CRB). Uno o mas CRBs son usualmente conectados a un MTSO el cual está conectado directamente a la RTPC.

Una red celular esta compuesta por muchas celdas acomodadas geográficamente. Por lo regular, una radio base utilizará frecuencias diferentes para comunicarse con las demás radio bases en celdas vecinas. El factor de reuso de frecuencias permite que un número mínimo de frecuencias sean utilizadas en una red celular asegurando la no-interferencia entre las celdas. Para fines de diseño las celdas son representadas en forma hexagonal. Este tipo de representación frecuentemente da como resultado reuso en frecuencia en un factor de 7, el mínimo número de frecuencias necesarias para asegurar que las radio bases vecinas no tengan que ocupar las mismas frecuencias. La representación hexagonal es adecuada para análisis preliminar de una red celular. En la realidad, diversos factores como el terreno, edificios, construcciones, densidad poblacional hacen que el área de cobertura de una radio base sea irregular.

Las técnicas de acceso múltipleUna de las estrategias más importantes para aumentar el número de usuarios en un sistema celular radica principalmente en la técnica de acceso múltiple que este sistema emplee. Las técnicas de acceso múltiple en un sistema inalámbrico permiten que varios usuarios puedan estar accesando simultáneamente un canal o un grupo de frecuencias, lo que permite el uso eficiente del ancho de banda.

Existen tres técnicas para compartir un canal de Radio Frecuencia (RF) en un sistema celular:a) FDMA (Acceso Múltiple por División de frecuencias, Frequency Division Multiple Access)b) TDMA (Acceso Múltiple por División de Tiempo, Time Division Multiple Access)c) CDMA (Acceso Múltiple por División de Código, Code Division Multiple Access)

FDMALos sistemas celulares basados en FDMA formaron la base de los primeros sistemas celulares en el mundo. FDMA fue implementada en la banda de 800 MHz utilizando un ancho de banda de 30 KHz por canal.

FDMA subdivide el ancho de banda en frecuencias, cada frecuencia sólo puede ser usada por un usuario durante una llamada. Debido a la limitación en ancho de banda, esta técnica de acceso es muy ineficiente ya que se saturan los canales al aumentar el número de usuarios alrededor de una celda. Esta técnica de acceso múltiple predominó en los sistemas celulares analógicos de la primer generación. La tecnología más conocida de esta generación es conocida como AMPS (American Mobile Phone System).

TDMADespués de la introducción de FDMA, operadores celulares y fabricantes de equipo inalámbrico reconocieron las limitaciones de esta técnica de acceso analógica. Años más adelante aparecen los primeros sistemas celulares digitales basados en TDMA. Con el fin de continuar la compatibilidad con la asignación de espectro del sistema anterior ocupado por la tecnología AMPS, se desarrolla en Norteamérica a finales de los 80s un sistema conocido como DAMPS (Digital AMPS) también con 30 KHz de ancho de banda por canal. En Europa se desarrolla también un sistema celular digital basado en TDMA conocido como GSM (Groupe Special Mobile) con canales de 200 KHz. Los primeros sistemas bajo GSM fueron instalados en 1991, mientras el primer sistema instalado en Norteamérica fue instalado en Canadá en 1992.

Los sistemas celulares bajo TDMA utilizan el espectro de manera similar a los sistemas TDMA, con cada radio base ocupando una frecuencia distinta para transmitir y recibir. Sin embargo, cada una de estas dos bandas son divididas en tiempo (conocidas como ranuras de tiempo) para cada usuario en forma de round-robin. Por ejemplo, TDMA de tres ranuras divide la transmisión en tres periodos de tiempo fijos (ranuras), cada una con igual duración, con una asignación particular de ranuras para transmisión para uno de 3 posibles usuarios. Este tipo de metodología requiere una sincronización precisa entre la terminal móvil y la radio base. Como puede verse en este esquema de tres ranuras por canal, se incrementa en un factor de tres la capacidad de TDMA con respecto a FDMA. CDMA

A mediados de los 80s algunos investigadores vieron el potencial de una tecnología conocida como espectro disperso (spread spectrum) la cual era utilizada para aplicaciones militares pero que también podría ser usada para telefonía celular. Esta tecnología de espectro disperso involucra la transformación de la información de banda angosta a una señal de banda amplia para transmisión, la cual puede ser vista como una manera de aumentar las capacidades de los sistemas TDMA que limitan el número de usuarios al número de ranuras de tiempo.

Espectro disperso (Spread Spectrum) es una tecnología de banda amplia desarrollada por los militares estadounidenses que provee comunicaciones seguras, confiables y de misión critica. La tecnología de espectro disperso está diseñada para intercambiar eficiencia en ancho de banda por confiabilidad, integridad y seguridad. Es decir, más ancho de banda es consumido con respecto al caso de la transmisión en banda angosta, pero el "trueque" ancho de banda/potencia produce una señal que es en efecto más robusta al ruido y así más fácil de detectar por el receptor que conoce los parámetros (código) de la señal original transmitida. Si el receptor no está sintonizado a la frecuencia correcta o no conoce el código empleado, una señal de espectro disperso se detectaría solo como ruido de fondo. Debido a estas características de la tecnología de espectro disperso la interferencia entre la señal procesada y otras señales no esenciales o ajenas al sistema de comunicación es reducida.

Al asignar diferentes códigos únicos a los usuarios, un sistema de acceso múltiple es posible. A este método de acceso múltiple se le conoce como CDMA. Las limitaciones de reuso de frecuencia vistas en FDMA y TDMA ya no son tan críticas en CDMA, ya que múltiples terminales móviles y radio bases pueden ocupar las mismas frecuencias a la vez. Es obvio entonces que la capacidad en usuarios en CDMA se incrementa bastante con respecto a las otras dos técnicas de acceso múltiple.

En la segunda parte de este artículo hablaremos sobre las diversas generaciones de telefonía celular y sobre las tecnologías más

importantes. El ABC de la telefonía celular (parte 2)

Por Evelio Martínez

Publicado en la Revista RED , Septiembre-Octubre de 2004. La segunda generación de telefonía móvil

Debido a las ineficiencias en el método de acceso múltiple FDMA empleado en la primer generación (1G) de la telefonía celular, se propusieron nuevas alternativas para incrementar la cantidad de usuarios simultáneos en una celda.

Aparece entonces diez años después TDMA y CDMA como tecnologías predominantes de esta segunda generación (2G). La 2G se caracteriza por ser digital, en vez de analógica como la 1G. Es decir, digital porque los aparatos móviles y las radio bases eran capaces de modular, codificar, etc. de manera digital, aunque las señales en el aire siguen y seguirán siendo analógicas. La digitalización trajo consigo la reducción del tamaño, costo y consumo de potencia en los dispositivos móviles, esto permitió que las baterías que alimentan a los celulares tengan más horas de duración. Otros de los beneficios de la digitalización en la telefonía celular, son nuevos servicios tales como identificador de llamada, envío de mensajes de cortos (SMS), mensajes de voz, conferencia tripartita, sólo por mencionar algunos. Estos servicios dependen del proveedor de servicios y de las funciones que soporte el teléfono.

Una nueva banda de frecuencias fue abierta para permitir estos servicios y nuevos competidores. La banda de 1.9 GHz (1,850 -1,990 MHz) conocida como PCS abrió nuevas expectativas para los usuarios y muchas compañías telefónicas tomaron este término de PCS para sus campañas publicitarias. En PCS están encasilladas tres tecnologías básicamente: GSM, TDMA IS-136 y CDMA IS-95. Estas tres tecnologías predominantes de la segunda generación se describen a continuación.

GSM

Europa empezó la era de la telefonía celular con 5 interfaces de aire analógicas e incompatibles entre sí. Para estandarizar todos estos sistemas en uno sólo, con roaming transparente en todos los países, se crea GSM (conocido también como Global System for Mobile Communications) por el organismo CEPT. En 1982 La Comisión Europea emite una orden en la cual sugiere a los países miembros reservar la banda de 900 MHz para GSM. En 1985, el CCITT creo una lista de recomendaciones técnicas para el sistema GSM. En la actualidad las especificaciones GSM son responsabilidad de la ETSI. En enero de 1992 la primer compañía celular con GSM, Oy Radiolinja AB, empieza a operar en Finlandia.

La mayoría de los sistemas basados en GSM operan en la banda de 900 MHz y 1.8 GHz excepto en Norteamérica donde se opera en la banda de 1.9 GHz. El sistema celular GSM 1900 ha estado operando en los Estados Unidos comercialmente desde 1996.

GSM usa una combinación de FDMA y TDMA en un espectro total de 25 MHz. FDMA divide esos 25 MHz en 124 frecuencias portadoras de 200 KHz cada una. Cada canal de 200 KHz es entonces dividido

en 8 ranuras de tiempo utilizando TDMA. Bajo este esquema los sistemas GSM soportan velocidades de hasta 9.6 Kbps.

En la actualidad GSM es la tecnología celular con mayor penetración a nivel mundial, con más de 400 operadores en más de 170 países y superando los 650 millones de usuarios. Se proyecta

que este número de usuarios aumente a 1,400 millones para el 2005.

TDMA IS-136TDMA Interim Standard 54 (IS-54) fue liberado por la TIA a principios de 1991. En 1994, la FCC de EUA anunció la asignación de espectro para PCS en la banda de 1900 MHz y comienzan una serie de subastas de esa banda. TDMA IS-136, conocido también como DAMPS (Digital AMPS), es basado en la especificación IS-136, la cual es una revisión de la versión original IS-54. Las especificaciones del TDMA IS-136 fueron publicadas hasta 1994. TDMA IS-136 divide el ancho de banda de canal de 30 KHz en tres ranuras de tiempo, incrementando en 3 veces la capacidad con respecto a la versión analógica AMPS.

TDMA IS-136 permite velocidades de hasta 9.6 Kbps e incorpora una diversidad de servicios digitales y al mismo tiempo puede coexistir con la red analógica AMPS en los 800 MHz.

PDC es otra tecnología celular digital de segunda generación basada en TDMA que es utilizada ampliamente en Japón. Este sistema fue introducido por el operador japonés NTTDoCoMo en 1991 como un reemplazo de los antiguos sistemas analógicos. Opera en las bandas de 800 y 1,500 MHz operando a velocidades de hasta 9.6 Kbps.

CDMA IS-95CDMA es una forma particular de la tecnología conocida como espectro esparcido (spread spectrum) y data de los años 40s y era usada para comunicaciones militares por su inmunidad a la interferencia y alta seguridad. En los 70s y 80s fue creciendo el interés en aplicaciones comerciales, principalmente en telefonía celular. A finales de los 80s y principios de los 90s, la compañía Qualcomm desarrolló un sistema celular basado en CDMA. En 1993 el sistema de Qualcomm fue modificado y adoptado por la TIA como el Interim Standard 95 (IS-95) conocido también como cdmaOne. Muchos operadores adoptaron este estándar en las bandas de 800 y 1900 MHz. En 1995 finalmente fue el lanzamiento del primer sistema comercial basado en CDMA IS-95A en Hong Kong por el operador Hutchison Telecom. CDMA IS-95 (cdmaOne) soporta servicios de datos en conmutación de circuitos a velocidades de 9.6 Kbps a 14.4 Kbps. El protocolo IS-95A soporta velocidades de hasta 14.4 Kbps. El protocolo IS-95B (basado en conmutación de paquetes), el cual es una paso transicional hacia la siguiente generación, ofrece velocidades de datos de hasta 64 Kbps manteniendo compatibilidad hacia atrás con los sistemas existentes de IS-95A. Con CDMA se incrementa la capacidad del sistema de 10 a 15 veces comparado con AMPS y más de tres veces comparado con los sistemas basados en TDMA. A parte de la eficiencia en espectro, CDMA ofrece capacidades de seguridad y privacidad al incorporan un sistema criptográfico de autenticación. A diferencia de ancho de banda de canal de los sistemas GSM y TDMA, CDMA utiliza un espectro de 1.25 MHz donde todos los usuarios pueden tener acceso a éste. En la actualidad los usuarios de CDMA suman mas de 100 millones en el mundo.

En el caso de México, TELCEL opera su red celular bajo TDMA, el resto de los operadores celulares (e.g. Pegaso, Movistar, Unefon, Iusacell) tiene su red bajo la tecnología CDMA.

Conmutación de circuitos versus conmutación de paquetes

Muchas de las redes y tecnologías celulares están basadas en conmutación de circuitos. Este tipo de redes establece circuitos continuos de transmisión que permiten a la red enrutar datos a una localidad especifica. La conmutación de circuitos requiere de un canal dedicado, incluso cuando no se estén enviando datos. Las redes de conmutación de circuitos permiten a los operadores celulares la transmisión de voz y datos a velocidades de hasta 14 Kbps.

Las redes de conmutación de paquetes trabajan de manera diferente a la conmutación de circuitos. Con conmutación de paquetes se envían y reciben ráfagas de datos. Cada ráfaga

contiene un número secuencial permitiendo la recreación de bloques de datos una vez que todos los datos son enviados. Un canal es ocupado sólo por la duración de la transmisión de los datos en vez de usarse de manera continua. Las redes de conmutación de circuitos permiten a los operadores celulares la transmisión de voz y datos a velocidades desde 64 Kbps hasta 2 Mbps.

Tabla 1 Comparación entre las tecnologías inalámbricas

Tecnología GeneraciónTipo de

transmisiónVelocidad máxima

TDMA IS-136 2GConmutación de circuitos

9.6 Kbps

GSM 2GConmutación de circuitos

9.6 Kbps

PDC 2GConmutación de circuitos

9.6 Kbps

CDMA IS-95A 2GConmutación de circuitos

14.4 Kbps

CDMA IS-95B 2GConmutación de paquetes

64 Kbps

GPRS 2.5GConmutación de paquetes

115 Kbps

EDGE 2.5GConmutación de paquetes

384 Kbps

CDMA 2000 1X 2.5GConmutación de paquetes

144 Kbps

CDMA 2000 3GConmutación de paquetes

2.0 Mbps

WCDMA 3GConmutación de paquetes

2.0 Mbps

El camino hacia 3GFabricantes y operadores celulares han estado trabajando intensamente para desarrollar nuevas tecnologías para la siguiente generación de los sistemas inalámbricos. La decisión inicial de escoger la tecnología de acceso múltiple es muy importante, ya que de esta depende la rápida implantación de la tecnología [CDMA vs. TDMA] al menor costo. El moverse de una generación a otra [2G a 3G, por ejemplo] implica en la mayoría de los casos una nueva infraestructura de red para la nueva interface de aire, planeación de radio bases y modificaciones al corazón y dorsal de la red. Esto implica el desembolso de grandes sumas de dinero por parte de los inversionistas y cuya recuperación retornará en muchos años, si es que los planes de negocios son los adecuados. Los operadores cuya tecnología está basada en CDMA comentan que su migración a la siguiente generación será menos costosa que los sistemas basados en TDMA/GSM. Es por eso que operadores bajo TDMA optaron por hacer una transición más suave al implementar servicios de datos con redes de conmutación de paquetes a velocidades de 384 Kbps [EDGE] y 115 Kbps [GPRS]. A esta transición suave se le conoce como generación 2.5G. Estos sistemas 2.5G pueden aprovechar mucha de la infraestructura existente de la 2G para ofrecer nuevos servicios de datos.

Los nuevos estándares basados en IS-136 como IS-136+ y IS-136HS permiten transmisiones a mayores velocidades de información tal es el caso de EDGE y GPRS. Estas nuevas tecnologías de conmutación de paquetes pueden ser superpuestas sobre las redes existentes de TDMA/GSM permitiendo al sistema mantener su compatibilidad hacia atrás. GPRS utiliza 8 ranuras de tiempo por cada canal de 200 KHz y puede transportar paquetes basados en IP a velocidades de hasta 115 Kbps.

A pesar de que los servicios de GPRS ya tienen tiempo brindándose en Europa estos no han sido bien acogidos por los usuarios. Al final del 2001, más del 50 de los 76 operadores de Europa del este han lanzado sus redes GPRS y cerca del 3.3 millones de dispositivos GPRS han sido vendidos, pero sólo 1 millón de personas (31% de los cuales tienes dispositivos GPRS) usaron servicios de datos basados en paquetes, equivalente al 1.2 % de todos los suscriptores móviles. Aunque estas cifras son mejores en otros países, la penetración de dispositivos bajo otras

circunstancias podría ser realísticamente cerca del 2% (alrededor de 5 millones de dispositivos) con al menos 45% de los propietarios de dispositivos de GPRS utilizando servicios de datos basados en paquetes. La otra tecnología de 2.5G conocida como EDGE pretende mejorar el caudal eficaz por ranura de tiempo de GPRS para soportar velocidades de hasta 384 Kbps utilizando los mismos 200 KHz por canal definidos en las redes GSM.

Los sistemas basados en CDMA en cambio no tienen esas limitantes de ancho de banda de canal de TDMA [30 KHz] y GSM [200 KHz]. Desde el principio se definió un ancho de banda de 1.25 MHz que seria compartido entre todos los usuarios. La siguiente generación de las redes bajo CDMA será en dos fases. La primer fase conocida como CDMA 2000 1X y la segunda conocida como CDMA 2000 3X. El término "1X" y "3X" se refiere a número de canales usados de la interface de aire con ancho de banda de 1.25 MHz. CDMA 2000 1X permitirá a los sistemas basados en CDMA mejorar los servicios de datos al brindar servicios de datos basados en IP a velocidades de hasta 144 Kbps en un canal de 1.25 MHz. A través de mejoras en la modulación y mejor control de potencia, estos sistemas podrán doblar la capacidad de los sistemas anteriores IS-95. Los servicios de CDMA 2000 1X ya están en operación en varios países como Corea del Sur, Japón, Estados Unidos, Australia, China y Nueva Zelanda, pero operadores de países de Europa, Asia y Latinoamérica piensan adoptarlo muy pronto.

¿Y la 3G, cuando?La ITU definió a la tercer generación de servicios móviles (conocida como 3G) en base a diferentes velocidades de información las cuales permitirán la transmisión de voz, datos e imágenes en movimiento. Para brindar estos servicios deberán de alcanzarse velocidades de hasta 144 Kbps para ambientes en movimiento (por ejemplo dentro de vehículos en marcha); deben de alcanzarse velocidades de hasta 384 Kbps en ambientes de baja velocidad (peatones en movimiento) y deben alcanzarse hasta 2 Mbps en ambiente estacionarios o en interiores. Operadores celulares que no cumplan con estos requisitos no podrán estar dentro de la tercer generación.

Los operadores basados en TDMA/GSM como CDMA prometen llegar a la 3G, sí, ¿pero cuando?. Para los sistemas basados en TDMA/GSM ésta migración será más costosa [pasando por GPRS y EDGE] y al final de cuentas tendrán que llegar a un sistema basado en CDMA que se le conoce como WCDMA (Wide CDMA o CDMA de banda ancha). Para los sistemas basados en CDMA la migración será más suave hasta llegar a un estándar conocido como CDMA 2000. El 2000 era porque ese era el año en que se iba a liberar la tecnología, pero hasta la fecha siguen en ese intento. Los primeros servicios de CDMA 2000 fueron introducidos en Corea de Sur en el 2001 sirviendo a más de 1 millón de suscriptores, pero se planea llevar estos servicios de 3G a otras latitudes. Por otro lado, el operador NTTDoCoMo adelantándose por liberar un sistema de tercer generación lanzó al mercado japonés un sistema de tercer generación conocido como FOMA basado en WCDMA que permite velocidades de información de hasta 384 Kbps. En México recientemente Iusacell lanzo la tecnología CDMA2000 1X (144 Kbps), que es la fase 1 de la tercer generación.

Conclusión

Las velocidades de 3G definidas por la ITU no han sido superadas todavía, sólo NTTDoCoMo va a la delantera al ofrecer un servicio de paquetes de datos con velocidades de hasta 384 Kbps. Pero para que se alcance la última etapa de los 2 Mbps han de pasar unos años más y por ahí se habla de una 4G y de una 5G.

La elección de la mejor tecnología para proveer mejores servicios a bajo costo es primordial para los operadores de servicios inalámbricos. Las inversiones que se están realizando por parte de los operadores, tanto en infraestructura como la adquisiciones de nuevas frecuencias, son muy altas y la mayoría de ellos no han recuperado la inversión de la segunda generación y ya viene otra en camino. Hay que tomar muy en cuenta las necesidades de los usuarios quienes son a última hora los que deciden el éxito y el fracaso de cualquier tecnología.

REFERENCIASGSM World http://www.gsmworld.com/

ITU-T IMT-2000 http://www.imt-2000.org/portal/Qualcomm http://www.qualcomm.com

Cellular News http://www.cellular-news.com3G News Room http://www.3gnewsroom.com/NTT DoCoMo http://www.nttdocomo.co.jp/english/

CDG http://www.cdg.org/

GLOSARIO

AMPS Advanced Mobile Phone ServiceDAMPS Digital AMPS

CCITTConsultative Committee of International

Telegraph and TelephonesCDMA Code Division Multiple Access

CEPTConference of European Post and

TelecommunicationsEDGE Enhanced Data Rates for Global Evolution

ETSIEuropean Telecommunications Standards

InstituteEUA Estados Unidos de América

FDMA Frequency Division Multiple AccessFCC Federal Communications Commission

FOMA Freedom of Mobile Multimedia AccessGPRS General Packet Radio ServiceGSM Groupe Spécial Mobile

IP Internet ProtocolITU-T International Telecommunication UnionPCS Personal Communications ServicesPDC Personal Digital CellularSMS Short Messages Service

TDMA Time Division Multiple AccessTIA Telecommunications Industry Association

Otros enlaces relacionados con Telefonía Celular en esta Página

El ABC de CDMA (parte 1)

Publicado en la Revista RED , Junio de 2001.

INTRODUCCIÓN

Uno de los puntos más importantes en un sistema móvil, como la telefonía celular, es la forma en como sé accesa al medio de comunicación. A estas técnicas se le conocen como "acceso múltiple". Múltiple significa que muchos usuarios pueden estar conversando simultáneamente. Es decir, una gran cantidad de subscriptores en un servicio móvil comparten un conjunto de canales de radio y cualquier usuario puede contender para accesar cualquiera de los canales disponibles. Un canal puede ser visto como una porción del espectro radioeléctrico, el cual es asignado temporalmente para un propósito especifico, tal como una llamada telefónica. Una técnica de acceso múltiple define como se divide el espectro de frecuencias en canales y como los canales son asignados a los múltiples usuarios en el sistema. Visto de otra manera, el seleccionar una técnica eficiente de acceso múltiple significa que los operadores telefónicos (carriers) obtendrán más ganancias al acomodar más usuarios en sus redes inalámbricas.

Las técnicas de acceso múltiple son utilizadas en el ambiente de las comunicaciones para que varios dispositivos [computadoras, teléfonos, radios, etc.] puedan accesar al medio o canal de comunicación de manera ordenada. Sin las técnicas de acceso múltiple, las comunicaciones entre dispositivos sería un caos. Las técnicas de acceso múltiple nos permiten compartir un mismo canal de comunicación para varios usuarios.

Existen tres tipos de técnicas de acceso básicas: FDMA (frecuency division multiple access),TDMA (time division multiple access) y CDMA (code division multiple access).

La primer generación(1G) de telefonía celular empleó la técnica FDMA. Esta técnica asigna a cada usuario una frecuencia de 30 KHz de ancho de banda en el sistema analógico AMPS (Advanced Mobile Phone System). Como el espectro es limitado, solo se podían acomodar un número fijo de usuarios. Por lo que al ingresar más usuarios al sistema, se empezaron a bloquear los canales.

La segunda generación (2G) se caracterizó por ser digital y emplear la técnica TDMA. TDMA es un sistema de acceso múltiple divide el canal de 30 KHz en 3 ranuras de tiempo. TDMA, técnica conocida también como IS-54, fue adoptada en 1991 en Estados Unidos (EUA) por la TIA (Telephone Industry Association) bajo la presión de fabricantes europeos que intentaban vender sus equipos al mercado estadounidense. TDMA vino a triplicar en magnitud de 3 el número de usuarios en comparación con el sistema analógico AMPS de la primer generación de celulares. Al incrementarse el número de usuarios, esta técnica de acceso múltiple también es ineficiente.

La tercer técnica conocida como CDMA, asigna códigos a todos los usuarios compartiendo un mismo espectro de frecuencias. Con esta técnica se incrementa considerablemente el número de usuarios por radio base.

En este artículo explicaremos más al detalle las bondades de esta tecnología que fue seleccionada por gran parte de los operadores para ofrecer los servicios de tercera generación (3G).

QUÉ ES CDMA

CDMA es un termino genérico que define una interface de aire inalámbrica basada en la tecnología de espectro extendido (spread spectrum). Para telefonía celular, CDMA es una técnica de acceso múltiple especificada por la TIA (Telecommunications Industry Association) como IS-95. En marzo de 1992, la TIA estableció el subcomité TR 45.5 con la finalidad de desarrollar un estándar de telefonía celular digital con espectro extendido. En julio de 1993, la TIA dió su aprobación al estándar CDMA IS-95.

Los sistemas IS-95 dividen el espectro en portadoras de 1.25 MHz. Unos de los aspectos únicos de CDMA es que apesar de que existe un número fijo de llamadas telefónicas que pueden ser manipuladas por un proveedor de servicios de telefonía (carrier), éste no es un número fijo. La capacidad del sistema va a depender de muchos factores.

Cada dispositivo que utiliza CDMA está programado con un pseudocódigo, el cual es usado para extender una señal de baja potencia sobre un espectro de frecuencia amplio. La estación base utiliza el mismo código en forma invertida (todos los ceros son unos y los unos ceros) para des-extender y reconstruir la señal original. Todos los otros códigos permanecen extendidos, indistinguibles del ruido de fondo.

Hoy en día existen muchas variantes, pero el CDMA original es conocido como cdmaOne bajo una marca registrada de Qualcomm. A CDMA se le caracteriza por su alta capacidad y celdas de radio pequeño, que emplea espectro extendido y un esquema de codificación especial y lo mejor de todo es muy eficiente en potencia.

ALGUNAS VENTAJAS Y BENEFICIOS DE CDMA

A continuación se listan algunas ventajas y beneficios de la tecnología de CDMA, que la ponen muy por encima de su competidor TDMA.

Información paquetizada

Las redes basadas en CDMA están contruídas bajo protocolos basados en IP. En otro tipo de redes, el añadir equipo que soporte paquetes de datos es costoso y requerirá también equipo terminal que lo soporte. El estándar cdmaOne ya incorpora en sus terminales los protocolos TCP/IP (Transfer Control Protocol/Internet Protocol) y PPP (point to point protocol).

Seguridad y privacidad

La técnica de espectro extendido es muy utilizada para aplicaciones militares donde la seguridad de las conversaciones y protección de los datos es importante. En un ambiente de negocios también es vital los aspectos de seguridad y privacidad. Diseñado con alrededor de 4.4 trillones de códigos, CDMA virtualmente elimina la clonación de dispositivos y es muy difícil capturar y descifrar una señal.

Control del nivel de potencia

El control de la potencia es otro beneficio de los sistemas de CDMA. Empleando técnicas de procesamiento de señales, corrección de error, etc., CDMA supera el problema de la potencia con una serie de ciclos de retroalimentación. Con un control automático de la ganancia en las terminales y una supervisión constante del nivel de señal a ruido y tasas de error en la radio base, picos en el nivel de potencia son regulados con circuitería electrónica que ajusta la potencia a una razón de 800 veces en un segundo. Esto tiene gran repercusión en el ajuste dinámico del tamaño de las celdas. En una celda congestionada, la potencia de todas las terminales se elevaría creando interferencia mutua. En el margen, las transmisiones a alta potencia inundarían a las celdas vecinas donde estas podrían ser tomadas por la radio base adyacente. En una celda con poca densidad, la potencia es tan baja que la celda se reduce efectivamente, transmitiendo sin interferencia hacia las celdas vecinas mejorando el desempeño de las mismas. Este tipo de ajustamiento dinámico en el tamaño de las celdas es imposible en TDMA, donde las celdas adyacentes utilizan diferentes frecuencias. Se ha comprobado en diversos estudios, que CDMA es ciento de veces más eficiente en potencia que TDMA.

Bajo consumo de potencia y baterías más duraderas en las terminales

Debido al sistema de retroalimentación de CDMA que mantiene la potencia al más bajo nivel permisible, las terminales consumen menos potencia y son más pequeñas y las baterías de CDMA duran mas tiempo que las de TDMA.

Amplia cobertura con pocas celdas

La señal de espectro extendido de CDMA provee gran cobertura en la industria inalámbrica, permitiendo a los carriers la instalación de menos celdas para cubrir un área más extensa. Pocas celdas significan para los carriers mucho ahorro en infraestructura de radio bases. Dependiendo de la carga del sistema y de la interferencia, la reducción de celdas es 50% menor en CDMA que en sistemas como GSM basado en TDMA. Es preciso notar que la reducción de celdas sólo es válida para operadores que empezaron desde un principio con CDMA. Operadores que utilizan sistemas analógicos o basados en otras tecnologías deberán redistribuir las celdas CDMA con las celdas ya existentes.

Pocas llamadas caídas

La transferencia de celdas (handoff) de CDMA, método para transferir llamadas entre celdas reduce inteligentemente el riesgo de interrumpirlas durante una transferencia. El proceso conocido como transferencia suave o transparente (soft handoff) entre celdas conduce a pocas llamadas caídas ya que 2 o 3 celdas están monitoreando la llamada todo el tiempo. La transferencia entre celdas es transparente al usuario debido a que como

todos los usuarios están utilizando el mismo espectro, es más fácil moverse de una celda a otra sin que el subscriptor sé de cuenta.

Resistencia a la interferencia, ruido del ambiente y multitrayectorias

Las multitrayectorias en CDMA en vez de ocasionar problemas con la señal, la fortalece más. Esto conduce a una

casi eliminación de la interferencia y desvanecimiento. Ambos, el ruido eléctrico de fondo y ruido acústico de fondo

son filtrados al usar ancho de banda angosta que corresponde a la frecuencia de la voz humana. Esto mantiene al ruido de fondo fuera de las conversaciones. En TDMA por el contrario, por ser basada en el tiempo, las multitrayectorias

son un problema. Señales que vienen de distintas trayectorias a desfasadas en el tiempo ocasionan que están

interfieran a las ranuras adyacentes haciendo que se interfieran las llamadas y se caigan.

Implantación más rápida

Los sistemas CDMA pueden ser implantados y expandidos más rápidamente debido a que requieren de menos celdas. Pocas celdas significa para los operadores menor gasto de inversión y operación.

Ancho de banda en demanda

El canal de 1.25 MHz de CDMA provee un recurso común a todas las terminales en un sistema de acuerdo a sus propias necesidades, como podría ser voz, fax, datos u otras aplicaciones. En un tiempo dado, la porción de este ancho de banda que no sea usada por una terminal, estará disponible para otro usuario. Debido a que CDMA utiliza una porción grande de espectro repartida entre varios usuarios, provee flexibilidad en el ancho de banda para permitir servicios en demanda. Bajo TDMA donde los canales son fijos y pequeños, esto no es posible. En forma general, está comprobado que CDMA es de 3 a 6 veces más eficiente en ancho de banda que TDMA.

Compatibilidad hacia adelante y hacia atrás

Las terminales que funcionan bajo CDMA son compatibles con su versión antecesora. Una terminal de tercera generación, cdma2000 por ejemplo, es compatible con cdmaOne de segunda generación. La compatibilidad hacia adelante se realiza sustituyendo un simple chip en la terminal. Una terminal con cdmaOne puede actualizarse a cdma2000, sustituyendo el únicamente el chip principal. Esto evita la compra de una nueva terminal para acceder a los nuevos servicios.

Calidad de voz mejorada

Sofisticados esquemas de control y corrección de error hace que las tramas de información sean interpretadas correctamente. Por otro lado, sofisticados codificadores de voz (vocoders) la codifican a altas velocidades y reducen el ruido de fondo. La transferencia suave entre celdas es otro factor que eleva la calidad de la voz en una conversación. El control

preciso de los niveles de potencia asegura que todas las terminales cercanas al nivel óptimo provean la calidad de voz más alta posible.

Tecnología ampliamente reconocida

Existen más de 75 fabricantes de tecnología CDMA en el mundo, además existen hoy en día más de 80 millones de usuarios que utilizan la tecnología de CDMA.

CDMA en México

Operador Tipo de Sistema Fabricante de la

infraestructura

Movistar Celular Motorola

Movistar Celular Motorola

Grupo Iusacell PCS Lucent

Grupo Iusacell Celular Lucent

Movistar Celular Motorola

Pegaso WLL y móvil Alcatel, Qualcomm y

Ericsson

Pegaso PCS Alcatel y Qualcomm

Movistar Celular Motorola

Unefon PCS Nortel Networks

Grupo Iusacel: Comcel, Portatel, Telecom, SOSPCS: Personal Communication Services

WLL: Wireless Local LoopFuente: http://www.cdg.org/

Las tecnologías basadas en CDMA

A nivel mundial existen muchas propuestas para proveer servicios de banda ancha basadas en la tecnología CDMA. Por ejemplo Qualcomm (EUA) está promoviendo cdma2000, Ericsson (Europa) y NTT DoCoMo (Japón) con WCDMA (Wideband CDMA). En Corea, por su parte están promoviendo WCDMA TTA I y TTA II para servicios de 3G.

Conclusión

Hemos visto muchas de las ventajas y beneficios de la tecnología CDMA. Que podemos decir de una tecnología que es eficiente tanto en espectro como en potencia. No por otra cosa, varios operadores de GSM y TDMA, han escogido irse con CDMA como su tecnología para brindar servicios de tercera generación. La misión de los operadores será captar el mayor número de usuarios posibles. La ITU (International Telecommunications Union) ha aceptado también las tecnologías 3G basadas en CDMA como parte del IMT-2000 (International Mobile Telephone). Claramente CDMA ha emergido como la tecnología para la próxima generación de servicios.

El ABC de CDMA (2da. parte)

Por Evelio Martínez (la primera parte de este artículo fue publicado en la edición de Junio del 2001 de la revista RED)

Introducción

Según cifras de CDG, existen en la actualidad (datos del 2001) más de 1000 millones de usuarios que utilizan alguna tecnología inalámbrica de segunda generación (2G). Más de 230 millones de esos subscriptores utilizan CDMA en sus terminales. CDMA es aceptada hoy en día como parte de las tecnologías para ofrecer servicios de tercera generación (3G). Estos servicios comprenden la integración de voz, datos, video, multimedia a velocidades de hasta 2 Mbps.

La ITU definió ciertos parámetros límites en velocidad de acceso que los operadores deben cumplir para ofrecer servicios de 3G. Estas velocidades son las siguientes: 144 Kbps para un ambiente vehicular, 384 Kbps para un ambiente terrestre y 2 Mbps para un ambiente de interiores. El operador de telecomunicaciones que cumpla con estos parámetros podrá decir que sus servicios son de tercer generación.

El actual estándar IS-95 CDMA especifica un ancho de banda de canal de 1.25 MHz y un chip rate de 1.2288 Mcps. Relativamente el ancho de banda angosto y el bajo chip rate hace imposible que el IS-95 cumpla con los requisitos de la 3G. Otros estándares basados en CDMA de banda ancha están a la orden para seguir con esta aventura de proporcionar nuevos servicios con requerimientos de más ancho de banda.

El propósito de este artículo es describir cada una de las tecnologías de CDMA de banda ancha, así como la comparación entre ellas. Se mencionará también las principales organizaciones de estandarización que están trabajando para armonizar todas las tecnologías CDMA.

La armonización global

La armonización global de las tecnologías inalámbricas pretende unificar un estándar común para todos los operadores de telecomunicaciones. Se han hecho muchos esfuerzos al respecto, se han creado muchas organizaciones y consorcios con el fin de agrupar y acelerar el proceso del lanzamiento de un estándar único. A continuación se describen brevemente algunos de los principales organismos.

IMT-2000IMT-2000 es un esfuerzo de la ITU y otras organizaciones regionales (UWC, 3GPP, 3GPP2,..) para armonizar a los sistemas móviles de tercera generación, los cuales proveerán acceso por diversos medios un amplio rango de servicios de telecomunicaciones soportados por la redes de telecomunicaciones (PSTN, ISDN, IP, etc.) y otros orientados a usuarios móviles.

CDGCDG es un consorcio internacional formado por más de 100 compañías que se han unido para encaminar la adopción y evolución de los sistemas inalámbricos CDMA alrededor del mundo y acelerar la disponibilidad de la tecnología CDMA a los consumidores. Estos miembros incluyen operadores de telefonía celular y servicios móviles, fabricantes de equipos terminales, de red y de circuitos integrados, fabricantes de equipo de prueba, entre otros.

3GPPEn diciembre de 1998, la organización 3GPP fue establecida para armonizar varias de las propuestas basadas en WCDMA y UTRA. Su objetivo es la operación de un sistema móvil global de 3G basados en las redes GSM. 3GPP fue fundada por organizaciones de estandarización regionales tales como ARIB en Japón, ETSI en Europa, T1 en Estados Unidos, TTA en Corea, TTC en Japón y CWTS en China.

3GPP2 3GPP2 es una organización colaborativa de estándares de 3G para desarrollar especificaciones globales que soporten ANSI/TIA/EIA-41. La organización se encarga también de especificar los estándares para cdma2000 en su modo de multiportadora. Las principales organizaciones regionales que forman la 3GPP2 incluyen a la TIA en Estados Unidos, ARIB en Japón, TTA en Corea, TTC en Japón y CWTS en China.

CDMA de banda ancha Durante los 90s las técnicas de CDMA de banda han sido estudiadas intensivamente a través del mundo, varios sistemas han sido construidos y probados. Estos incluyen FMA2 en Europa, Core-A en Japón, el sistema conjunto Europa/Japón WCDMA, cdma2000 en los Estados Unidos y los esquemas TTA I, TTA II en Corea.

La tecnología impulsó una estandarización acelerada en Japón, Europa y los Estados Unidos. Desde 1997 japoneses y europeos propusieron un esquema de CDMA de banda ancha. La interface de aire es conocida actualmente como WCDMA.

Muchos intentos se han hecho para armonizar los diferentes esquemas de CDMA en búsqueda de unificar una interface de aire global, pero debido a fuertes intereses comerciales de sus patrocinadores, al momento sólo dos estándares de CDMA para 3G son las que sobresalen. CDMA de Qualcomm [TIA & CDG] y WCDMA de Ericsson & NTT DoCoMo [ETSI & ARIB].

Los esquemas de CDMA de banda ancha utilizan dos modos diferentes para transmitir, FDD (frecuency-division-duplex) y TDD (time-divison-duplex). En el modo FDD, una frecuencia es usada para el enlace de subida y otra para el de bajada. En el modo TDD, el enlace de subida y bajada comparten la misma frecuencia. La frecuencia es dividida en ranuras de tiempo, usadas para la subida y otras para la bajada. En 3GPP, un enlace de subida esta definido como la frecuencia en la cual la terminal transmite y la radio base recibe. De la misma manera, el enlace de bajada es en donde la radio base transmite y la unidad terminal recibe. FDD se subdivide en DS-CDMA (FDD-DS) y MC-CDMA (FDD-MC), es decir FDD puede ser en secuencia directa o multiportadora.

A su vez, MC-CDMA se divide en dos sistemas dependiendo del chip rate en el enlace de subida. El sistema que emplea 1.2288 Mcps es llamado 1x y el que adopta 3.6864 Mcps es llamado 3x.

Las vertientes en CDMA de banda ancha

La ITU a través del IMT-2000, grupo que tiene como finalidad de impulsar estos servicios y la convergencia de los estándares para servicios de 3G ha aceptado tres vertientes basadas en CDMA: cdma2000, WCDMA y TD-SCDMA.

Principales vertientes en CDMA

En la gráfica se muestra las vertientes más importantes bajo CDMA para una solución de 3G. Por un lado cdma2000 con sus diferentes fases conocidas como 1x, 1xEV (evolución de 1x) y por ultimo la última fase llamada 3x. cdma2000 utiliza el modo FDD-MC, es decir el enlace de bajada y subida comparten la misma frecuencia, pero soporta múltiples portadoras (MC multicarriers). WCDMA en cambio utiliza FDD-DS, es decir FDD con secuencia directa.

UTRA TDD, es una propuesta China para 3G, está basada en una estructura fundamental TDMA con una característica de extensión del espectro, un esquema híbrido conocido como TD-CDMA. Esto significa que más de una ráfaga de información puede ser transmitida en una ranura de tiempo, cada una con un código CDMA diferente. Diferentes requerimientos de servicio deben ser conocidos al asignar una combinación de ranuras y códigos para proveer instantáneamente las tasas de información requeridas. Esta propuesta está enfocada más bien para aplicaciones de baja movilidad como WLL.

La estandarización de la interface de aire de la tercer generación para los esquemas basados en CDMA se enfoca en dos tipos de redes: redes asíncronas y redes síncronas. En esquemas de redes asíncronas las radio bases que componen el sistema inalámbrico no están sincronizadas entre sí, mientras las redes síncronas las radio bases están sincronizadas entre sí en un rango de pocos microsegundos.

De las propuestas que existen actualmente, WCDMA de ETSI/ARIB [Europa y Japón], funcionan bajo radio bases sincronizadas, de la misma manera TTA II en Corea. Los subcomités técnicos T1P1 y TR46.1 en Estados Unidos decidieron unirse al desarrollo del esquema WCDMA estadounidense (conocido como NA:WCDMA) y WIMS CDMA que también funcionan síncronamente. En cambio cdma2000, decidió trabajar con radio bases no sincronizadas, así como su contraparte en Corea TTA I.

La selección de WCDMA como opción de 3G esta siendo respaldada principalmente por los operadores actuales de GSM tanto europeos, asiáticos como estadounidenses. Corea sigue considerando dos tecnologías CDMA de banda ancha, una similar a WCDMA (TTA II) y la otra similar a cdma2000 (TTA I).

cdma2000

La TIA y su subcomite TR5.5.4 fue el responsable de la selección del concepto básico y del desarrollo de cdma2000. cdma2000 opera tanto en sequencia directa como en multiportadora.

En la estructura de los canales existen dos alternativas para el enlace de bajada [radiobase al usuario]: multiportadora y secuencia directa. La opción de multiportadora mantiene ortogonalidad entre cdma2000 y las portadoras de IS-95. El enlace de bajada es más importante debido a que el control del nivel de potencia no puede balancear las potencias interferentes entre las diferentes capas, como sucede en el enlace de subida. cdma2000 está diseñado para operar con anchos de banda de 1.25, 5, 10, 15 y 20 MHz. Utiliza modulación QPSK en el enlace de bajada y BPSK en el de subida. Soporta QoS (calidad de servicio) sobre diferentes canales.

Existen varias fases de cdma2000, tales como 1x, 1xEV (HDR) y 3x. A continuación se explican las dos primeras fases de cdma2000.

cdma2000 1x 1x es un sistema desarrollado por Qualcomm para proveer servicios de datos a velocidades de 153 Kbps a dispositivos telefónicos, y hasta 307 Kbps para teléfonos y otros dispositivos. Opera sobre un canal de 1.25 MHz y es compatible con los sistemas IS-95A/B.

Este sistema fue lanzado por primera vez en Corea por el operador SK Telecom en abril del 2001 en Corea del Sur por el operador KT Freetel.

cdma2000 1xEVRecientemente la TIA adoptó la especificación basada en HDR, conocida como TIA/EIA/IS-186 "cdma2000, High Rate Packet Data Air Interface Specification". HDR también se le conoce como 1xEV. La especificación 1xEV fue desarrollada por 3GPP2.

HDR puede proveer acceso inalámbrico a velocidades de hasta 2.4 Mbps en un ancho de banda de canal de 1.25 MHz. 1xEV está optimizado para servicios de paquetes de datos ya que incorpora una arquitectura basada en IP. 1xEV es totalmente compatible con los estándares IS-95A/B, lo cual permite ser implementado sobre las redes basadas en CDMA, como cdmaOne.

Se hicieron pruebas de este sistema en Corea del Sur (KT Freetel) y Japón (KDDI) durante el 2000. En Mayo del 2002 se lanzó el primer sistema comercial de cdma2000 1xEV-DO en Corea del Sur por KT Freetel.

WCDMALa propuesta de WCDMA fue desarrollada desde 1997 mediante un esfuerzo conjunto entre la ETSI y ARIB. ETSI WCDMA ha sido desarrollado bajo el esquema FMA2 en Europa mientras que el ARIB WCDMA del esquema Core-A en Japón. El enlace de subida [del usuario a la radio base] de WCDMA está principalmente basado en el esquema FMA2 y el enlace de bajada está basado en el esquema Core-A.

WCDMA a diferencia de cdma2000 tiene asignado desde un principio un ancho de banda de 5 MHz con el fin de proporcionar la velocidad límite propuesta por la ITU para servicios de 3G de 2 Mbps.

WCDMA opera con anchos de banda de canal de 1.25, 5, 10 y 20 MHz con chip rates de 1.024, 4.096, 8.192 y 16.384 Mcps respectivamente. La estructura del canal de RF del enlace de bajada es únicamente en secuencia directa.

La modulación de los datos es semejante a cdma2000, en el enlace de bajada trabaja con modulación QPSK y en el de subida con BPSK. WCDMA tiene dos maneras de transmitir paquetes de datos. Los paquetes cortos pueden ser añadidos directamente a una ráfaga aleatoria de acceso. Este método es llamado transmisión de paquetes en canal común, es utilizado para mensajes cortos con poca frecuencia. Los paquetes de mas larga longitud son transmitidos en un canal dedicado. Un paquete grande de datos es transmitido utilizando un esquema de paquetes simple donde el canal dedicado es liberado inmediatamente después de que ha sido transmitido. En un esquema de paquetes múltiples, el canal dedicado es mantenido al transmitir el control de potencia y la información de sincronización entre paquetes subsequentes. cdma2000 en cambio utiliza para la transmisión de paquetes Aloha ranurado.

Estructura del Canal de RF de bajada de cdma2000

Principales diferencias entre los sistemas cdma2000 y WCDMA Las principales diferencias técnicas entre estos dos sistemas [éstas aplican también para TTA I y II] son el chip rate (tasa de chip), estructura del canal de bajada y la sincronización de la red. cdma2000 emplea un chip rate de 3.6884 Mcps (3X) para la banda asignada de 5 MHz con un enlace de bajada con sequencia directa (direct spread) y un chip rate de 1.2288 Mcps (1X) para la bajada de la multiportadora. WCDMA utiliza expansión directa del espectro con un chip rate de 4.096 Mcps para un ancho de banda de 5 MHz. La sincronización de las radio bases bajo cdma2000, permiten una vida más larga de la batería de las terminales, por otra parte las radio bases son mas sencillas.

cdma2000 vs. WCDMA Parámetro cdma2000 WCDMALongitud de la trama 20 ms 10 ms (20 ms opcional)Sincronización de la radio base Síncrona No síncronizada Chip rate* 3.6864 Mcps 4.096 Mcps Ancho de banda de canal 1.25, 5, 10, 15, 20 MHz 1.25, 5, 10, 20 MHz

Estructura del canal de RF Secuencia directa Secuencia directa o Multiportadora

Modulación de los datos QPSK (subida), BPSK (bajada) QPSK (subida), BPSK (bajada) Control del nivel de potencia 1.6 Khz 800 Hz Compatibilidad hacia atrás (2G) IS-95 (cdmaOne) GSM

*Para ancho de banda de canal de 5 MHz Conclusión

La tecnología preferida para los sistemas de 3G dependerá tanto de factores tecnológicos, políticos y económicos. Los factores técnicos son aquellos que involucran las velocidades de transmisión proveídas por los sistemas y el desempeño y capacidad de la red, la cual dictará el número de usuarios que soportará cada radio base. Los factores políticos involucran acuerdos entre organismos de estándares, tomando en cuenta los diferentes puntos de vista de cada país o región.

Por otro lado, el factor económico juega un factor muy importante en la selección y puesta en marcha de cualquier tecnología en el mercado. Se trata de que las inversiones en capital de nuevas tecnologías puedan aprovechar la compatibilidad hacia atrás con las redes existentes. Por eso la selección cuidadosa de una nueva tecnología dictará su éxito o su fracaso en la sociedad tomando muy en cuenta los factores anteriores.

Referencias:

IEEE Communications Society http://www.comsoc.org

Third Generation Partnership Project http://www.3gpp.org

Third Generation Partnership Project 2 http://www.3gpp2.org

CDMA Development Group http://www.cdg.org

Qualcomm, Inc. http://www.qualcomm.com

Telefonia Celular: 15 años de historia en México

Por Evelio Martínez Martínez

Publicado en la Revista RED , Febrero 2005 Introducción

La telefonia celular ha tenido una increible evolución en nuestro país los últimos 15 años, pasó de ser un servicio elitista, disponible únicamente para las personas con un alto poder adquisitivo, a ser un servicio de primera necesidad, el cual es ampliamente utilizado y está disponible para cualquier usuario que desee comunicarse rápidamente.

Tecnológicamente hablando, la evolución de la telefonía celular ha tenido muchos avances importantes. Empezó siendo un servicio analógico, transformandose una decada después, a digital.  Las limitaciones analógicas de la tecnología móvil ocasionaron que la señal de voz no fuera tan nitida. La inseguridad también era un problema, debido a que no existián esquemas de encriptación y codificación de la información como los que existen en la telefonía celular digital. La telefonía celular analógica no permitia que muchos usuarios pudieran comunicarse entre sí en una misma radiobase, lo que ocasionaba que se bloquearan los intentos de llamada.

La telefonía celular digital acabo con todas las limitantes de la telefonía celular analógica, y se agregaron además otros beneficios para los usuarios, como el identificador de llamadas, conferencia tripartita, llamada en espera, transmisión de datos,  mensajes cortos, correo electrónico, entre otros.

 Las generaciones de la telefonía celularLa evolución de la telefonía se puede visualizar más fácilmente por etapas. Estas etapas se conocen comúnmente por generaciones. Hasta la fecha han existido tres generaciones: primer generación (1G), segunda generación (2G) y tercer generación (3G).

Desde los ladrillos a los telefonos del bolsillo

La primer generación (1G), la cual empezó a principios de los 80s, se caraterizó por ser analógica, el método de acceso al medio que empleaba (FDMA) era muy rudimentario e ineficiente, debido a que a cada usuario se le asignaba una frecuencia única y esto ocasionaba que las llamadas se bloqueran muy fácilmente, aunado con el hecho que la telefonía celular comenzó a operar en la banda de 800-900 MHz, con un ancho de banda limitado de 20 MHz. Al ser analógica los telefonos eran muy grandes, del tamaño de un ladrillo. La bateria no era muy eficiente en el almacenamiento de la carga, además de ser enorme. La 1G sólo permitia la transmisión de voz a muy baja velocidad (2.4 Kbps). La tecnología más predominante en Latinoamérica fue AMPS (American Mobile Phone System), la cual en la actualidad, las compañías Telcel y Iusacell continúan ofreciéndola.

La segunda generación (2G), que comenzó a operar a principios de los 90s, se caracterizó por ser digital. Los teléfonos disminuyeron su tamaño y las baterías eran cada vez más eficientes. Aparecen TDMA y CDMA, dos nuevas técnicas de acceso que hacian más eficiente el uso del espectro. Las velocidades ofrecidas por la 2G varian entre 9.6 y 14.4 Kbps. Telcel adoptó TDMA como la tecnología base de su red. Mientras que el resto de las compañías (Unefon, Iusacell y Pegaso) adoptan a CDMA.  Posteriormente aparece una tecnología europea conocida como GSM, la cual es adoptada por Telcel y Telefonica Movistar.

La 2G supera muchos de los inconvenientes de ancho de banda de la 1G, al abrirse un nuevo radio espectro de frecuencias en las bandas de 1850-1970 MHz,  conocida por sus siglas PCS (Personal Communications Services). Esto permitió una nueva gama de nuevos servicios digitales enfocados a voz y datos.

La tercer generación (3G) se caracteriza por el envio de varios tipos de información voz, datos, video, multimedia a más altas velocidades que van desde los 144 Kbps hasta los 2 Mbps. Esto permite servicios que requieren más ancho de banda como el acceso a Internet, correo electrónico, transferencia de archivos, videos e imágenes. En el caso de México, Iusacell es el único operador que ofrece servicios de esta generación.

Hay que resaltar que existen generaciones intermedias entre la 2G y 3G, que son conocidas comúnmente como 2.5G. Telcel, por ejemplo, ofrece servicios bajo las tecnologías GPRS, HSCSD y EDGE.

Antecedentes de la telefonia celular en el MundoLa telefonía celular en el mundo da sus primeros pasos cuando Martin Cooper introduce el primer radioteléfono en 1973 en Estados Unidos (EUA), mientras trabajaba para la compañía Motorola. Al Sr. Cooper se le considera como "el padre de la telefonía celular" al desarrollar y poner aprueba el primer teléfono portátil, DynaTac, de la compañía Motorola. Años después, en 1979 aparece el primer sistema comercial en Tokio Japón por la compañía NTT (Nippon Telegraph & Telephone Corp). En EUA aparece el primer sistema comercial hasta 1983 en la ciudad deChicago.  A partir de este momento, en Europa, Latinoamérica y otros rincones del mundo, empiezan a operar diversas compañías de telefonía celular a ofrecer el servicio en sus respectivas regiones.

A finales de los años 60 y principios de los 70s, la compañía Motorola empezó a desarrollar dispositivos portátiles de comunicación para el consumo masivo. El DynaTAC 8000X se convirtió en el primer teléfono celular portátil aprobado por la FCC (Federal Communications Commission) en 1983. Hay que tener en cuenta que los primeros teléfonos celulares que se desarrollaron eran destinados únicamente para utilizarse dentro de un vehículo. Este modelo en particular, el DynaTAC 8000X pesaba alrededor de 800 gramos. Media 33 centimetros de alto y casi 9 centimetros de ancho. La enorme bateria ofrecia un tiempo de conversión de una hora y 8 horas en espera. El precio introductorio del teléfono era de casi 4 mil dólares. En la actualidad los teléfonos llegan a pesar menos de 100 gramos, miden menos de 10 cm, el tiempo de conversación de la bateria superan las 15 horas y más de una semana de tiempo en espera.

 La historia de la telefonia celular en México

En 1989 la telefonía celular da sus primeros pasos en México cuando la compañía  Iusacell empieza ofrecer el servicio en el

Distrito Federal. Un año después,  la compañía Telcel empieza sus operaciones ofreciendo también el servicio en la capital del país.

Posteriormente ambas compañías empiezan a expandir sus redes a otras latitudes. 

Para ese entonces el país ya se habia dividido en 9 regiones. Cada una de estas regiones se dividen en 2 bandas de frecuencia, la

Banda "A" y la Banda "B". En cada una de las 9 regiones habria un concesionario operando en la banda de frecuencias "A" (825-835

MHz, 870-880 MHz) [ver tabla 1]. La banda "B" (835-845 MHz, 880-890 MHz) operaría en todas las 9 regiones para un solo concesionario, en este caso, Radiomóvil Dipsa (Telcel).

Posteriormente la COFETEL (Comisión Federal de Telecomunicaciones) en 1997 lanza una convocatoria para licitar en México una nueva banda de frecuencias (1850-1970 MHz). Posterior a esta licitación aparecen nuevos operadores en estas bandas como Unefon, Pegaso PCS, Telcel y Iusacell.

Concesionarios por RegiónRegión Compañia Celular

1 Baja Celular Mexicana (Bajacel)*2 Movitel del Noroeste (Movitel)*3 Telefonia Celular del Norte (Norcel)*4 Celular de Telefonia (Cedetel)*5 Comunicaciones Celulares de Occidente (Comcel)**6 Sistemas Telefónicos Portátiles Celulares**7 Telecomunicaciones del Golfo (Telcom)**8 Portatel del Sureste (Portatel)**9 SOS Telecomunicaciones (SOS)**

*Empresas adquiridas por Telefónica Movistar**Empresas del Grupo Iusacell

En agosto de 1998 empieza operar en nuestra páis Nextel Internacional (Nextel), quien se alió con Motorola para establecer una red de radio digital (trunking) con la tecnología conocida como iDEN (integrated Digital Enhanced Network).

En 2001 la empresa española Telefonica Movistar, adquiere los 4 operadores del Norte del país (Cedetel, BajaCel, Norcel y Movitel). La transacción fue estimada en 1790 millones de dólares. Posteriormente en Mayo de 2002, Telefonica Movistar adquiere gran parte de las acciones de la compañia Pegaso PCS.

A este paso, el sector de la telefonía celular en México se compone únicamente de 5 compañías: Telcel, Iusacell, Telefónica Movistar, Unefon y Nextel.  Telcel es el operador más importante en número de usuarios, con casi con el 76% del mercado nacional. Le sigue Movistar con 12%, Iusacel con 5%, Unefon con 4% y Nextel con menos del 3%.

La teledensidad en MéxicoSegún la Comisión Federal de Telecomunicaciones (COFETEL, ww.cft.gob.mx), los usuarios de telefonía celular en México superan los 35 millones, mientras que la telefonía fija apenas supera los 18 millones de líneas. Los 35 millones de usuarios, significa que uno de cada 3 mexicanos tiene un telefono celular en las manos. La modalidad "El que llama paga", implementada por la COFETEL en mayo de 1999, fue un detonante importante en el incremento de la teledensidad celular (numéro de teléfonos por cada 100 habitantes). Anteriormente a esta medida, a un usuario se le aplicaba un costo por recibir llamadas. En la actualidad, los usuarios de telefonía celular que reciben una llamada local no  tiene costo alguno. Al implementarse esta medida del que llama paga en tan sólo un año (del 1999 a 2000) se incremento el número de usuarios casi al doble, pasando de 8 millones a 14 millones.

ConclusiónLa telefonía celular ha tenido un gran crecimiento en nuestro país, de eso no hay duda, y aunque la teledensidad es aproximadamente del 33%, todavia hay mucho por hacer, ya que en otros países la penetración de la telefonía móvil supera el 90%.

La telefonía celular dejo de ser un servicio exclusivo para un cierto sector y al día de hoy muchos de nuestros jovenes son usuarios intensos de esta tecnología y de los servicios, tales como el SMS, correo electrónico envío de tonos, timbre, imágenes, fotografías, etc.

Es importante para el auge y detonamiento de esta tecnología iniciativas como la presentada por la COFETEL en 1999, "El que llama paga. Recientemente, la COFETEL acaba de implementar otra iniciativa parecida, pero ahora para los usuarios de la telefonia fija que hacen llamadas a telefonos celulares. La tarifa de 2.50 pesos que se aplicaba por dicho concepto, disminuira gradualmente en los próximos 3 años. A partir de enero de 2005 se reducira 25 centavos hasta llegar a 1.82 pesos por minuto en el 2007. Esta iniciativa incrementará el número de minutos hacia las redes celulares. La competencia entre las compañias también ha sido un factor importante en la disminución de las tarifas. Hace 15 años se cobraban más de 6 pesos por minuto de una llamada local, en la actualidad las compañias ofrecen tarifas de hasta un peso por minuto.

En estos 15 años la telefonía celular en Mexico ha evolucionado enormemente, es una industria que ha madurado y absorbido tecnologías de vanguardia. Al dia de hoy, podria decirse, que existe una sana competencia. Se acabo con aquel duopolio que existia en cada una de las 9 regiones, y ha sido remplazado por un ambiente de competencia nacional al existir varios operadores. En el transcurso de estos 15 años se ha visto en nuestro país una contracción de las compañías celulares y sobrevivirán aquellas que ofrezcan las mejores tarifas, la más amplia cobertura y que ofrezcan los mejores servicios, en diversidad y calidad.

El autor, Evelio Martínez Martínez es docente de tiempo completo de la Universidad Autónoma de Baja California (UABC) y se le puede contactar en evelio[at]eveliux.com

El servicio i-mode y su exito en Japon

Por Evelio Martínez

Publicado en la Revista RED Octubre 2001.

Japón es un país ejemplar en muchas áreas, es el líder mundial en la fabricación de aparatos electrónicos y sus automóviles son muy vendidos en casi todo el mundo. En materia de telecomunicaciones inalámbricas está a la vanguardia en la tercera generación (3G) de la telefonía móvil. Fue el primer país que entró con gran éxito a la 3G, debido a que su población acepto con mucho agrado la bondad de estos servicios.

El país del sol naciente tiene actualmente más de 125 millones de habitantes, donde sólo 57 millones de ellos son usuarios de algún servicio de telefonía móvil, si, así es, casi la mitad de su población cuenta con un teléfono móvil. Otro dato de interés es el número de usuarios de Internet, más de 20 millones, el 16% de su población, el cual está creciendo bastante rápido en muy poco tiempo.

El acelerado crecimiento en usuarios de Internet se debe en gran medida a los planes ambiciosos de la compañía operadora de ese servicio en el país nipón, NTT DoCoMo, proveedor que ofrece el servicio de Internet a millones de usuarios a través de teléfonos inalámbricos con una tecnología llamada i-mode.

NTT DoCoMo es la tercer compañía en tecnología más grande en el mundo, sólo por debajo de Microsoft y General Electric. DoCoMo comandada por Koji Ohboshi y un grupo de visionarios japoneses han convertido a NTT en el tercer más grande proveedor de telefonía inalámbrica en el planeta. Un dato curioso es que el vocablo DoCoMo viene del japonés doko mo doko demo, que significa "en cualquier parte" o "en donde sea".

Qué es i-modeIntroducido en febrero de 1999 en Japón por NTT DoCoMo, i-mode es uno de los servicios inalámbricos más exitosos que ofrece navegación en el web y correo electrónico desde teléfonos móviles. En Japón, i-mode es más popular en los jóvenes de 24 a 35 años. Pero son las mujeres, con edades entre 20 y 30 años, las que más utilizan el servicio. Para principios del 2001 ya sumaban más de 18 millones de usuarios de este popular servicio.

Los usuarios de i-mode pueden, desde sus teléfonos, reservar boletos de avión y conciertos de música, verificar su saldo en el banco o transferir dinero, leer reportes de noticias y clima, verificar la hora de salida/llegada de trenes, revisar mapas de la ciudad, bajar imágenes y melodías, así como también enviar y recibir correos electrónicos. Aunque la mayoría del contenido está en japonés, existen algunos sitios que proveen contenido también en el idioma inglés.

Los teléfonos móviles i-mode están provistos de pantallas de cristal liquido (LCD) de dos tamaños diferentes tanto en colores monocromáticos, tonos de gris como con 256 colores. El tamaño de pantalla más pequeño es de 96x108 pixeles y el más grande es de 120x130 pixeles. Esto corresponde desde 6 a 10 líneas de texto a 16 o 20 caracteres por línea.

Los teléfonos i-mode transmiten datos a la velocidad de 9600 bps. Aunque parezca poca velocidad, es suficiente para enviar información, ya que la gran mayoría del contenido es texto y las pocas imágenes son de 1.2 Kbytes en promedio. Los mensajes del correo electrónico están limitados a sólo 500 bytes por mensaje [500 caracteres latinos o 250 caracteres en japonés]. Cargar paginas en i-mode sólo toma unos cuantos segundos.

El éxito del lanzamiento de i-modeEl servicio i-mode fue introducido en Febrero 22 de 1999 con gran éxito, en los 5 primeros meses ya tenia un millón de usuarios y a los dos meses siguientes ya se habían sumado otro millón de subscriptores. En su primer aniversario ya había 7 millones de usuarios y $2,000 millones dólares en ganancias. A los 17 meses ya se habían sobrepasado los 9 millones de subscriptores [America Online (AOL) el proveedor de Internet con más usuarios en el mundo, le tomó 12 años alcanzar esa cifra de subscriptores]. En la actualidad la compañía NTT DoCoMo está ganando una cifra increíble de 50,000 usuarios por día. Muchos proveedores de contenido se han sumado a este esfuerzo haciendo contenido Web compatible con i-mode. Cerca de 32,000 proveedores de contenido [oficiales y no oficiales] han hecho sus sitios compatibles con i-mode. Aunado a la gran cantidad de usuarios que se suman día a día, los servicios de contenido es otro rubro donde se han visto muchas ganancias. Por ejemplo, la compañía de entretenimiento Bandai, factura más de mil millones de dólares al mes sólo por brindar a sus suscriptores su servicio diario de caricaturas. El servicio más popular de Bandai son personajes estilo pokémon que pueden ser usados como pantalla de bienvenida al encender sus teléfonos o simplemente como imágenes digitales coleccionables. DoCoMo gana un promedio de $18.70 dólares al mes por suscriptor por servicios i-mode, muy por encima de los servicios de voz…la clave está en el contenido.

Quizá otro de los éxitos de i-mode en Japón se debe al alto costo de instalación de una línea telefónica alámbrica casera [aproximadamente $ 700 dólares]. Por otro lado las computadoras de escritorio así como el acceso a Internet por dial-up no han tenido la demanda que se esperaba. Los consumidores japoneses prefieren más los teléfonos móviles que teléfonos alámbricos caseros.

Las alianzas de NTT DoCoMoEn enero del 2001 NTT DoCoMo creó una sociedad conjunta con KPN Mobile de Holanda y Telecom Italia Mobile (TIM) para proveer un portal de Internet inalámbrico para el continente europeo sobre las nuevas redes de GPRS (General Packet Radio Service). Para septiembre del 2001, las compañías esperan ofrecer servicios de entretenimiento, mensajes, intercambio de imágenes y comercio electrónico a un mercado potencial de 165 millones de usuarios en Bélgica, Alemania, Holanda e Italia. Esta acción forma parte de la estrategia de expansión global de la compañía, que también incluye EEUU a través de la compra de acciones en AT&T Wireless por una cantidad de 14,500 millones de dólares.

La sociedad conjunta entre estas empresas va a ser un movimiento hacia lo innevitable: varias compañías clave en la industria móvil emigrando hacia un estándar común.

Así mismo, KPN y NTT DoCoMo ampliarán la cooperación existente entre ambas compañías para crear una sociedad conjunta que se dedique a desarrollar servicios de datos para usuarios móviles. DoCoMo tendrá una participación de un 25% en la nueva compañía por un importe de 47 millones de dólares, mientras que KPN aportará sus portales de dispositivos móviles a la empresa e invertirá 85 millones de dólares.

Por otra parte, KPN Mobile, Telecom Italia y NTT DoCoMo crearán una sociedad de forma conjunta, cuyo objetivo será la promoción en Europa de los servicios de telefonía móvil en Internet. Estas tres compañías tienen previsto crear una nueva empresa cuyo objetivo es lanzar i-mode en Europa. Mientras la operadora japonesa de telefonía NTT DoCoMo, aportará su experiencia con su dispositivo de acceso inalámbrico a Internet i-mode, KPN y TIM se dedicarán a lanzar los servicios en sus diferentes bases de clientes en Europa.

Microsoft, el gigante en el software a nivel mundial, también tiene alianzas con NTT DoCoMo y otros operadores móviles y según

comentarios del presidente de Microsoft en Asia, Michael Rawding, "i-mode puede tener problemas para repetir el éxito fuera de Asia.

Va a ser muy difícil seguir creciendo afuera de la región, especialmente cuando es poco probable que los jóvenes gastan

tanto dinero en las aplicaciones como juegos, timbres especiales y otros servicios extraños que han tenido tanta aceptación en el

Japón", expresó textualmente Rawding.

El año pasado NTT DoCoMo estableció otra alianza muy importante, esta vez con AOL, para utilizar y comercializar sus contenidos a través de i-mode en Japón. Este acuerdo incluye el desarrollo de servicios de Internet para telefonía móvil fuera del mercado nipón. DoCoMo invertirá 120 millones de dólares en AOL de Japón. La matriz de AOL, por su parte, invertirá cien millones de dólares. Ambas compañías se han comprometido a invertir hasta doscientos millones de dólares en el portal japonés en los próximos dos años.

i-mode vs. WAPEuropa fue la primer región fuera de Japón donde se introdujeron los primeros servicios inalámbricos de Internet gracias a WAP (Wireless Access Protocol). Pero la penetración de WAP no tuvo el éxito que se esperaba en un principio. Aparte de esto, los dispositivos europeos para Internet eran demasiado chicos, lo que hacia difícil de leer las páginas compactas del web.

WAP originalmente fue concebido como la panacea para la industria de las telecomunicaciones inalámbricas, pero carriers y proveedores de contenido han tenido muchas dificultades con WAP debido a la interoperatibilidad y al mercado minúsculo donde ha sido ofrecido el servicio. Por ejemplo, las implementaciones de los vendedores de los navegadores y los conversores [gateways] de WAP son inconsistentes. Algunos críticos de esta tecnología dicen que no les gustan aprender un nuevo lenguaje, WML (Wireless Markup Language), para trabajar con WAP. En cambio i-mode está basado en un subconjunto del lenguaje estándar del web, HTML (HyperText Markup Language).

El otro punto en contra, es que WAP sólo es usado por los operadores en Europa y otros países. Pero en Estados Unidos, muchos de los grandes operadores como AT&T Wireless, Sprint PCS y Verizon Wireless siguen usando HDML (Handheld Device Markup Language), ¿porque? Porque ellos empezaron a trabajar con HDML antes de que WAP fuera estandarizado.

NTT DoCoMo está tratando de exportar i-mode al resto del mundo, mientras que WAP solo tiene una pequeña rebanada del mercado total inalámbrico. Ese es el principal problema de WAP.

ConclusionesLos planes futuros del operador japonés NTT DoCoMo son poner en funcionamiento el primer servicio del mundo de telefonía UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) en el 2001. La compañía Matsushita con sede en Osaka, fue la encargada del equipamiento para las estaciones base transreceptoras de DoCoMo. Mediante los servicios de la tercera generación, NTT DoCoMo ofrecerá a sus usuarios la transmisión de datos a altas velocidades, música, video y otros servicios. El operador japonés también tiene complemplado el uso del satélite para usos marítimos, N-STAR, para acceso bidireccional en banda S del servicio i-mode entre embarcaciones y la costa. Con las alianzas que NTT DoCoMo ha establecido con las principales compañías de tecnología, espera posicionarse para dar un paso importante para convertir su sistema de telefonía móvil W-CDMA (Wide band-Code Division Multiple Access) en un estándar mundial. Sus planes son muy ambiciosos, i-mode fue un éxito en Japón, está por verse que sus sistemas tengan el mismo auge en Estados Unidos y otros países con costumbres y cultura muy diferente a la de los países asiáticos y a la de los japoneses. Referencias sobre i-modeMobile media japanhttp://www.mobilemediajapan.com/imodefaq/NTT DoCoMohttp://www.nttdocomo.net/

La evolucion de la telefonia movil

Por Evelio Martínez

Publicado en la Revista RED Mayo de 2001.

INTRODUCCIÓNLas tecnologías inalámbricas están teniendo mucho auge y desarrollo en estos últimos años, una de las que ha tenido un gran desarrollo ha sido la telefonía celular, desde sus inicios a finales de los 70s ha revolucionado enormemente las actividades que realizamos diariamente. Los teléfonos celulares se han convertido en una herramienta primordial para la gente común y de negocios, las hace sentir más segura y las hace más productivas.

A pesar que la telefonía celular fue concebida para la voz únicamente, debido a las limitaciones tecnológicas de esa época, la tecnología celular de hoy en día es capaz de brindar otro tipo de servicios tales como datos, audio y video con algunas limitaciones, pero la telefonía inalámbrica del mañana hará posible aplicaciones que requieran un mayor consumo de ancho banda.

BREVE HISTORIA DE LA TELEFONÍA CELULARMartin Cooper fue el pionero en esta tecnología, a él se le considera como "el padre de la telefonía celular" al introducir el primer radioteléfono en 1973 en los Estados Unidos mientras trabajaba para Motorola; pero no fue hasta 1979 en que aparece el primer sistema comercial en Tokio Japón por la compañía NTT (Nippon Telegraph & Telephone Corp.)

En 1981 en los países Nórdicos se introduce un sistema celular similar a AMPS (Advanced Mobile Phone System). Por otro lado, en los Estados Unidos gracias a que la entidad reguladora de ese país adopta reglas para la creación de un servicio comercial de telefonía celular, en octubre de 1983 se pone en operación el primer sistema comercial en la ciudad de Chicago. A partir de entonces en varios países se diseminó la telefonía celular como una alternativa a la telefonía convencional alámbrica. La tecnología inalámbrica tuvo gran aceptación, por lo que a los pocos años de implantarse se empezó a saturar el servicio, por lo que hubo la imperiosa necesidad de desarrollar e implementar otras formas de acceso múltiple al canal y transformar los sistemas analógicos a digitales para darle cabida a más usuarios. Para separar una etapa de la otra, a la telefonía celular se ha categorizado por generaciones. A continuación se describen cada una de ellas.

LAS GENERACIONES DE LA TELEFONíA INALÁMBRICA

 

La primer generación 1GLa 1G de la telefonía móvil hizo su aparición en 1979, se caracterizó por ser analógica y estrictamente para voz. La calidad de los enlaces de voz era muy baja, baja velocidad [2400 bauds], la transferencia entre celdas era muy imprecisa, tenían baja capacidad [basadas en FDMA, Frequency Divison Multiple Access] y la seguridad no existía. La tecnología predominante de esta generación es AMPS (Advanced Mobile Phone System).

La segunda generación 2G La 2G arribó hasta 1990 y a diferencia de la primera se caracterizó por ser digital. El sistema 2G utiliza protocolos de codificación más sofisticados y son los sistemas de telefonía celular usados en la actualidad. Las tecnologías predominantes son: GSM (Global System for Mobile Communications); IS-136 (conocido también como TIA/EIA-136 o ANSI-136) y CDMA (Code Division Multiple Access) y PDC (Personal Digital Communications), éste último utilizado en Japón.

Los protocolos empleados en los sistemas 2G soportan velocidades de información mas altas para voz pero limitados en comunicaciones de datos. Se pueden ofrecer servicios auxiliares tales como datos, fax y SMS [Short Message Service]. La mayoría de los protocolos de 2G ofrecen diferentes niveles de encriptación. En los Estados Unidos y otros países se le conoce a 2G como PCS (Personal Communications Services).

La generación 2.5GMuchos de los proveedores de servicios de telecomunicaciones (carriers) se moverán a las redes 2.5G antes de entrar masivamente a 3G. La tecnología 2.5G es más rápida y más económica para actualizar a 3G.

La generación 2.5G ofrece características extendidas para ofrecer capacidades adicionales que los sistemas 2G tales como GPRS (General Packet Radio System), HSCSD (High Speed Circuit Switched Data), EDGE (Enhanced Data Rates for Global Evolution), IS-136B, IS-95B, entre otros. Los carriers europeos y de Estados Unidos se moverán a 2.5G en el 2001. Mientras que Japón ira directo de 2G a 3G también en el 2001.

La tercer generación 3GLa 3G es tipificada por la convergencia de la voz y datos con acceso inalámbrico a Internet, aplicaciones multimedia y altas transmisiones de datos. Los protocolos empleados en los sistemas 3G soportan más altas velocidades de información enfocados para aplicaciones mas allá de la voz tales como audio (MP3), video en movimiento, video conferencia y acceso rápido a Internet, sólo por nombrar algunos. Se espera que las redes 3G empiecen a operar en el 2001 en Japón por NTT DoCoMo, en Europa y parte de Asia en el 2002, posteriormente en Estados Unidos y otros países.

Los sistemas 3G alcanzaran velocidades de hasta 384 Kbps permitiendo una movilidad total a usuarios viajando a 120 kilómetros por hora en ambientes exteriores y alcanzará una velocidad máxima de 2 Mbps permitiendo una movilidad limitada a usuarios caminando a menos de 10 kilómetros por hora en ambientes estacionarios de corto alcance o en interiores. Entre las tecnologías contendientes de la tercera generación se encuentran UMTS (Universal Mobile Telephone Service), cdma2000, IMT-2000, ARIB[3GPP], UWC-136, entre otras.

El impulso de los estándares de la 3G está siendo apoyando por la ITU (International Telecomunications Union) y a este esfuerzo se le conoce como IMT-2000 (International Mobile Telephone).

La cuarta generación 4GLa cuarta generación es un proyecto a largo plazo que será 50 veces más rápida en velocidad que la tercer generación. Se planean hacer pruebas de esta tecnología hasta el 2005 y se espera que se empiecen a comercializar la mayoría de los servicios hasta el 2010.

EL ESTATUS ACTUAL DE LA TELEFONÍA MÓVILExisten hoy en día tres tecnologías de telefonía celular predominantes

en el mundo: IS-136, IS-95 y GSM.

IS-136 (Interim Standard 136) fue la primer tecnología digital de telefonía celular (D-AMPS, versión la versión digital de AMPS)

desarrollada en Estados Unidos, IS-136 esta basada en TDMA (Time Division Multiple Access), una técnica de acceso múltiple la cual divide los canales de radio en tres ranuras de tiempo, cada usuario recibe en

una ranura diferente. Este método permite a tres usuarios en cada canal de radio comunicarse sin interferirse uno con el otro. D-AMPS (IS-54) es

utilizado principalmente en Norteamérica, Latinoamérica, Australia, partes de Rusia y Asia.

Por otro lado, CDMA, tecnología desarrollada por Qualcomm, utiliza la tecnología de espectro disperso en la cual muchos usuarios comparten simultáneamente el mismo canal pero cada uno con diferente código. Lo anterior permite una mayor capacidad en usuarios por celda. A CDMA de segunda generación se le conoce como cdmaOne. Hasta diciembre del 2000 existen más de 27 millones de usuarios en más de 35 países alrededor del mundo utilizando cdmaOne.

GSM (siglas derivadas originalmente de Groupe Spéciale Mobile) es tecnología celular desarrollada en Europa considerada como la tecnología celular más madura, con mas de 200 millones de usuarios en mas de 100 países alrededor del mundo. GSM es un servicio de voz y datos basado en conmutación de circuitos de alta velocidad la cual combina hasta 4 ranuras de tiempo en cada canal de radio.

A continuación se muestra una tabla donde se especifican los diferentes servicios ofrecidos por cada una de estas tres tecnologías:

Las tres principales vertientes en la telefonía móvil

Tecnología

Servicio Capacidad de datos

Inicio de operación esperada*

GSM Datos conmutados por circuitos basados

en el estándar GSM 07.07

9.6 Kbps a 14.4 Kbps

Disponible actualmente a nivel mundial

HSCSD 28.8 a 56 Kbps Disponible actualmente,

operación limitada.

GPRS IP y comunicaciones X.25 en el orden

de Kbps

Disponible en el 2001

EDGE Comunicaciones IP a 384 Kbps.

Posible compatibilidad

con las redes IS-136

Periodo de pruebas en el

2001, lanzamiento del servicio en el

2002

W-CDMA Similar a EDGE pero son posibles velocidades a 2

Mbps en interiores.

Lanzamiento inicial en el 2002 o

2003

IS-136 Datos conmutados por circuitos basados en el estándar IS-

135

9.6 Kbps Algunos carriers ofrecen el servicio,

pero no se ha extendido como se esperaba debido a que los principales

carrieres ya ofreciean CDPD (Cellular Digital

Packet Data)

EDGE Comunicaciones IP a 384 Kbps.

Posible compatibilidad con las redes

GSM

Lanzamiento inicial en el 2002 o

2003

WCDMA (o Wideband TDMA,

WTDMA)

Similar a EDGE pero incorpora velocidades a 2

Mbps en interiores

No hay planes de lanzamiento

todavía definidos

CDMA Datos conmutados por circuitos basados en el estándar IS-

707

9.6 Kbps a 14.4 Kbps

Disponible actualmente por algunos carriers

IS-95B Comunicaciones IP a 64 Kbps

Lanzado en el mercado japonés a principios del 2000

CDMA2000 – 1XRTT

Comunicaciones IP a 144 Kbps

Periodo de pruebas en el

2001, lanzamiento del servicio en el

2002

CDMA2000 – 3XRTT

Comunicaciones IP a 384 Kbps en

exteriores y 2 Mbps en interiores

Lanzamiento inicial en el 2002 o

2003

* Rysavy Research

LA BATALLA POR LA SUPREMACIA CELULARLa industria de la telefonía celular se está preparando para la batalla de la década entre los estándares IS-95/CDMA2000 y GSM/W-CDMA, dos tecnologías consideradas como las más importantes en el ramo de la telefonía inalámbrica. Existen varias consideraciones entre ambas tecnologías contrincantes como las siguientes: W-CDMA construida bajo los protocolos de la red de GSM, les será más fácil a los proveedores de servicios de GSM emigrar a W-CDMA que a CDMA2000. Por otro lado a los proveedores de servicios de IS-95 les será más fácil emigrar a CDMA2000. Otra consideración de mayor importancia son los derechos de propiedad intelectual. La compañía Qualcomm, quién es dueña de muchas patentes de CDMA, tiene la más fuerte posición con respecto a la propiedad intelectual con CDMA2000 que con W-CDMA. De hecho, la industria celular europea inventó W-CDMA en parte para trabajar con las patentes de Qualcomm.

En los Estados Unidos se verán ambas tecnologías compitiendo en el mercado, pero muchos de los países del resto del mundo se inclinan más por el uso de W-CDMA. La dominación potencial de W-CDMA en el mundo pondría a dudar a algunos operadores de IS-95 en países como Japón y Corea para aceptar W-CDMA, en vez de arriesgarse a tener sistemas que no son compatibles con los sistemas celulares de los países vecinos.

Independientemente de cual tecnología se imponga, ambas tecnologías ofrecen alta velocidad con soporte de IP, los clientes fácilmente podrán transferir aplicaciones de una red a otra y dispositivos multimodo en un futuro próximo podrán hacer posible la intercomunicación entre ambas tecnologías.

Qué es UMTS UMTS (Universal Mobile Telephone Service) es un sistema móvil de tercera generación que está siendo desarrollado por el organismo ETSI (European Telecommunications Standards Institute) junto el IMT-2000 de la ITU. UMTS es sistema europeo que está intentando combinar la telefonía celular, teléfonos inalámbricos, redes locales de datos, radios móviles privados y sistemas de radiolocalización (paging). Va a proveer velocidades de hasta 2 Mbps haciendo los videoteléfonos una realidad. Las licencias de UMTS están atrayendo gran interés entre los carriers del continente europeo debido a que representa una oportunidad única para crear un mercado en masa para el acceso a la información, altamente personalizado y amigable para la sociedad. UMTS busca cimentar y extender el potencial de las tecnologías móviles, inalámbricas y satelitales de hoy en día.

EL FUTURO DE LA TELEFONÍA MÓVILLo que sigue en este momento es esperar a que los carriers ofrezcan los servicios de 3G. Por ejemplo, en Japón ya están operando con las tecnologías de 3G. El servicio con más éxito es i-mode de NTT DoCoMo que utiliza una red basada en paquetes conocida como PDC-P, aunque es una tecnología propietaria tiene actualmente más de 17 millones de subscriptores. NTT DoCoMo también piensa incursionar con W-CDMA y sus contendientes en ese país para servicios 3G son DDI y J-Phone. En Estados Unidos, compañías como Qualcomm y Sprint PCS ya empezaron a realizar pruebas del servicio 3G.

La batalla por las licencias de 3G de UMTS es otro asunto de gran importancia y varias son las compañías las involucradas en obtener las valiosas licencias de telefonía móvil de tercera generación, tales como: Telecom Italia (Italia); Vodafone, Orange y BT Cellnet (Inglaterra); T-Mobil (Alemania), France Telecom (Francia); KPN Telecom (Holanda), NTTDoCoMo (Japón), etc. Las compañías que dominan mercados pequeños deberán aliarse con los grupos grandes.

A parte de las cantidades enormes de dinero que cuestan las licencias, hay que tomar en cuenta que las redes telefónicas de estos carriers son redes grandes y complejas, por lo que les tomará tiempo y grandes inversiones de capital para implementar la tecnología. Pero muchas de las ventajas de esas redes son que varias de ellas ya están ofreciendo servicios

de datos, y prevalecerán aquellas empresas de telecomunicaciones que tengan la mayor experiencia en tecnologías inalámbricas y tomen ventaja de ello para las nuevas redes del futuro.

En relación en predicciones en cuanto a usuarios móviles, The Yankee Group anticipa que en el 2004 habrá más de 1150 Millones de usuarios móviles en el mundo, comparados con los 700 millones que hubo en el 2000. Por otra parte Ericsson predice que habrá 1000 millones de usuarios en el 2002. Dichas cifras nos anticipan un gran numero de capital involucrado en la telefonía inalámbrica, lo que con más razón las compañías fabricantes de tecnología, así como los proveedores de servicios de telecomunicaciones estarán dispuestos a invertir su capital en esta nueva aventura llamada 3G.

Independientemente de cual tecnología en telefonía inalámbrica predomine, lo único que le interesa al usuario final es la calidad de voz, que no se bloqueen las llamadas y que en realidad se ofrezcan las velocidades prometidas. El tiempo y las fuerzas del mercado nos darán la razón.

 

Algunas referencias en telefonía móvil

Organismo3GPPETSIGAAGSM

IMT-2000ITU NTT

DoComoUMTS ForumUWCC WDF

SignificadoThird Generation Partnership

ProjectEuropean Telecommunications

Standards InstituteGPRS Application AllianceGlobal System for Mobile

Communications AssociationInternational Mobile Telephone

Standard 2000International

Telecommunications UnionNTT DoCoMo

Universal Mobile Telecommunications System

ForumUniversal Wireless

Communications ConsortiumWireless Data Forum

URLhttp://www.3gpp.org/http://www.etsi.org/

http://www.gprsworld.com/http://www.gsmworld.com/

http://www.itu.int/imt/http://www.itu.int/

http://www.nttdocomo.net/http://www.umts-forum.org/

http://www.uwcc.org/http://www.wirelessdata.org/

Otros enlaces relacionados con Telefonía Celular en esta Página

Transmisión de AM y FM Como se ha visto anteriormente el término relación señal a ruido. La señal viene siendo la información deseada en

una transmisión, y el ruido viene siendo como la información no-deseada. Generalmente las señales no deseadas son clasificadas como ruido. De aquí en adelante vamos a emplear el termino ruido para señales no deseadas de fuentes naturales, y el termino interferencia para señales no deseadas de fuentes hechas por el hombre. (aunque existe interferencia también por fuentes naturales).

FM CONTRA AM

Los receptores de FM tienen menor ruido que los receptores de AM. La razón es que existe mayor ruido e interferencia en la señal portadora modulada en amplitud, y los sistemas FM están diseñados para eliminar las señales no deseadas de la portadora en amplitud modulada.

MODULACIÓN EN AM

Como se ve en la figura, la información de entrada varia la amplitud de la señal portadora. La frecuencia portadora es mantenida constante. Las señales transmitidas inducen un voltaje en la antena receptora, el receptor amplifica la señal y detecta las variaciones en amplitud en la señal, y reproduce la información transmitida en la salida del receptor. Note que cualquier señal de interferencia que varíe la amplitud de la portadora del receptor se convierte en una señal en la salida del receptor de AM. Es importante notar que en la transmisión de TV, las señales de video (imagen) son modulan en amplitud la portadora.

Transmisión y Recepción en AM

MODULACIÓN EN FM

En la siguiente figura se muestra la transmisión y recepción en FM. La entrada de la información varia la frecuencia de una portadora transmitida. La frecuencia de la portadora se mantiene constante. Las señales transmitidas inducen un voltaje en la antena receptora , el receptor amplifica la señal, manda las señales a través de un limitador y discriminador, y reproduce la información transmitida en la salida del receptor. Como se muestra el limitador/discriminador corta las portadoras arriba y abajo para eliminar las variaciones en amplitud. Las señales no deseadas causan una variación en la portadora del receptor en amplitud de la antena receptora. Estas no aparecerán en la salida del receptor ya que están no varían la frecuencia de la portadora recibida. Esto es porque la transmisión en FM es esencialmente libre de interferencia y ruido, con respecto a la portadora modulada en amplitud.

Transmisión y Recepción en FM

Líneas Conmutadas y Dedicadas

Existen dos tipos básicos de líneas de conexión para conectar dispositivos de comunicaciones, estas conexiones se hacen por medio de líneas dedicadas y conmutadas.

Líneas Dedicadas

Una línea arrendada (leased line), también llamada comúnmente línea privada o dedicada, se obtiene de una compañia de comunicaciones para proveer un medio de comunicación entre dos instalaciones que pueden estar en edificios separados en una misma ciudad o en ciudades distantes. Aparte de un cobro por la instalación o contratación [pago único], la compañia

provedora de servicios (carrier) le cobrará al usuario un pago mensual por uso de la línea, el cual se basará en la distancia entre las localidades conectadas.

Este tipo de líneas tienen gran uso cuando se requiere cursar:

Una cantidad enorme de tráfico y

Cuando este tráfico es continuo.

Es muy utilizada este tipo de líneas por bancos, industrias, instituciones académicas, etc.

Las ventajas de la líneas arrendadas son:

Existe un gran ancho de banda disponible (desde 64 Kbps hasta decenas de Mbps)

Ofrecen mucha privacidad a la información

La cota mensual es fija, aún cuando está se use sobreutilize.

La linea es dedicada las 24 hrs.

No se requiere marcar ningún número telefónico para lograr el acceso.

Las desventajas:

El costo mensual es relativamente costoso.

No todas las áreas estan cableadas con este tipo de líneas.

Se necesita una línea privada para cada punto que se requiera interconectar.

El costo mensual dependerá de la distancia entre cada punto a interconectar.

Este tipo de líneas son proporcionadas por cualquier compañia de comunicaciones; los costos involucrados incluyen un contrato inicial, el costo de los equipos terminales (DTU, Data Terminal Unit) y de una mensualidad fija.

Líneas conmutadas

Una línea conmutada (switched o dial-up line) permite la comunicación con todas las partes que tengan acceso a la red telefónica pública conmutada (e.g. TELNOR, TELMEX, Alestra (AT&T), Avantel(MCI), etc). Si el operador de un dispositivo terminal quiere acceso a una computadora, éste debe marcar el número de algún teléfono a través de un modem. Al usar transmisiones por este tipo de líneas, las centrales de conmutación de la compañia telefónica establecen la conexión entre el llamante y la parte marcada para que se lleve a cabo la comunicación entre ambas partes. Una vez que concluye la comunicación, la central desconecta la trayectoria que fue establecida para la conexión y reestablece todas las trayectorias usadas tal que queden libres para otras conexiones.

Este tipo de líneas tienen gran uso cuando se requiere cursar:

Una cantidad pequeña de tráfico y

Cuando éste tráfico es esporádico.

Es muy utilizada este tipo de líneas por bancos, industrias, instituciones académicas, y usuarios en general, etc.

Las ventajas de la líneas conmutadas:

La comunicación con este tipo de líneas es muy amplia debido a que existen mundialmente más de 600 millones de subscriptores.

El costo de contratación es relativamente barato.

No se necesita ningún equipo especial, solo un modem y una computadora.

El costo depende del tiempo que se use (tiempo medido) y de la larga distancia.

Las desventajas:

No ofrecen mucha privacidad a la información.

Se requiere marcar un número telefónico para lograr el acceso.

La comunicación se puede interrumpir en cualquier momento.

El ancho de banda es limitado (en el orden de Kbps)

La conexión entre ambas depende de que la parte marcada no esté ocupada su línea y también de que el número de circuitos tanto para la comunicación local como nacional sean los suficientes.

Este tipo de líneas también se contrata ante una compañia telefónica, los incluyen una contratación de la línea el costo dependerá si ésta línea es residencial o comercial, una pequeña renta mensual y el servicio medido, más los costos de la larga distancia, en caso de que se utilice.

Modos Simplex Half-Duplex y Full-Duplex

Un método de caracterizar líneas, dispositivos terminales, computadoras y modems es por su modo de transmisión o de comunicación. Las tres clases de modos de transmisión son simplex, half-duplex y full-duplex.

Transmisión simplex

La transmisión simplex (sx) o unidireccional es aquella que ocurre en una dirección solamente, deshabilitando al receptor de responder al transmisor. Normalmente la transmisión simplex no se utiliza donde se requiere interacción humano-máquina. Ejemplos de transmisisón simplex son: La radiodifusión (broadcast) de TV y radio, el paging unidireccional, etc.

Transmisión half-duplex

La transmisión half-duplex (hdx) permite transmitir en ambas direcciones; sin embargo, la transmisión puede ocurrir solmente en una dirección a la vez. Tamto transmisor y receptor comparten una sola frecuencia. Un ejemplo típico de half-duplex es el radio de banda civil (CB) donde el operador puede transmitir o recibir, no pero puede realizar ambas funciones simultaneamente por el mismo canal. Cuando el operador ha completado la transmisión, la otra parte debe ser avisada que puede empezar a transmitir (e.g. diciendo "cambio").

Transmisión full-duplex

La transmisión full-duplex (fdx) permite transmitir en ambas dirección, pero simultáneamente por el mismo canal. Existen dos frecuencias una para transmitir y otra para recibir. Ejemplos de este tipo abundan en el terreno de las telecomunicaciones, el caso más típico es la telefonía, donde el transmisor y el receptor se comunican simultaneamente utilizando el mismo canal, pero usando dos frecuencias.

Transmisión Serial y Paralelo Los dos tipos de transmisión que se pueden considerar son serie y paralelo. Para transmisión serial los bits que

comprenden un caracter son transmitidos secuencialmente sobre una línea; mientras que en la transmisión en paralelo los bits que representan el caracter son transmitidos serialmente. Si un caracter consiste de ocho bits, entonces la transmisión en paralelo requerirá de un mínimo de ocho líneas. Aunque la transmisión en paralelo se usa extensamente en transmisiónes de computadora a periféricos, no se usa aparte que en transmisiones dedicadas por el costo que implica el uso de circuitos adicionales.

La transmisión serial es más lenta que la paralela puesto que se envía un bit a la vez. Una ventaja significativa de la transmisión serial en relación a la paralela es un menor costo del cableado puesto que se necesita un solo cable se tiene un octavo del costo que se ocuparía para transmisión paralela. Este ahorro en costo se vuelve más significativo conforme sean mayores las distancias requieridas para la comunicación.

Otra ventaja importante de la transmisión serial es la habilidad de transmitir a través de líneas telefónicas convencionales a mucha distancia, mientras que la transmisión en paralelo esta limitada en distancia en un rango de metros.

Transmisión Sincrona y Asincrona

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Transmisión asíncrona

La transmisión asíncrona es aquella que se transmite o se recibe un caracter, bit por bit añadiendole bits de inicio, y bits que indican el término de un paquete de datos, para separar así los paquetes que se van enviando/recibiendo para sincronizar el receptor con el transmisor. El bit de inicio le indica al dispositivo receptor que sigue un caracter de datos; similarmente el bit de témino indica que el caracter o paquete ha sido completado.

Transmisión Síncrona

Este tipo de transmisión el envío de un grupo de caracteres en un flujo contínuo de bits. Para lograr la sincronización de ambos dispositivos (recpetor y transmisor) ambos dispositivos proveen una señal de reloj que se usa para establecer la velocidad de transmisión de datos y para habilitar los dispositivos conectados a los modems para identificar los caracteres apropiados mientras estos son transmitidos o recibidos. Antes de iniciar la comunicación ambos dispositivos deben de establecer una sincronización entre ellos. Para esto, antes de enviar los datos se envían un grupo de caracteres especiales de síncronía. Una vez que se logra la síncronía, se pueden empezar a transmitir datos.

Por lo general los dispositivos que transmisten en forma síncrona son más caros que los asíncronos. Debido a que son máas sofisticados en el hardware. A nivel mundial son más empleados los dispositivos asíncronos ya que facilitan mejor la comunicación.

Conexión punto-punto y punto-multipunto

Tweet

La distribución geográfica de dispositivos terminales y la distancia entre cada dispositivo y el dispositivo al que se transmite son parámetros importantes que deben ser considerados cuando se desarrolla la configuración de una red. Los dos tipos de conexiones utilizados en redes son punto a punto y multipunto.

Las líneas de conexión que solo conectan dos puntos son punto a punto. Cuando dos o más localidades terminales comparten porciones de una línea común, la línea es multipunto. Aunque no es posible que dos dispositivos en una de estas líneas transmita al mismo tiempo, dos o más dispositivos pueden recibir un mensaje al mismo tiempo. En algunos sistemas una dirección de difusión (broadcast) permite a todos los dispositivos conectados a la misma línea multipunto recibir un mensaje al mismo tiempo. Cuando se emplean líneas multipunto, se pueden reducir los costos globales puesto que porciones comunes de la línea son compartidos para uso de todos los dispositivos conectados a la línea. Para prevenir que los datos transmitidos de un dispositivo interfieran con los datos transmitidos por otro, se debe establecer una disciplina o control sobre el enlace.

Cuando se diseña un red local de datos se pueden mezclar tanto líneas punto a punto como multipunto, y la transmisión se puede efectuar en modo simplex, half-duplex o full-duplex.

SISTEMA DE CABLEADO ESTRUCTURADO

Estándares, Guía para hacer Cables de par trenzado Antecedentes

En el pasado había dos especificaciones principales de terminación de cableado: Los cables de datos y por otro lado, los cables de voz.

En la actualidad, los sistemas de Cableado Estructurado (CE) soportan una gran cantidad de servicios y aplicaciones (voz, datos, video, texto, imágenes), tales como:

Teléfonos, conmutadores

TV, Audio estéreo, DVD, VCR

Computadoras

Modems, Máquinas de fax

Home Theater

Receptores de satélite

Sistemas de seguridad

Sistemas de Automatización

Control de luces

Enrutadores/switches/access points/

En 1985 muchas compañías de la industria de las telecomunicaciones estaban desconcertadas por la falta de estándares de cableado. Entonces la EIA (Electronics Industries Associations) se puso a desarrollar un estándar para este propósito. el primer borrador (draft) del estándar no fue liberado sino hasta julio de 1991, y se le fue dado el nombre de EIA/TIA-568. en 1994 el estándar fue renombrado a TIA/EIA 568A, el existente estándar de AT&T 258A fue incluido y referenciado como TIA/EIA-568B. Estos estándares de facto se hicieron populares y ampliamente usados, despues fueron adoptados por organismos internacionales como el ISO/IEC 11801:1995.

Qué es el Sistema de Cableado EstructuradoEl sistema de cableado estructurado (SCE) es una serie de estándares definidos por la TIA/EIA que definen como diseñar, construir y administrar un sistema de cableado que es estructurado, es decir, que el sistema está diseñado en bloques que tienen características de desempeño muy específicas.

Un SCE se refiere a todo el cableado y componentes instalados en una red basados en un orden lógico y organizado.

Organizaciones de estándares de cableado

Hay muchas organizaciones involucradas en el cableado estructurado en el mundo. En Estados Unidos es la ANSI, TIA e EIA, Internacionalmente es la ISO (International Standards Organization). El propósito de las organizaciones de estándares es formular un conjunto de reglas comunes para todos en la industria, en el caso del cableado estructurado para própositos comerciales es proveer un conjunto estándar de reglas que permitan el soporte de múltiples marcas o fabricantes. Existen varias referencias en SCE alrededor del mundo, tales como:

EIA/TIA 568A/BEl primer estándar de cableado estructurado Publicado en EUA por la EIA/TIA en 1991

ISO/IEC 11801Versión internacional del estándar 568

CENELEC EN 50173Estándar de cableado estructurado británico

CSA T529 Estándar de cableado estructurado Canadiense

El estándar de cableado estructurado EIA/TIA 568 fue diseñado para: Un sistema de cableado genérico de telecomunicaciones para edificios comerciales

Definir tipo de medio, topología, terminaciones y puntos de conexión y administración

Soportar ambiente de múltiples vendedores y productos

Dirección para diseño futuro de productos de telecomunicaciones para empresas comerciales

La habilidad para planear e instalar cableado de telecomunicaciones para edificios comerciales sin previo conocimiento de los productos que se utilizaran en el cableado.

Quiza la principal función de un SCE es prevenir, aislar, identificar y corregir fallas en una red de área local.

Los 6 subsistemas del sistema de cableado estructurado

1. Entrada al edificio:

La entrada a las servicios del edificio es el punto en el cual el cableado externo hace interfaz con el cableado de la dorsal dentro del edificio. Este punto consiste en la entrada de los servicios de telecomunicaciones al edificio (acometidas), incluyendo el punto de entrada a través de la pared y hasta el cuarto o espacio de entrada. Los requerimientos de la inteface de red están definidos en el estándar TIA/EIA-569A

2. Cuarto de equipos El cuarto de equipos es un espacio centralizado dentro del edificio donde se albergan los equipos de red

(enrutadores, switches, mux, dtu), equipos de datos (PBXs,..), video, etc. Los aspectos de diseño del cuarto de equipos está especificado en el estándar TIA/EIA 569A.

3. Cableado de la dorsal (backbone) El cableado de la dorsal permite la interconexión entre los gabinetes de telecomunicaciones, cuartos de

telecomunicaciones y los servicios de la entrada. Consiste de cables de dorsalm cross-connects principales y secundarios, terminaciones mecánicas y regletas o jumpers usados conexión dorsal-a-dorsal. Esto incluye:

»  Conexión vertical entre pisos (risers)»  Cables entre un cuarto de equipos y cable de entrada a los servicios del edificio.»  Cables entre edificios.

Tipo de cables requeridos para la Dorsal

Tipo de CableDistancias máximas de la

dorsal

100 ohm UTP (24 or 22 AWG)

800 metros (Voz)

150 ohm STP 90 metros (Datos)

Fibra Multimodo 62.5/125 µm

2,000 metros

fibra Monomodo 8.3/125 µm 3,000 metros

4. Gabinete o rack de Telecomunicaciones El rack de telecomunicaciones es el area dentro de un edificio que alberga el equipo del sistema de cableado de

telecomunicaciones. Este incluye las terminaciones mecánicas y/o cross-conects para el sistema de cableado a la dorsal y horizontal.

5. Cableado horizontal

El sistema de cableado horizontal se extiende desde el área de trabajo de telecomunicationes al rack de telecomunicaciones y consiste de lo siguiente:   »  Cableado horizintal   »  Enchufe de telecomunicaciones   »  Terminaciones de cable (asignaciones de guías del conector modular RJ-45)   »  Conexiones de transición

Tres tipos de medios son reconocidos para el cableado horizontal, cada uno debe de tener una extensión máxima de 90 metros:   »  Cable UTP 100-ohm, 4-pares, (24 AWG solido)   »  Cable 150-ohm STP, 2-pares   »  Fibra óptica 62.5/125-µm, 2 fibras

6. Area de trabajo Los componentes del área de trabajo se extienden desde el enchufe de telecomunicaciones a los dispositivos o

estaciónes de trabajo. Los componentes del área de trabajo son los siguientes:

  »  Dispositivos: computadoras, terminales, teléfonos, etc.   »  Cables de parcheo: cables modulares, cables adaptadores/conversores, jumpers de fibra, etc.   »  Adaptadores - deberán ser externos al enchufe de telecomununicaciones.

Varios tipos de enchufes (oulets) de pared para telecomunicaciones

Racks o gabinetes de telecomunicaciones

Paneles de parcheo (patch panel)

Tableros de conexión telefónica (s66)

Asignaciones del conector modular RJ-45 de 8 hilos, que forma parte del cableado horizontal.

El conector RJ45 o RJ48 de 8 hilos/posiciones es el más empleado para aplicaciones de redes (El término RJ viene de Registered Jack). También existen Jacks, de 6 posiciones y de 4 posiciones (e.g. el jack telefónico de 4 hilos conocido como RJ11). Los conectores de 8 posiciones están numerados del 1 a 8, de izquierda a derecha, cuando el conector es visto desde la parte posterior al ganchito (la parte plana de los contactos), tal como se muestra en las figuras.

Como ya vimos, dos esquemas de

asignación de pins están

definidos por la EIA/TIA, el 568A y el 568B. Ambos esquemas son casi identicos,

excepto que los pares 2 y 3, están

al reves.

Cualquier configuración

puede ser usada para ISDN (Integrated

Services Digital Network) y

aplicaciones de alta velocidad.

Las Categorias de cables tranmisión 3,4, 5, 5e y 6 son sólo aplicables a

este tipo de grupos de pares. Para aplicaciones

de RED, (e.g. Ethernet

10/100BaseT, o Token Ring) solo son usados dos

pares, los 2 pares restantes se

utilizarian para otro tipo de

aplicaciones, voz, por ejemplo.

¿Como leer un cable modular?

Alinear los dos extremos del

conector, con los dos contactos hacia el frente y compare

los colores de izquierda a

derecha. Si los colores aparecen

en el mismo orden en ambos

conectores, entonces, el cable es "directo", o 1 a

1. Si los colores del segundo conector

aparecen en sentido inverso al

del primero, entonces, el cable

es "cruzado".

Un cable directo sirve para conectar una computadora [tarjeta de red] a

un Hub, o Una computadora a un Switch. Mientras

que un cable cruzado sirve para conectar dos PCs

entre sí; dos hubs o switches entre sí. Algunos hubs o

switches pueden tener enchufes que cambien de directo a cruzado mediante

un interruptor, otros tienen un

enchufe especial para ese propósito marcado con "X".

¿Cómo hacer cables UTP de par trenzado?

Cómo vimos anteriormente existen 2 estándares para hacer cables UTP, el 568A y el 568B. La idea es que aprendamos a hacer cables usando estos 2 estándares, reiterando que la única diferencia son el orden de los colores. Al rato explicaremos porqué es necesario aprender los 2 estándares.

Qué material es necesario:- 1 metro de cable par trenzado UTP categoría 5- 3 conectores RJ45- Pinzas de presión para par trenzado- Probador de cables

Haciendo cables directos

Para hacer cables directos sólo hay que conectar ambos extremos de los cables siguiendo el mismo orden de colores en cada extremo.

Pin# Función 568A 568B1 Tx BLANCO/VERDE BLANCO/NARANJA2 Tx VERDE NARANJA3 Rx BLANCO/NARANJA BLANCO/VERDE4 - AZUL AZUL5 - BLANCO/AZUL BLANCO/AZUL6 Rx NARANJA VERDE7 - BLANCO/CAFE BLANCO/CAFE8 - CAFE CAFE

Haciendo cables cruzados

Para hace cables cruzados (crossover), sólo hay que conectar en un extremo del conector RJ45 empleando el estándar 568A, y en el otro extremo del cable el estándar 568B. Asi de fácil.

PASOS para hacer un cable 1.- Cortar un trozo de cable2.- Quitar el revestimiento.3.- Separar los 4 pares de hilos.4.- Destrenzar los hilos. 5.- Organizar los hilos según el código de color adecuado y aplanarlos.6.- Mantener el orden de los colores y mantener los hilos aplanados, luego recorte los hilos de tal manera que la longitud 7.- máxima de los hilos no trenzados sea 1 o 2 cm.7.- Insertar los hilos de forma ordenada en el conector RJ-45; asegúrese de que el revestimiento quede dentro del conector. 8.- Introduzca los hilos tan firmemente como sea posible para asegurarse de que los conductores se puedan ver cuando se mira el conector desde el extremo.9.- Inspeccione el código de color y la ubicación de las envolturas para asegurarse de que sean los correctos.10.- Inserte el conector firmemente en las pinzas y ciérrela totalmente a presión. 11.- Inspeccione ambos extremos de forma visual y mecánica.12.- Utilice un probador de cables para verificar la continuidad de c/u de los hilos del cable

ESTÁNDARES

Definición de estándar, organizaciones

Cronología de Organizaciones que definen estándares

Qué es la Homologación

¿ Qué es Homologación ?

Acto por el cual la SCT (Secretaría de Comunicaciones y Transportes) reconoce oficialmente que las especificaciones de un producto destinado a telecomunicaciones satisfacen las normas y requisitos establecidos, por lo que puede ser conectado a una Red Pública de Telecomunicaciones, o hacer uso del espectro radioeléctrico.

Tipos de Homologación:

Homologación Provisional

o Vigencia de un año y podrá ser renovado hasta en dos ocasiones

Homologación Definitiva

o Vigencia indefinida

Registro de uso exclusivo de Homologación

o Vigencia indefinida

Normalización: Fijación, por medio de un acuerdo, de los criterios que debe cumplir un equipo de comunicaciones en cuanto a calidad, tipo de material, valores de ciertas caracter'siticas asociadas, tipo de interfase, etc; de modo que pueda interconectarse a las redes públicas sin problema alguno.

Actualmente la normalización está sujeta a la Ley General de Metrología y Normalización. Esta Ley preveé la creación de una serie de mecanismos para producir normas y controlar su aplicación.

Existen básicamente dos tipos de Normas Oficiales en México:

Las NOM Norma Oficial Mexicana)

Las NMX (Normas Mexicanas, acordadas por concenso de la propia industria)

En el caso de las telecomunicaciones, las normas NOM son de dos tipos:

La primera será competencia de SECOFI (Secretaría de Comercio y Fomento Industrial) y de sus laboratorios asociados, y se refiere a los aspectos de seguridad alrededor del producto.

La segunda norma trata el aspecto de la operación del aparato, para evitar, por ejemplo: interferencias entre concesionarios en el caso de que se use el espectro radioeléctrico.

¿ Qué equipos deben homologarse ?

Se deberán homologar todos aquellos equipos que se interconecten a la Red Pública de Telecomunicaciones y los que usen el espectro radioeléctrico.

Aparatos telefónicos, facsimiles, modems; conmutadores; DTUs, multicanalizadores; modems satélitales; enrutadores, radios VHF, UHF; radios de microondas; Amplificadores de Potencia, Antenas de satélite y microondas; enrutadores, etc.

El equipo de cómputo no requiere homologación sólo de NOM.

¿ Comó puedo solicitar una homologación ?

Para obtener una homologación de un equipo de comunicaciones, deberá presentarse documentación técnica (avalada por un perito en

comunicaciones) a la COFETEL (Comisión Federal de Telecomunicaciones , organismo descentralizado de la SCT) con los

siguientes requisitos:

Descripción general del equipo Descripción de los parámetros técnicos

Interfaces con las vías de comunicación

Dictamen Técnico Historia de la ISO

¿ Qué es ISO ?

La ISO (Internacional Organization for Standardization ) es una federación a nivel mundial de grupos nacionales de estándares de más de 100 países, uno de cada país.

La ISO es una organización no-gubernamental establecida en 1947. La misión de la ISO es promover el desarrollo de la estandarización y actividades relacionadas con el propósito de facilitar el intercambio internacional de bienes y servicios, y para desarrollar la cooperación en la esfera de la actividad intelectual, científica, tecnológica y económica.

Los resultados del trabajo de la ISO en acuerdos internacionales son publicados como Estándares Internacionales.

Historia de la ISO

Los principios de la estandarización internacional fue en el campo electrotécnico: La IEC (International

Electrotechnical Commission ) fue creada en 1906. El pionero en el trabajo en otros campos fue llevado a cabo por la ISA (International Federation of the National Standarizing Associations), la cual fue creada en 1926. El énfasis del trabajo de la ISA fue la ingeniería mecánica.

Las actividades de la ISA cesaron en 1942, debido a la Segunda Guerra Mundial. Después de una reunión en Londres en 1946, los delegados de 25 países deciden crear una nueva organización " objeto del cual podría facilitar la coordinación y unificación internacional de estándares industriales". La nueva organización, ISO, empezó a funcionar oficialmente el 23 de febrero de 1947.

El primer estándar de la ISO fue publicado en 1951 con el título, "Standard reference temperature for industrial length measurement". (referencia estándar de temperatura para mediciones de longitud industrial).

Origen del nombre ISO

Muchas personas han mandado un montón de correspondencia a la Organización con respecto al origen del nombre ya que las siglas ISO no concuerdan el nombre de la organización en inglés: International Organization for Standardization; cuestionan, -¿ el acrónimo debe de ser IOS ?..

La verdad es que "ISO" es una palabra, derivada del griego isos, que significa "igual", que es la raíz del prefijo "iso-" que ocurre en una variedad de terminos como "isométrico" (de igual dimensión o medida), "isonomia" (igualdad de leyes).

De "igual" a "estándar", la línea del pensamiento que escogio "ISO" como el nombre de la organización.

Además, el nombre tiene otra ventaja de ser válido en los tres lenguajes oficiales de la organización --inglés, francés y ruso. La confusión que podría surgir, es al usar el acrónimo en idioma francés, e.g. "IOS" no

podría corresponder al título oficial de la organización en ese idioma --Organisation internationale de normalisation.

Historia de la ITU

La Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU)

HISTORIA [1865-1947]

La Unión Internacional de Telegrafía -organización padre de la ITU- fue la primer organización intergubernamental e internacional que se formó. Fue fundada con el propósito de buscar una estructura y un método de funcionamiento que permitiera conocer los problemas planteados por las nuevas tecnologías de comunicación, así como también de las demandas de su heterogénea clientela. Como tal, la historia de la ITU es la historia de las organizaciones internacionales en general, y la ITU fue el modelo de todas las subsiguientes organizaciones, incluyendo a la Liga de las Naciones.

Un grupo de administradores, comienzan a reunirse tan pronto después de empezado el siglo 20 para regular "la telegrafía

sin alambres" apoyados enormemente en la Unión de Telegrafía mediante seminarios para estructurar su trabajo. No solo hicieron que la nueva agencia imitara la estructura de la Unión de Telegrafía, sino que además tomaron prestada su Secretaría. Por razones técnicas y políticas, las dos entidades llegaron en existencias separadas, pero eso fue un proceso natural para que la tecnología de la comunicación progresara, existiendo menos y menos razones para que ellas continuaran como entidades separadas. La decisión en 1932 para unir las dos entidades y crear la Unión Internacional de Telecomunicaciones fue una gestión práctica y lógica.

Los miembros de la nueva Unión Internacional de Telecomunicaciones colaboraron solo en una serie de conferencias antes de que el mundo se sumergiera por la segunda guerra mundial. Este hecho y los tremendos

avances en el uso de la radio, dieron lugar durante la guerra hacer imperativo agendar una gran conferencia lo más pronto posible, en

cuando cesaran las hostilidades. En 1947, después de algunas discusiones preliminares entre los principales poderes que estaban

involucrados, la conferencia en Atlantic City en 1947 marcó un hecho importante en la historia de la ITU, debido a que se hicieron cambios en el método de funcionamiento y la estructura de la ITU que hasta la fecha

continúan presentes.

Orígenes de la Unión Internacional de Telegrafía

A principios del siglo XIX, Europa estuvo en un estado de agitación. Los efectos de la revolución industrial se hicieron evidentes en cualquier parte, y los principios de la revolución de la transportación fueron indicados por la aparición de la máquina de vapor y el ferrocarril.

La situación fue ideal para la introducción del telégrafo. Así, se puso éste inmediatamente en uso para mejorar el funcionamiento de los sistemas ferroviarios. Las cualidades de los nuevos sistemas de comunicación rápidamente sirvieron a quienes tenían la necesidad de transmitir información rápida y efectivamente, tales como las empresas dedicadas a difundir noticias y otras empresas comerciales. Éstas empresas fueron especialmente bienvenidas, ya que los cargos a éstas podrían ser usados para subsidiar el telégrafo -usado por el Gobierno y el sistema ferroviario. Por mucho tiempo, el usuario menos importante del telégrafo fue el ciudadano común, debido al alto costo del servicio y a la baja prioridad de sus mensajes.

COMITÉS CONSULTIVOS

Para que los gobiernos y la industria tomen ventaja de las nuevas tecnologías y técnicas en telecomunicaciones, es necesario estar al tanto de los estándares. El estudio de las innovaciones en telecomunicaciones y la elaboración de los estándares es la actividad principal del Comité Consultivo Internacional de Radiocomunicaciones (CCIR) y del Comité Consultivo Internacional de Telegrafía y Telefonía (CCITT) de la ITU.

Estas dos entidades están compuestas por especialistas del gobierno y la industria; llevan muchas de sus funciones a través de correspondencia, seguidas por frecuentes reuniones. Cada entidad elige a su propio director y una secretaría especializada.

ESTRUCTURA Y FUNCIONES

Las funciones de los comités consultivos y sus estructuras básicas son asignadas por la Convención Internacional de Telecomunicaciones. El articulo 11 de la Convención -en Malaga-Torremolinos, 1973, Ginebra, 1974- simplemente especifica que: "el deber del Comité Consultivo Internacional de Radiocomunicaciones (CCIR) será estudiar las cuestiones técnicas y

operativas relativas específicamente a las radiocomunicaciones y a la emisión de recomendaciones de éstas." El articulo 11, párrafo 1 (2), especifica que: "Los deberes del Comité Consultivo Internacional de Telegrafía y Telefonía (CCITT) deben ser el estudio técnico, operativo y de cuestiones de tarificación relativas a telefonía y telegrafía y de la emisión de las recomendaciones de éstas.".

La estructura de los comités consultivos no han cambiado grandemente desde sus inicios. Cada uno de los comités celebran asambleas plenarias cada tres años. Debido a la importancia del trabajo de los comités para la preparación de las conferencias, la convención establece que las asambleas plenarias deban ser convocadas, si es posible, al menos ocho meses antes de tal conferencia. El trabajo minucioso es llevado a cabo por una esmerada infraestructura compuesta por grupos de estudio, comités y grupos de trabajo. En 1980, en el departamento principal, la CCITT tuvo quince grupos de estudio, una unión de grupo de estudio CCITT/CCIR, cinco comités de proyectos, y seis grupos de trabajo autónomos especializados; el CCIR tenía once grupos estudio y dos uniones de grupo de estudio CCITT/CCIR. La asamblea plenaria también designa a el presidente y vice-presidente de cada grupo.

Cada comité tiene un director, elegido por la asamblea plenaria por un periodo inicialmente de seis años (dos veces el periodo oficial entre dos asambleas plenarias consecutivas) y después por un periodo de tres años. La CCITT también tiene su propio laboratorio facultado por la Secretaría especializada de la CCITT. Fue creado en 1927 para proveer a los administrativos Europeos de medios para examinar la calidad de la transmisión del subscriptor telefónico y así determinar si cumplían con los estándares internacionales establecidos por la CCIF (Comité Consultivo Internacional de Telefonía) para transmisiones de larga distancia. El laboratorio de la CCITT, ahora conocido como laboratorio telefonométrico, continua haciendo pruebas a equipo telefónico sin costo alguno.

La participación como miembros en el trabajo de los comités consultivos está abierta a las administraciones de todos los miembros de la ITU y para aquellas agencias privadas las cuales han sido aprobadas para participar por el país miembro. La participación en la asesoría, está también abierta a "las organizaciones de telecomunicaciones internacionales y regionales las cuales coordinan su trabajo con la Unión Internacional de Telecomunicaciones" y "organizaciones científicas e industriales, las cuales participan en el estudio de los problemas de telecomunicaciones o en el diseño o manufactura de equipo pretendido para servicios de telecomunicaciones..." y los cuales tienen la aprobación de los miembros de la administración para participar en los grupos de estudio solo para asesoría.

La CCITT

Desde su creación en 1956, la CCITT ha llevado a cabo las siguientes asambleas plenarias.

Primera, Ginebra, Suiza, 1956

Segunda, Nueva Delhi, India, 1960

Tercera, Ginebra, Suiza, 1956

Cuarta, Mar del Plata, Argentina, 1968

Quinta, Ginebra, Suiza, 1972

Sexta, Ginebra, Suiza, 1976

Séptima, Ginebra, Suiza, 1980

La asamblea plenaria puede ser a la misma vez un punto de partida y un punto final en el trabajo del comité como una unidad. En el punto de partida, la asamblea plenaria organiza el comité para el siguiente intervalo de cuatro años, incluyendo la creación de los grupos de estudio requeridos y los grupos de trabajo, selección del vice-presidente, la distribución al apropiado grupo de estudio de las propuestas.

La asamblea plenaria es frecuentemente puesta al tanto de las propuestas, las cuales se traslapan con las jurisdicciones de dos o más

de sus grupos de estudio, de los otros comités consultivos, o de cualquier otro organismo internacional. La única solución de tales

situaciones es nombrar un emisario especial que actúe como un medio de comunicación entre todos los grupos afectados o para confiar en

individuos quienes participan en cada uno de los cuerpos los cuales les concierne.

La asamblea plenaria entonces comisiona al presidente de los grupos de estudio y los grupos de trabajo. Para poder calificar, deben de ser oficiales de sus propias administraciones, deben tener la habilidad para conducir juntas, y deben tener un buen conocimiento del idioma inglés o francés.

Finalmente, la asamblea plenaria tiene la tarea de elegir al Director de la CCITT. Varios factores deben ser tomados en consideración cuando se selecciona un director. En particular, el director no debe pertenecer al mismo país como el Secretario General o comisionado, o el director del CCIR. En resumen, las consideraciones deben asegurar una distribución amplia de las diferentes regiones del mundo entre todos los oficiales elegidos de la ITU.

Como el como punto final en el trabajo del comité, la asamblea plenaria tiene la tarea de aprobar los resultados del trabajo realizado durante el periodo precedido de cuatro años. Esencialmente, aprueba un gran número de documentos, usualmente por decisión unánime. La CCITT, sin embargo, tiene la habilidad de conseguir y finalizar las recomendaciones finales por correspondencia. Otra vez el grupo de estudio involucrado debe estar de acuerdo unánimemente y veinte administraciones deberán aprobar el resultado. Cuando todos los documentos han sido editados por el Secretario de la CCITT, estos son publicados en los tres lenguajes oficiales de la Unión. Existe sin embargo, otro tipo de producto conocido como "manuales" los cuales proveen un conocimiento general de una campo en particular de las telecomunicaciones.

La CCIR

La asamblea plenaria de la CCIR tiene responsabilidades similares a la de la CCITT. Decide las propuestas que van a ser estudiadas, formación de grupos de trabajo y da a éstos sus términos de referencia, y elige a su propio director. También designa al presidente y vice-presidente del comité de los grupos de estudio, pero en contraste con la CCITT, no provee mas de un vice-presidente por grupo. Establece el calendario de los grupos de trabajo, y de los demás cuerpos subordinados, y cuando el trabajo ya ha sido hecho, es en la asamblea plenaria donde las resoluciones son aprobadas y las recomendaciones sobre los estándares son finalmente establecidas.

La asamblea plenaria de CCIR también provee el forum para establecer los datos técnicos para servir como base del trabajo de las Conferencias Administrativas de Radio tales como: WARC-ST(1971), WARC-BS(1977) y WARC 79 (1979). Además, muchos de sus estudios facilitan el trabajo de la IFRB.

Las Asambleas plenarias son las siguientes:

o 1929 La Haya, Suiza

o 1931 Copenhague, Dinamarca

o 1934 Lisboa, Portugal

o 1937 Bucarest, Rumania

o 1948 Estocolmo, Suecia

o 1951 Ginebra, Suiza

o 1953 Londres, Inglaterra

o 1956 Varsovia, Polonia

o 1959 Los Ángeles, E.U.A.

o 1963 Ginebra, Suiza

o 1966 Oslo, Noruega

o 1970 Nueva Delhi, India

o 1974 Ginebra, Suiza

o 1978 Kyoto, Japón

o 1982 Ginebra, Suiza

Hoy en día la ITU esta dividida en tres Sectores

 

ITU-T (Telecomunicaciones) ITU-R (Radiocomunicaciones)

ITU-D (Desarrollo)

La ITU (2da. parte) La ITU (Segunda Parte)

Introducción

La adopción de los estándares internacionales de telecomunicaciones es la función original de la ITU. Cuando las administraciones europeas quisieron interconectarse a sus sistemas telegráficos nacionales para formar una red continental, la Unión Internacional de Telegrafía fue creada para servir como un foro para adoptar estándares lo que permitió que esto ocurriera.

Independientemente de la ITU, existen otras organizaciones internacionales que también se encargan de adoptar estándares. Algunas de las más prominentes son la Organización Internacional de Estándares (ISO), La Comisión Internacional Electrotécnica (IEC), la Federación Internacional de Procesamiento de Información (IFIP), y la Unión Internacional de Ciencias de Radio (URSI). Estas organizaciones tienden servir las necesidades de los fabricantes de equipos de comunicaciones para establecer los estándares en áreas donde la jurisdicción de la ITU no ha tenido una fuerte imposición, o donde los procesos de estandarización han sido muy lentos en relación al rápido desarrollo en el área de las telecomunicaciones. Existe una muy cercana coordinación entre todas estas organizaciones, incluyendo la ITU. Sus representantes atienden cada una de sus reuniones, sus oficinas son por lo regular cercanas una con la otra (por ejemplo, La ISO esta localizada cruzando la calle de la ITU), y la mayoría de los participantes en las reuniones de esas organizaciones son los mismos.

La preponderancia de los estándares de la ITU están contenidos en tres conjuntos de documentos: las regulaciones de radio, el libro de la CCITT (aplicable después de la séptima asamblea plenaria de 1980) también conocido como libro amarillo, y las recomendaciones y reportes de la CCIR, comúnmente conocidos como libros verde. Las regulaciones de telefonía y telegrafía ahora contienen las disposiciones concernientes a los acuerdos de las cuentas de las telecomunicaciones internacionales. Esencialmente todos los estándares que estuvieron en esos comunicados están ahora contenidos en el libro amarillo de la CCITT.

Los estándares de la CCITT (hoy ITU-T)

Los más amplios y detallados estándares son promulgados por el Comité Consultivo Internacional de Telegrafía y Telefonía en sus asambleas plenarias de cada cuatro años. Sin embargo, el sólo establecimiento de un consenso dentro de una de las reuniones de los grupos de estudio de la CCITT entre las asambleas plenarias es generalmente suficiente para lograr una adopción universal de facto de un estándar nuevo o modificado.

El libro amarillo de la CCITT consiste de un conjunto de 30 libros de cubierta suave, conteniendo un total de 5,570 páginas. Estos libros contienen los reportes, las resoluciones, opiniones en las asambleas plenarias, los cientos de recomendaciones de la CCITT, una lista de términos, definiciones, y un índice. Las propuestas bajo estudio por la CCITT son publicados en forma separada en edición limitada.

Esas Recomendaciones son organizadas en una forma amplia en la siguiente tabla.

Códigos de la serie de recomendaciones de la ITU

A Organización del trabajo de la CCITT

B Significado de las expresiones (definiciones, vocabulario,

símbolos, clasificaciones )

C Estadísticas generales de telecomunicaciones

D Principios generales tarifarios

E Operación telefónica, ingeniería de tráfico y administración de

red.

F Operación telefónica y tarifas

G Transmisión: líneas, sistemas de microondas terrestres,

circuitos radiotelefónicos

H Utilización de las líneas para telegrafía y fototelegrafía

J Transmisión de programas por radio y televisión

K Protección contra interferencia

L Protección contra corrosión

M Mantenimiento de circuitos telefónicos y proveedores de

servicios (carriers)

N Mantenimiento para transmisiones de televisión y sonido.

O Especificaciones para equipo de medición

P Calidad en transmisiones telefónicas. Instalaciones telefónicas

y redes de línea local.

Q Conmutación y señalización telefónica

R Canales telefónicos

S Aparatos telefónicos

T Aparatos facsímile telegráficos

U Conmutación telegráfica

V Transmisión de datos

X Nuevas redes de datos

Z Lenguajes de programación para SPC Estándares promulgados por la CCIR

La CCIR, en contraste con la CCITT, no tiene una codificación genérica o por temas de su material. En lugar de lo anterior, tiene siete niveles de

documentos bajo los cuales actúa: recomendaciones, reportes, resoluciones, propuestas, programas de estudio y decisiones. Todo este material es organizado en base a los grupos de estudio, y esta enfocado a los diversos servicios de radio. La organización del material es mucho más complicada por el hecho de que cada grupo de estudio organiza su material de diferente manera. El único método práctico para encontrar

una disposición de un tema en particular es consultando el índice alfabético de términos técnicos encontrados en el volumen XIII-2. Los resultados publicados del trabajo de CCIR son encontrados en los libros verde del CCIR que consisten de un

conjunto de catorce libros de cubierta suave, conteniendo un total de 3,790 páginas. Deberá notarse que los libros verde del CCIR, en contraste con el libro amarillo de la CCITT, contiene todos los niveles de documentación esencialmente en cinco diferentes secciones de cada libro. La primera sección contiene las recomendaciones y reportes, primero ordenados por grupo de trabajo, y después por número; la segunda sección contiene propuestas y programas de estudio ordenados por número de propuesta; la tercera sección contiene las decisiones ordenadas por número de decisión; la cuarta sección contiene las resoluciones ordenadas por el número de la resolución; y la quinta sección contiene las opiniones ordenadas por el número de opinión. Los números y las letras son usados en número de texto para indicar varios niveles de revisión de una propuesta y la rama de un programa de estudio; y el sufijo es agregado para indicar el grupo de estudio responsable del texto.

La mayoría de las recomendaciones de la CCIR atañen a la administración de las frecuencias. Muchas son adjuntas a las disposiciones encontradas en las regulaciones de radio, y fueron adoptadas a éstas. En algunos casos las disposiciones pueden ser explícitamente referenciadas en el texto de una disposición de radio regulación; en otros casos, la referencia es implícita y debe ser determinada examinando los estándares CCIR aplicables.

Esbozo del libro Amarillo de la CCITT Volumen I   Minutas y reportes de la séptima asamblea plenaria

    Resoluciones y opiniones de la CCITT

   Tabla de los grupos de estudio y grupos de trabajo

durante 1981-84     Sumario de las propuestas estudiadas durante 1981-84

   Recomendaciones en el trabajo de organización de la

CCITT (Serie A)     Recomendaciones sobre el estilo de escribir (Serie B)

   Recomendaciones sobre telecomunicaciones en general

(Serie C)        II.1 Principios tarifarios en general (Serie D)

  .2 Servicio telefónico internacional - operación (E.100-

300 )   .3 Servicio telefónico internacional - operación (E.401-543)

  .4 Operación de servicios telemáticos, telegráficos y

tarifarios      

  III.1 Características generales de las conexiones y circuitos

de la telefonía internacional

  .2 Sistemas portadores analógicos Internacionales.

Características y medios de transmisión. (G.101-171)

  .3 Redes digitales -Sistemas de transmisión y equipos de

multicanalización. (G.701-939)

  .4 Líneas de transmisión de señales no-telefónicas.

Transmisión de programas de sonido y señales de televisión. (Serie H, J)

     

  IV.1 Mantenimiento; principios generales, circuitos

telefónicos internacionales (M.10-769)

  .2 Mantenimiento; sistemas internacionales de frecuencias

telegrafía, voz y facsímile, circuitos arrendados internacionales (M.800-1235)

  .3 Mantenimiento; circuitos internacionales de

programación de sonido y transmisión de televisión (Serie N)

  .4 Especificaciones de equipo de medición (Serie C)        V Calidad en transmisiones telefónicas (Serie P)      

  VI.1 Recomendaciones generales sobre conmutación y señalización telefónica. Interface con el servicio

marítimo (Q.1-119)

  .2 Especificaciones de los sistemas de señalización No. 4 y

5 (Q.120-164)

  .3 Especificaciones de los sistemas de señalización No. 6

(Q.251-295)

  .4 Especificaciones de los sistemas de señalización R1 y

R2 (Q.310-480)

  .5 Intercambio de tránsito digital para aplicaciones

nacionales e internacionales. Sistemas de interconexión y señalización

  .6 Especificaciones de los sistemas de señalización No. 7

(Q.701-741)   .7 Funcionamiento del lenguaje de especificación y

descripción (SDL). Lenguaje hombre-máquina (CHILL) (Z.101-104: Z.311-341)

  .8 Lenguaje de alto nivel CCITT (CHILL) (Z.200)        VII.1 Transmisión y conmutación telegráfica (Serie R, U)

  .2 Equipo terminal para servicios telemáticos y

telegráficos (Serie S, T)      

  VIII.1 Comunicaciones de datos sobre la red telefónica (Serie

V)

  .2 Redes de comunicación; facilidades, servicios e

interfaces (X.1-29)

  .3 Redes de comunicación, transmisión, señalización y

redes de conmutación, mantenimiento, disposiciones administrativas (X.30-180)

     

  IX Protección contra interferencia, protección de cables

(Serie K, L)        X.1 Términos y definiciones   .2 Índice del libro amarillo

Esbozo de los libros Verde de la CCIR I Utilización y monitoreo del espectro (Grupo de estudio 1)   1A Utilización eficiente del espectro   1B Clasificación y designación de emisiones   1C Especificación y características de mediciones la emisión   1D Monitoreo   1E Ruido

 Propuestas y programas de estudio, decisiones, resoluciones y

opiniones.      

II Investigaciones del espacio y radioastronomía (Grupo de estudio

2)   2A Temas de interés general   2C Investigación espacial   2D Radioastronomía y radar astronomía   2E Servicio amateur por satélite

 Propuestas y programas de estudio, decisiones, resoluciones y

opiniones.      III Servicio fijo en frecuencias menores a 30 MHz (Grupo de estudio

3)   3A Sistemas de radio   3B Radiotelefonía   3C Radiotelegrafía y facsímil

 Propuestas y programas de estudio, decisiones, resoluciones y

opiniones.      

IV Servicio fijo usando comunicaciones por satélite (Grupo de

estudio 4)   4A Definiciones   4B Frecuencias, órbitas y sistemas   4C Características en bandabase   4D Métodos de modulación y acceso múltiples   4E Características y mantenimientos de estaciones terrenas

  4F Compartición de frecuencias entre redes de servicio fijo

por satélite

  4G Compartición de frecuencias entre redes de servicio fijo

por satélite para aquellos otros

  4H Compartición de frecuencias con sistemas terrestres de

radiocomunicación

 Propuestas y programas de estudio, decisiones, resoluciones y

opiniones.      V Propagación en medios no-ionizados (Grupo de estudio 5)   5A Textos de interés general   5B Efectos de la tierra   5C Efectos de la atmósfera   5D Aspectos relativos a los servicios móviles y de emisión   5E Aspectos relativos al servicio fijo terrestre

  5F Aspectos relativos a los sistemas de comunicación

espacial   5G Factores de propagación en la interferencia

 Propuestas y programas de estudio, decisiones, resoluciones y

opiniones.      

VI Propagación en medios ionizados (Grupo de estudio 6)   6J Características y propagación ionosférica   6K Problemas operacionales   6L Factores que afectan el diseño del sistema   6M Ruido natural y causado por el hombre   6N Fuerzas de campo arriba de 1.6 MHz   6P Fuerzas de campo abajo de 1.6 MHz

 Propuestas y programas de estudio, decisiones, resoluciones y

opiniones.      

VII Frecuencias estándar y señales en el tiempo (Grupo de estudio 7)

Recomendaciones y reportes

 Propuestas y programas de estudio, decisiones, resoluciones y

opiniones.      

VIII Servicios móviles (Grupo de estudio 8)   8A Servicio móvil en tierra y servicio móvil-satélite en tierra

  8B Servicio móvil marítimo: telegrafía y servicios

relacionados   8C Servicio móvil marítimo: telefonía y servicios relacionados   8D Servicio móvil marítimo: interface y acceso   8E Servicio móvil marítimo: radios y servicios relacionados   8F Servicio móvil aeronáutico

 Propuestas y programas de estudio, decisiones, resoluciones y

opiniones.      

IX Servicio fijo usando sistemas de microondas terrestre (Grupo de

estudio 9)   9A Objetivos de desempeño

  9B Planes de canalización de radio-frecuencia y utilización

del espectro   9C Características de interconexión   9D Mantenimiento

  9E Sistemas de microondas terrestre para aplicaciones

especiales   9F Compartición de frecuencias con otros servicios

 Propuestas y programas de estudio, decisiones, resoluciones y

opiniones.      X Sistemas de emisión de sonido (Grupo de estudio 10)

  10A Emisión por Amplitud Modulada (AM) en las bandas de LF,

MF y HF.

  10B Emisión por Frecuencia Modulada (FM) en las bandas de

VHF y UHF.   10C Emisión sonora en la zona tropical   10D Grabación de programas sonoros   10E Servicios de emisión sonora usando satélites

 Propuestas y programas de estudio, decisiones, resoluciones y

opiniones.      

XI Servicios de emisión de televisión (Grupo de estudio 11)

  11A Características de los sistemas de televisión

monocromáticos y color   11B Intercambio internacional de programas de televisión   11C Calidad de la imagen y los parámetros que la afectan   11D Elementos y métodos de planeación   11E Sistemas de televisión que usan modulación digital   11F Grabación de programas en video   11G Servicio de emisión por satélite (televisión)

 Propuestas y programas de estudio, decisiones, resoluciones y

opiniones.      

XII Transmisión de señales de sonido y televisión (Grupo de estudio

CMTT). Vocabulario (Grupo de estudio CMV)

 CMTT

A Estándares de las transmisiones de televisión y objetivos

de desempeño

 CMTT

B Métodos de operación y valoración del desempeño de las

transmisiones de televisión

 CMTT

C Estándares de las transmisiones de sonido y objetivos de

desempeño

 CMTT

D Métodos de operación y valoración del desempeño de las

transmisiones de sonido

 CMTT

E

Transmisión de señales con multicanalización de video, sonido y componentes de la imagen de los nuevos

sistemas.

 Métodos de operación y valoración del desempeño de las

transmisiones de televisión   CMV A Terminología   CMV B Símbolos gráficos   CMV C Otras medios de expresión

 Métodos de operación y valoración del desempeño de las

transmisiones de televisión      

XIII-1 Minutas de las sesiones plenarias Textos administrativos

Estructura de la CCIR Lista de los textos de CCIR      

XIII-2 Índice alfabético de los términos técnicos que aparecen en los

volúmenes I al XII Fuente: The International Telecommunication Union in a changing world,

George A. Codding Jr. & Anthony M. Rutkowski ARTECH HOUSE, INC

Modelo de referencia OSI

Modelo de referencia OSI

Las capas de la OSI (Open Systems Interconnect) fueron creadas por la ISO (International Organization for

Standarization ) en 1974 con el propósito de abrir la comunicación entre diferentes sistemas sin recurrir a cambios a la lógica y fundamentos del harware y software. El modelo de referencia OSI no es un protocolo, es un modelo para entender el diseño de una arquitectura de red que sea flexible, robusta y interoperable.

El modelo OSI está construído en 7 capas:

» Capa física (capa 1) » Capa de enlace de datos (capa 2)

» Capa de red (Capa 3) » Capa de transporte (capa 4)

» Capa de sesión (capa 5) » Capa de presentación (capa 6)

» Capa de aplicación (capa 7)

Aplicación

Presentación

Sesión

Transporte

Red

Enlace de Datos

Física Capa física

El nivel de CAPA FÍSICA se ocupa de la transmisión de bits a través de un canal de comunicación, así como también define sus características (del canal). Regula aspectos de la comunicación como el tipo de señal (analógica, digital,..), el esquema de codificación, sincronización de los bits, tipo de modulación, tipo de enlace (punto-punto, punto-multippunto), el modo de comunicación (dúplex, half-dúplex o símplex), tasa de bits (número de bits por segundo), topología empleada, y, en general, todas las cuestiones eléctricas, mecánicas, señalización y de procedimiento en la interfaz física (cables, conectores, enchufes,...) entre los dispositivos que se comunican.

Ejemplos de interfaces físicas: RS-232 (V.24), X.21, RS-449/RS-422, V.35, RS-15%0, USB, FireWire (IEEE 1394), SCSI, RJ11, RJ45/RJ48,...Ejemplos de cables: RG-3%, RG-6, 10BaseCX, 100BaseTX, 100BaseFX,...

Capa de Enlace de Datos

La capa de enlaces de datos ensambla los bits de la capa física en grupos de tramas (protocolos de red) y asegura su correcto envío. También es la encargada de la verificación y corrección de errores de la capa física, en caso de que ocurra un error en los bits se encarga de avisarle al transmisor de que efectue una re-transmisión y por lo tanto la capa de enlace se encarga tambien del control de flujo de los datos.

La capa de enlace de datos se divide en dos subcapas: » LLC (Logical Link Control): define como los datos son transferidos sobre el cable y provee servicios de enlace de datos a las capas superiores. » MAC (Medium Access Control): define quien puede usar la red cuando múltiples dispositivos están intentando accesar simultaneamente (e.g. token passing, Ethernet CSMA/CD,..).

Ejemplos de protocolos de enlace de datos: IEEE 802.3 (CSMA/CD), IEEE 802.5 (token passing), FDDI token passing, IEEE 802.6 MAN DQDB, VLANs, ATM Adaptation Layer, ISDN, Frame Relay, PPP, SMDS, SDLC, LAP-A,...

Capa de Red

Es la responsable del envío fuente a destino de los paquetes, es decir, se asegura que cada paquete llegue desde su punto inicial hasta su punto final. Si dos sistemas están conectados en el mismo enlace, no existe la necesidad de la capa de red (e.g. una LAN). Sin embargo, si dos sistemas están en diferentes redes (enlaces) será necesaria una capa de red para culminar la entrega fuente a destino del paquete. Especificas responsabilidades de la capa de red incluyen:

Direccionamiento lógico: El direccionamiento físico implementado en la capa de enlace de datos manipula el problema del direccionamiento localmente. Pero si un paquete pasa de la frontera de la red, se necesita otro sistema de direccionamiento para ayudar a distinguir los sistemas fuente y destino. La capa de red agrega un encabezado al paquete que llega de la capa superior, que entre otras cosas, incluye la dirección lógica del origen y del destino.

Enrutamiento: Cuando redes independientes o enlaces son conectados juntos para crear una intered (e.g. una red de redes como Internet) o una red grande, los dispositivos (llamados enrutadores) enrutan los paquetes a su destino final. Una de las funciones de la capa de red es la de proveer este mecanismo.

Ejemplos de protocolos de capa de red: SLIP, ARP, OSPF, IGRP, GGP, EGP, BGP, RIP, ICMP, IPX (novell), X.25,...

Capa de Transporte

Es la responsable del envío fuente a destino (extremo-extremo) del mensaje entero. Mientras que la capa de red supervisa el envío extremo-extremo de paquetes individuales, no reconoce cualquier relación entre esos paquetes. Trata cada uno independientemente, sin embargo cada pieza pertenece a un mensaje separado. Por otro lado, la capa de transporte, asegura que el entero mensaje arribe intacto y en orden, supervisando el control de flujo y control de error al nivel de la fuente-destino.

—La capa de transporte asegura un servicio confiable —Rompe el mensaje (de la capa de sesión) en pequeños paquetes, asigna número de secuencia y los envía.

Ejemplos de protocolos de la capa de transporte: TCP, UDP, SPX (Novell), NetBEUI..

Capa de Sesión

Los servicios proveídos por las primeras tres capas (física, enlace de datos y red) no son suficientes para algunos procesos. La capa se sesión es controladora de dialogos de la red. Establece, mantiene y sincroniza la interacción entre los sistemas.

—Es una versión mejorada de la capa de transporte — (Solo teoría) muy pocas aplicaciones la usan — Facilita la sincronización y el control del dialogo

Ejemplo de protocolos de Capa de sesión: DAP (Lighweight directory Access)

Capa de Presentación

La capa de presentación se encarga de la sintaxis y la semántica de la información intercambiada entre dos sistemas. Dentro de las tareas especificas se encuentran:

—Traslación (de códigos) —Encriptación —Compresión

Ejemplos de protocolos de presentación: LPP, XDR, NetBIOS (Novell), NCP (Novell), X.25 PAD,...

Capa de Aplicación

La capa de aplicación le permite al usuario accesar la red. Provee de las interfaces de usuario y soporte para servicios tales como correo electrónico, trasferencia de archivos, administración de bases de datos compartidas y otros tipos de servicios distribuídos.

Ejemplos: HTTP, FTP, Telnet, SMTP, DNS, SNMP, X Windows, DHCP, BOOTP, NTP, TFTP, NDS (Novell)

 

TCP/IP vs. OSI 

 

La suite de protocolos de TCP/IP no corresponde exactamente a las capas del modelo OSI. Las suite de protocolos TCP/IP está hecha de 4 capas:

» Capa de Interface de red (capa física y enlace de datos)

Esta capa se centra en el envío de datos hacia otros dispositivos. Se debe conocer la parte físisca de la red para formatear los datos correctamente y conocer sus desventajas y requerimientos.

» Capa de Internet (capa de red): IP, ICMP, IGMP,ARP. RARP,...

Esta capa provee la funcionalidad para las comunicaciones entre redes a través de gateways. Para realizar esto la capa de Internet depende del Protocolo de Internet (IP), el protocolo más importante de la suite TCP/IP.

» Capa de Transporte:TCP, UDP

Esta capa es responsable de las comunicaciones extremo-extremo de la red. Esta capa utiliza dos protocolos para realizar esta tarea: TCP (Transmission Control Protocol) y UDP (User Datagram Protocol).

» Capa de Aplicación: SMTP, FTP, TELNET, NDS, SNMP, NFS, TFTP,...

Esta capa incluye todas las aplicaciones que hacen uso de la capa de transporte para enviar y recibir datos tales como RSH (remote Shell), REXEC (Remote Execute), TELNET, FTP, rlogin, DNS, NFS, etc.

 

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COMUNICACIONES VÍA SATÉLITE

Historia, Frecuencias, Orbitas, Estaciones terrenas

HISTORIA

En 1945 el escritor británico de ciencia ficción Arthur C. Clark en octubre de 1945 publicó en la revista

británica Wireless World el articulo titulado "Extra-Terrestrial Relays", en el cual incluía la propuesta de un sistema de comunicación global utilizando estaciones espaciales hechas por el hombre.

"Un satélite artificial a la distancia apropiada de la tierra puede hacer una revolución cada 24 horas, esto es, podría parecer estacionario sobre un punto de la superficie de la Tierra, y tendría un rango óptico de casi la mitad de la superficie terrestre. Tres estaciones repetidoras, con una separación de 20% entre sí, pueden dar cobertura de señales de radio y microondas a todo el planeta".

Este sueño comenzó a transformarse en realidad con el desarrollo del primer satélite artificial: el SPUTNIK (satélite o compañero de viaje en ruso), el cual fue lanzado en octubre de 1957 en una órbita elíptica de baja altura. Este satélite sólo emitía un tono intermitente, y estuvo en funcionamiento durante 21 días, marcando así el inicio de la era de las comunicaciones vía satélite.

Probablemente el primer satélite repetidor totalmente activo fue el COURIER, lanzado por el Departamento de Defensa de los E.U. en octubre de 1960. Este transmitía conversaciones y telegrafía, y aunque solo duró 70 días fue el primer satélite que usó celdas solares.

El SYNCOM 3 fue el primer satélite de órbita geostacionaria, lanzado por la NASA en febrero de 1963 desde los E.U. Entre otras aplicaciones, se utilizó para transmitir los Juegos Olímpicos de 1964.

El INTELSAT I mejor conocido Pájaro madrugador o Early Bird fue el primer satélite internacional de órbita geosíncrona, lanzado por el consorcio internacional INTELSAT desde los E.U. en abril de 1965, y colocado sobre el Océano Atlántico.

El sistema MOLNIYA relámpago en ruso fue la primera red satelital domestica, y fue lanzado en 1967 por la Unión Soviética, consistía en una serie de 4 satélites en órbitas elípticas con una cobertura de 6 horas por satélite.

Eso fue solo el principio....

BANDAS DE FRECUENCIAS DE SATÉLITE

Banda

Rango de Frecuencias

(GHz) Servicio Usos

VHF 30-50% MHz Fijo Telemetría

UHF 50%-1000

MHz Móvil

Navegación, Militar

L 1 - 2 Móvil Emisión de audio, radiolocalización.

S 2 - 4 Móvil Navegación

C 4 - 8 Fijo Voz, datos, video, Emisión de video

X 8 - 12 Fijo Militar

Ku 12 - 18 Fijo Voz, datos ,

video, Emisión de video

K 18 - 27 Fijo Emisión de video, com. intersatélite

Ka 27 - 40 Fijo Emisión de video, com. intersatélite

BANDAS DE FRECUENCIAS DE LOS SATÉLITES MEXICANOS

(Solidaridad I y II)

BANDA Rango de

Frecuencias Tx (GHz)

Rango de Frecuencias Rx (GHz)

L 1.6265 - 1.6605 1.525 - 1.559

C 5.925 - 6.425 3.700 - 4.50%

Ku 14.00 - 14.50 11.70 - 12.2

ÓRBITAS

Aproximadamente tres cuartas partes del costo de un satélite está asociado a su lanzamiento y a su

mantenimiento en órbita.

La mecánica orbital, es aplicada a los satélites artificiales, la cual está basada en la mecánica celeste, una rama de la física clásica, la cual comenzó con dos gigantes de la física: Kepler y Newton durante

el siglo diecisiete.

Lagrange, Laplace, Gauss, Hamilton, y muchos otros, también contribuyeron al refinamiento matemático de la teoría, empezando con las nociones básicas de la gravitación universal, las leyes de Newton del movimiento, y los principios de conservación de la energía y el momentum.

Las 3 leyes de Kepler y las leyes de gravitación universal y del movimiento se describen brevemente a continuación:

Leyes de Kepler

Las propiedades fundamentales de las órbitas son resumidas por las tres leyes del movimiento planetario de Kepler. Kepler descubrió esas tres leyes empíricamente, basadas en conclusiones de notas de extensas observaciones de Marte por Tycho Brahe. A través de estas leyes se estableció el movimiento planetario con respecto al sol; éstas son igualmente aplicables a los satélites con respecto a la tierra y son un buen punto de partida.

1. La órbita de cada planeta (satélite) es una elipse con el sol (tierra) en uno de sus focos. El punto de la órbita en el cual el planeta está mas cerca del sol se denomina perigeo, y el punto donde está más lejos del sol se le denomina apogeo.

2. La línea que une al sol (tierra) a el planeta (satélite) barre áreas iguales en tiempos iguales.

3. El cuadrado del periodo de revolución es proporcional al cubo de su eje mayor.

Las primeras dos leyes fueron publicadas en 1609 y la tercera en 1619.

Apogeo y perigeo de una trayectoria orbital celeste

Leyes de Newton

Las leyes fundamentales de la física de la teoría de la mecánica orbital esta basada en la Ley de la gravitación universal y la segunda ley del movimiento de Newton. La ley de la gravitación universal establece que la fuerza de atracción entre dos cuerpos varia de acuerdo al producto de sus masas M y m e inversamente al cuadrado de la distancia r entre ellas y es dirigida a lo largo de una línea que conecta sus centros. Así:

F = - GMm/r2

Donde G es la constante de gravitación universal. La segunda ley de Newton nos dice que la aceleración de un cuerpo es proporcional a la fuerza que actúa en ella e inversamente proporcional a sus masas,

Donde a = dv/dt es la aceleración, v es la velocidad, y t es el tiempo. Estas leyes fueron publicadas en 1687.

F = ma = m dv/dt

Dos satélites en la misma órbita no pueden tener diferentes velocidades. Para las órbitas circulares, la velocidad es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de su radio. Si un satélite, inicialmente en una órbita circular sobre la tierra, se le es incrementada su velocidad por un impulso, no podrá moverse mas rápido en esa órbita. En vez de eso, la órbita se convertirá en elíptica, con el perigeo en el punto donde ocurra el impulso.

TIPOS DE ÓRBITAS SATELITALES

Existen varios tipos de órbitas de los satélites artificiales los cuales se clasifican de acuerdo a:

Su distancia de la Tierra (geostacionaria, geosíncrona, de baja altura, de media altura y excéntricas).

Su plano orbital con respecto al Ecuador (ecuatorial, inclinada y polar).

La trayectoria orbital que describen ( circular y elíptica).

Órbita Geosincrona: Es una órbita circular con un periodo de un día sideral. Para tener este periodo la órbita debe tener un radio de 42,164.2 km. (desde el centro de la tierra).

Órbita Geoestacionaria (GEO): Este tipo de órbita posee las mismas propiedades que la geosíncrona, pero debe de tener una inclinación de cero grados respecto al ecuador y viajar en la misma dirección en la cual rota la tierra. Un satélite geoestacionario aparenta estar en la misma posición relativa a algún punto sobre la superficie de la Tierra, lo que lo hace muy atractivo para las comunicaciones a gran distancia.

Órbita de Baja Altura (LEO) :Estas órbitas se encuentran en el rango de 640 km a 1,50% km entre las llamadas región de densidad atmosférica constante y la región de los cinturones de Van Allen. Los satélites de órbita baja circular son muy usados en sistemas de comunicaciones móviles.

Órbitas de Media Altura: Son las que van desde 9,50% km hasta la altura de los satélites geosíncronos. Los satélites de órbita media son muy usados también en las comunicaciones móviles.

Órbita Ecuatorial: En este tipo de órbita la trayectoria del satélite sigue un plano paralelo al ecuador, es decir tiene una inclinación de 0.

Órbitas Inclinada: En este curso la trayectoria del satélite sigue un plano con un cierto ángulo de inclinación respecto al ecuador.

Órbitas Polar: En esta órbita el satélite sigue un plano paralelo al eje de rotación de la tierra pasando sobre los polos y perpendicular la ecuador.

Órbitas circulares: Se dice que un satélite posee una órbita circular si su movimiento alrededor de la tierra es precisamente una trayectoria circular. Este tipo de órbita es la que usan los satélites geosíncronos.

Órbitas elípticas (Monlniya): Se dice que un satélite posee una órbita elíptica si su movimiento alrededor de la tierra es precisamente una trayectoria elíptica. Este tipo de órbita poseen un perigeo y un apogeo.

PARÁMETROS DE UNA ÓRBITA GEOESTACIONARIA IDEAL

Periodo del satélite (T) 23 hr, 56 min, 4 seg

Radio de la Tierra (r) 6,377 Km

Altitud del satélite (h) 35,779 Km

Radio de la Órbita (d = r+h)

42,157 Km

Inclinación (respecto al ecuador)

0

Velocidad tangencial del satélite (v)

3.074 km/seg

Excentricidad de la órbita 0

PRINCIPALES PERTURBACIONES DE UNA ÓRBITA GEOESTACIONARIA

CAUSA EFECTO

Atracciones de la luna y el sol.

Cambio en la inclinación de la

órbita (0.75 a 0.95)

Asimetría del campo

gravitacional terrestre

(triaxialidad)

Cambios en la posición de longitud del

satélite ("deriva", movimiento este-oeste), al alterar

su velocidad.

Presión de la radiación solar

Acelera al satélite, cambio

en la excentricidad de la órbita (la cual

se manifiesta como una

variación en longitud),

ocasiona giros si la resultante no

incide en el centro de la

masa.

Estructura no homogénea

Giros alrededor de su centro de

masa.

Campo magnético terrestre

Giros, pero menos

significativos.

Impacto de meteoritos

Modificación de posición y

orientación, posibles daños a

la estructura.

Movimientos internos del

satélites, (antenas, arreglos

solares, combustible), etc.

Pares mecánicos variación del

centro de masa

ESTACIONES TERRENAS

Una estación terrena satelital es un conjunto de equipo de comunicaciones y de cómputo que puede ser terrestre (fijo y móvil), marítimo o aeronáutico. Las estaciones terrenas pueden ser usadas en forma general para transmitir y recibir del satélite. Pero en aplicaciones especiales solo pueden recibir o solo pueden transmitir. A continuación se enumeran cada uno de los subsistemas básicos que integran una estación terrena satelital.

Plato Reflector (antena):

Amplificador de Potencia [HPA, High Power Amplifier]

Al Amplificador de Alta Potencia [HPA] tambien se le conoce como Transmisor o Transceptor [Transceiver] ya que está en la parte Transmisora. Existen varias versiones de HPAs, dependiendo de la potencia radiada y de otros factores. Los hay de estado sólido, los SSPA (Solid State Power Amplifier) o SSHPA, los hay analógicos de de Tubos

de Vacio, los TWTs (Travelling Wave Tube), los KPA (Klystron Power Amplifiers) . Los SSPAs generalmente se usan para potencias bajas, los TWTs y los Klystron se utilizan para potencias muy altas.

Amplificador de Bajo Ruido (Receptor), LNA: Low Noise Amplifier:

Conversor de subida/bajada (Up/down converter):

Un conversor de subida y bajada, se puede conseguir a parte, y generalmente convierten frecuencias de IF (Frecuencia Intermedia) a RF (Radio Frecuencia) cuando es UpConverter y de RF a If cuando es DownConverter. La frecuencias de IF son generalmente de 70 MHz, 140 MHz y la mas comun es la Banda L (950-1550 MHz aprox). La RF puede ser Banda C, Ku, Ka, etc.El conversor de subida/bajada tambien puede estar integrado junto con el LNA. Cuando es asi, se le conoce como LNB (Low Noise Block): entonces un LNB = LNA + Up/Down Converter

Modem satelital (modulador, demodulador):

Multicanalizador:

Diagrama genérico de una estación terrena transmisora/receptora

Alimentador, LNB y HPA

Alimentador, LNB y HPA

Estación terrena VSAT

sistema VSAT marca NEC: incluye plato reflector, HPA, LNB, cables y modem satelital

Vsat prodelin de 95 cm banda Ku Tx/Rx

LNB marca NORSAT modelo 4506A Banda

KuLNA marca California

Amplifier Banda C, 40 K

LNB marca California Amplifier Banda Ku, 1.1

dB

Downconverter marca California Amplifier, Banda C a Banda L

Transceiver (HPA) marca ANASAT hasta 23

WattsHPA SSPA marca TGR

Banda C 5 Watts

Modem Satelital marca Comtech EFData modelo SDM-50%

La idea de comunicación global mediante el uso de satélites se debe a Arthur C. Clarke quien se basó en el trabajo matemático y físico de las Leyes de Isaac Newton publicadas en 1687 y las Leyes de Kepler, publicadas en el periodo 1609-1619, y lo unió con aplicaciones y tecnología existente en esa época (1940's). La propuesta de Clarke en 1945 se basaba en lo siguiente:

El satélite serviría como repetidor de comunicaciones El satélite giraría a 36,000 km de altura sobre el ecuador

A esa altura estaría en órbita "Geoestracionaria"

Tres satélites separados a 120° entre sí cubrirían toda la tierra

Se obtendría energía eléctrica mediante energía solar

El satélite sería una estación espacial tripulada.

Casi todos estos puntos se llevaron a cabo unos años después, cuando mejoró la tecnología de cohetes, con la excepción del último punto. Este no se cumplió debido al alto costo que implicaba el transporte y mantenimiento de tripulación a bordo de la estación espacial, por cuestiones de seguridad médica y orgánica en los tripulantes, y finalmente por el avance de técnicas de control remoto.

En la siguiente figura se muestra el área de cobertura de un satelite geostacionario:

Un satélite actúa como una estación de relevación (relay station) o repetidor. Un transpondedor recibe la señal de un transmisor, luego la

amplifica y la retransmite hacia la tierra a una frecuencia diferente. Debe notarse que la estación terrena transmisora envía a un solo

satélite. El satélite, sin embargo, envía a cualquiera de las estaciones terrenas receptoras en su área de cobertura o huella (footprint).

La transmisión por satélite ofrece muchas ventajas para una compañia. Los precios de renta de espacio satelital es más estable que los que ofrecen las compañias telefónicas. Ya que la transmisión por satélite no es sensitiva a la distancia. Y además existe un gran ancho de banda disponible.

Los beneficios de la comunicación por satélite desde el punto de vista de comunicaciones de datos podrian ser los siguientes:

Transferencia de información a altas velocidades (Kbps, Mbps) Ideal para comunicaciones en puntos distantes y no fácilmente

accesibles geográficamente.

Ideal en servicios de acceso múltiple a un gran número de puntos.

Permite establecer la comunicación entre dos usuarios distantes con

la posibilidad de evitar las redes publicas telefónicas.

Entre las desventajas de la comunicación por satélite estan las siguientes:

1/4 de segundo de tiempo de propagación. (retardo) Sensitividad a efectos atmosféricos

Sensibles a eclipses

Falla del satélite (no es muy común)

Requieren transmitir a mucha potencia

Posibilidad de interrupción por cuestiones de estrategía militar.

A pesar de las anteriores limitaciones, la transmisión por satélite sigue siendo muy popular.

Los satélites de orbita baja (Low Earth Orbit LEO) ofrecen otras alternativas a los satelites geostacionarios (Geosynchronous Earth Orbit GEO), los cuales giran alrededor de la tierra a más de 2,000 millas. Los

satelites de este tipo proveen comunicaciones de datos a baja velocidad y no son capaces de manipular voz , señales de video o datos a altas velocidades. Pero tienen las ventajas que los satelites GEO no tienen.

Por ejemplo, no existe retardo en las transmisiones, son menos sensibles a factores atmosféricos, y transmiten a muy poca potencia.

Estos satélites operan a frecuencias asignadas entre los 1.545 GHz y los 1.645 GHz (Banda L).

Otros documentos con información relacionada:

Antenas, Enlace satelital, Métodos de acceso

ANTENAS (Reflectores parabólicos)

Los reflectores parabólicos (comúnmente llamados por error o por costumbre antenas) han sido el símbolo de las estaciones terrenas para comunicaciones por satélite. Existen además de los reflectores paraboloides o Prime Focus [figura a] otros tipos de antenas muy ampliamente usados en campo de las comunicaciones, tales como los reflectores Fuera de foco (off-set) (figura c), Casssegrain (figura b) y los platos tipos Gregorianos.

Tipos básicos de antenas: figura a) Paraboloide figura b) Cassegrain figura c) off-set (fuera de foco)

Channel Master 0.75 cm Offset Receive Only

Patriot 2.8 metros Receive Only C/Ku Prime Focus

RCA 0.60 cm Offset Receive Only - DTH

Andrew 3.7 metros Tx/Rx Transportable

Vertex 11.1 metros Tx/Rx Cassegrain Andrew 4.6 metros Tx/Rx Gregorian

Vertex 3.8 metros Dual Offset Banda C

Patriot 4.5 metros C/Ku Prime Focus

Antena Simulsat, recibe señal de 25 satélites simultaneamente

Fotos cortesia de Bitcentral.com

Enlace Satelital

Componentes:

Estación Terrena transmisora Transpondedor satelital [Satélite]

Estación terrena receptora

Espacio (atmósfera)

La estación terrena transmisora se caracteriza por el P.I.R.E (Potencia Isotrópica Radiada Efectiva). Esto de hecho esta relacionado a la

potencia del transmisor y la ganancia de la antena en la frecuencia de transmisión.

La estación terrena receptora se caracteriza por una figura de mérito (G/T) y la Frecuencia Intermedia (IF) de banda ancha.

Cada elemento en la cadena de recepción puede ser asignada a una temperatura de ruido, la cual es una medida de potencia de ruido contribuida por el elemento por unidad de ancho de banda. Esas contribuciones son combinadas para reflejar la potencia de ruido por la distribución de la ganancia a través de la cadena. En general, la temperatura de ruido de el sistema es determinado primariamente por la antena, al amplificador de bajo ruido (LNA) y los componentes de acople de esos elementos. La suma de pequeñas pérdidas, tales como la atenuación en el cable, entre el LNA y la antena puede resultar en degradación significante de la figura de mérito G/T.

El transponder también juega un papel bien importante en un enlace satelital, éste se encuentra dentro del satélite y cuyas funciones básicas son las siguientes:

Amplificación de la señal Aislamiento de canales adyacentes

Traslación de frecuencias

Por último, también el ambiente determina en gran medida el éxito o el fracaso de un enlace satelital y es aquí donde se generan las mayores pérdidas, ocasionadas por el largo trayecto de la señal propagada desde un satélite en el caso más extremo 36,000 kms de distancia.

Los principales factores que ocasionan la degradación de la señal se encuentran la lluvia, la nieve, la absorción atmosférica, las pérdidas por el espacio libre, entre otras.

ENLACE SATELITALPara medir o cuantificar un buen enlace satelital se debe tomar muy en cuenta la relación Portadora a ruido (C/N, Carrier to Noise) que se genera al hacer unos cálculos con los parámetros del enlace.

Primero se debe calcular la relación portadora a ruido del enlace de subida (C/Nup), después se deberá calcular la relación portadora a ruido pero ahora del enlace de bajada (C/Ndown). La relación portadora total del enlace se determinara por la siguiente ecuación:

así por ejemplo si C/Nup = 10 dB y C/Ndown = 2 dB Entonces C/Ntotal = (10)(2)/(10+2) = 1.66 dB donde C/Nup = PIREET+ G/TSAT- k - Pel -Pll -Papun - Patm -Ppol PIREET = PIRE de la estación terrena transmisora (dB)

G/TSAT=figura de mérito de la antena del satélite (dB) k = constante de Boltzman (228.6 dB) Pel= pérdidas pro espacio libre Pll = pérdidas por lluvia Papun= pérdidas por apuntamiento Patm = pérdidas atmosféricas Ppol = pérdidas por polarización donde C/Ndown = PIRESAT + G/TETR - k - Pel - Pll - Pmisc PIRESAT = PIRE en saturación del satélite (dB) G/TETR= G/T de la estación terrena receptora (dB) k = constante de Boltzman (228.6 dB) Pel= pérdidas pro espacio libre Pll = pérdidas por lluvia Pmisc= pérdidas misceláneas

C/Ntotal = 1 / ( (C/Nup)-1 + (C/Ndown)-1 ) = (C/Nup)(C/Ndown) / (C/Nup + C/Ndown) dB

MÉTODOS DE MÚLTIPLE ACCESO AL SATÉLITE

Múltiple acceso esta definido como una técnica donde más de un par de estaciones terrenas pueden simultáneamente usar un transponder del satélite.

La mayoría de las aplicaciones de comunicaciones por satélite involucran un número grande de estaciones terrenas comunicándose una con la otra a través de un canal satelital(de voz, datos o video). El concepto de múltiple acceso involucra sistemas que hacen posible que múltiples estaciones terrenas interconecten sus enlaces de comunicaciones a través de un simple transponder. Esas portadoras pueden ser moduladas por canales simples o múltiples que incluyen señales de voz, datos o video.

Existen muchas implementaciones específicas de sistemas de múltiple acceso, pero existen solo tres tipos de sistemas fundamentales:

Frecuency-division multiple access (FDMA): Acceso múltiple por división de frecuencias. Este tipo de sistemas canalizan el transpondedor usando múltiples portadoras, donde a cada portadora le asigna un par de frecuencias. El ancho de banda total utilizado dependerá del número total de portadoras. Existen dos variantes de esta técnica: SCPC (Single Channel Per Carrier) y MCPC (Multiple Channel Per Carrier)

Time-division multiple access (TDMA): El Acceso múltiple por división de tiempo esta caracterizado por el uso de ranuras de tiempo asignadas a cada portadora. Existen otras variantes a este método, el más conocido es DAMA (Demand Access Multiple Access, el cual asigna ranuras de tiempo de acuerdo a la demanda del canal.

Code-division multiple access (CDMA): El Acceso múltiple por división de código mejor conocido como Spread Spectrum (Espectro esparcido) es una técnica de modulación que convierten la señal en banda base en una señal modulada con un espectro de ancho de banda que cubre o se esparce sobre una banda de magnitud mas grande que la que normalmente se necesita para transmitir la señal en banda base por si misma. Es una técnica muy robusta en contra de la interferencia en el espectro común de radio y ha sido usado muy ampliamente en aplicaciones militares. Esta técnica se aplica en comunicaciones vía satélite particularmente para transmisión de datos a bajas velocidades.

COMPARACIÓN DE LOS MÉTODOS DE ACCESO MÚLTIPLE

MÉTODO DESCRIPCIÓN VENTAJAS DESVENTAJAS

FDMA

Asignación de Frecuencias,

acceso continuo y controlado del

canal. Se recomienda

cuando existen pocos nodos con mucho tráfico, con

poco ancho de banda a

velocidades bajas (menores que 128 Kbps).

SCPC/FDMA tiene una

capacidad del 100% (cero retardos)

-Disponibilidad fija del canal

-No se requiere control

centralizado-Terminales de

bajo costo.-Usuarios con

diferentes capacidades pueden ser

acomodados.

-Requiere backoff de intermodulación(bandas de guarda), esto reduce

el caudal eficaz del transponder.

-Sistema muy rígido, cambios en la red hace

difícil el reasignamiento.-El ancho de banda se

incrementa conforme el numero de nodos

aumenta.

TDMA

Asignación de ranuras de

tiempo. Cada portadora

ocupa diferente ranura. Se

recomienda para muchos

nodos con trafico

moderado. DAMA se

recomienda para muchos

nodos con poco tráfico. TDMA

tiene una capacidad del 60% al 80%.

-Optimización del ancho de

banda-La potencia y

ancho de banda del

transpondedor es totalmente

utilizado.

-Tiempos de guarda y encabezados reducen el

caudal eficaz.-Requiere de sincronzación centralizada.

-Terminales de alto costo

CDMA Asignación de códigos a cada usuario. CDMA Capacidad del

-Se trasmite a baja potencia-Control no

centralizado,

- Requiere de gran ancho de banda.

- Existe un número limitado de códigos

canal del 10%. canales fijos.-Inmune a la interferecia.

ortogonales.- Trabajan solo

eficientemente con velocidades

preseleccionadas.

 

Flujo de datos en un sistema SCPC>

Flujo de datos en un sistema TDMA>

USOS DEL SATÉLITE EN MÉXICO

Por sectores* *

Sector privado 35 % Industria y comercio 30 %

Sector financiero 20 %

Gobierno 10 %

Sector educativo 5 %

Por Servicios

Redes privadas 57 % o (voz, datos y video de Bancos, Mercados, Industrias, Hoteles, etc.)

Televisión 40 %

o (Televisa, TV Azteca, Multivisión, SEP, etc).

Radio 2 %

o (Radio ACIR, Radio Fórmula, Estereo Rey, Radio Red, etc,)

Telefonía 1 %

o (curso de llamadas de larga distancia por Cias. de telefonía pública )

REDES DE DATOS

Evolución de las redes

Escrito por Evelio Martínez    Sábado 21 de Julio de 2007 00:03

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» 1844 Nace la TELEGRAFÍA (Samuel Morse) » 1861 Primer Red Telegráfica en EUA » 1866 Primer red telegráfica EUA-Inglaterra » 1876 Nace la TELEFONÍA (Alexander Graham Bell) » 1878 Primer red telefónica local en New Haven, EUA » 1892 Primer red telefónica entre New York-Chicago » 1897 Primer red telefónica nacional en EUA » 1898 Nace la comunicación inalámbrica (Marconi) » 1915 Nace la radiodifusión en AM » 1918 Primer estación AM (KDKA en Pittsburgh) » 1923-1938 Nace la televisón » 1937 Primer red de televisió (BBC de Londres) » 1941 Primer estación en FM (WKCR en Univ. de Columbia) » 1950 Primer red de microondas » 1960s Primeras redes vía satélite » 1969 Primer red de Supercomputadoras, ARPANET, Advanced Research Project Agency del Deparatamento de Defensa, se unen 4 universidades, UCLA, UCSB, SRI y la Universidad de UTAH. Los primeros 4 nodos de Internet. » 1980s Primeras redes de computadoras personales (Ethernet, Token Ring, Arcnet) » 1981 Nacen las primeras redes de telefonía celular » 1997 Nacen las primeras redes de DTH (Television Directa al Hogar)

Futuro: Las REDES incrementan su velocidad y capacidad......

Concepto de Redes, tipos de redes CONCEPTO DE RED

Una red (en general) es un conjunto de dispositivos (de red) interconectados físicamente (ya sea vía alámbrica o vía inalámbrica) que comparten recursos y que se comunican entre sí a través de reglas (protocolos) de comunicación.

Dispositivos de red- Estación de trabajo (Workstation)

- Un servidor (server)- Impresora (printer)- Concentrador (Hub)

- Conmutador de paquetes (Switch)- Enrutador (router)

- Punto de acceso (access point)- Consola de CDs (Jukebox)

- Modems satelitales- Modems analógicos

- Estaciones terrenas vía satélite- Conmutadores telefónicos

- etc, etc. Una red debe cumplir con lo siguiente:

Un medio de comunicación donde transfiera información Existen los medios inalámbricos e inalámbricos Un recurso que compartirDiscos, impresoras, archivos, scanners, CD-ROMs,.... Un lenguaje o reglas para comunicarseExisten los protocolos de red: Ethernet, TCP/IP, X.25, IPX,...

 

TIPOS DE REDES

Las redes pueden clasificarse con respecto a la información que es transferida de la siguiente manera:

Redes de DATOSCompañias de beepers, compañias celulares de datos (SMS), proveedores de Internet, Voz paquetizada (VoIP)

Redes de VIDEOCompañias de cableTV, Estaciones televisoras Redes de VOZCompañias telefónicas, compañias celulares Redes de AUDIORockolas digitales, audio por Internet, Música por satélite Redes de MULTIMEDIOSCompañias que explotan voz, datos, video simúltaneamente

También existen redes de microondas, redes vía satélite, redes de fibra óptica, redes públicas, redes privadas, redes eléctricas, redes ferroviarias, redes de carreteras, etc.

 

PARÁMETROS QUE DEFINEN UNA RED

Topología: arreglo físico en el cual el dispositivo de red se conecta al medio Medio físico: cable físico (o frecuencia del espectro electromagnético) para interconectar los

dispositivos a la red Protocolo de acceso al medio: Reglas que determinan como los dispositivos se identifican entre sí y

como accesan al medio de comunicación para envíar y recibir la información  

Redes LAN, CAN, MAN y WAN

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Tipos de redes basadas en la distancia de cobertura

Las redes de acuerdo a la cobertura geográfica pueden ser clasificadas en LANs, CANs,MANs, y WANs.

LAN: Local Area Network, Red de Area Local

Una LAN conecta varios dispositivos de red en una area de corta distancia (decenas de metros) delimitadas únicamente por la distancia de propagación del medio de transmisión [coaxial (hasta 500 metros), par trenzado (hasta 90 metros) o fibra óptica [decenas de metros], espectro disperso o infrarrojo [decenas de metros]).

Una LAN podria estar delimitada también por el espacio en un edificio, un salón, una oficina, hogar…pero a su vez podría haber varias LANs en estos mismo espacios. En redes basadas en IP, se puede concebir una LAN como una subred, pero esto no es necesariamente cierto en la práctica.

Las LAN comúnmente utilizan las tecnologías Ethernet, Token Ring, FDDI (Fiber Distributed Data Interface) para conectividad, así como otros protocolos tales como Appletalk, Banyan Vines, DECnet, IPX, etc.

CAN: Campus Area Network, Red de Area Campus Una CAN es una colección de LANs dispersadas geográficamente dentro

de un campus (universitario, oficinas de gobierno, maquilas o industrias) pertenecientes a una misma entidad en una área delimitada

en kilometros.

Una CAN utiliza comúnmente tecnologías tales como FDDI y Gigabit Ethernet para conectividad a través de medios de comunicación tales

como fibra óptica y espectro disperso.

MAN: Metropolitan Area Network, Red de Area Metropolitana Una MAN es una colección de LANs o CANs dispersas en una ciudad (decenas de kilometros). Una MAN utiliza tecnologías tales como ATM, Frame Relay, xDSL (Digital Subscriber Line), WDM (Wavelenght Division Modulation), ISDN, E1/T1, PPP, etc. para conectividad a través de medios de comunicación tales como cobre, fibra óptica, y microondas.

WAN: Wide Area Network, Red de Area Local Una WAN es una colección de LANs dispersadas geográficamente cientos de kilometros una de otra. Un dispositivo de red llamado enrutador es capaz de conectar LANs a una WAN.

Las WAN utilizan comúnmente tecnologías ATM (Asynchronous Transfer Mode), Frame Relay, X.25, E1/T1, GSM, TDMA, CDMA, xDSL, PPP, etc. para conectividad a tráves de medios de comunicación tales como fibra óptica, microondas, celular y vía satélite.

WLAN y WPANTambién existen las redes inalámbricas WLAN y WPAN, las primeras (wireless Local Area Network) estan delimitadas por la distancia de propagación del medio y de la tecnología empleada, en interiores hasta 100 metros y en exteriores varios kilómetros.

Las WLAN utilizan tecnologías tales como IEEE 802.11a, 802.11b, 802.15, HiperLAN2, HomeRF, etc. para conectividad a través de espectro disperso (2.4 GHz, 5 GHz).

Las WPANs (Wireless Personal Area Network) están delimitadas en distancia aún más que las WLANs, desde los 30 metros hasta los 100 metros bajo condiciones óptimas en interiores.

Las WPAN utilizan tecnologías tales como IEEE 802.15, Bluetooth, HomeRF, 802.11b para conectividad a través de espectro disperso o con infrarrojo.

Topologías Qué es la topología de una red

La topología de una red es el arreglo físico o lógico en el cual los dispositivos o nodos de una red (e.g. computadoras, impresoras, servidores, hubs, switches, enrutadores, etc.) se interconectan entre sí sobre un medio de comunicación.

a) Topología física: Se refiere al diseño actual del medio de transmisión de la red.b) Topología lógica: Se refiere a la trayectoria lógica que una señal a su paso por los nodos de la red.

Existen varias topologías de red básicas (ducto, estrella, anillo y malla), pero también existen redes híbridas que combinan una o más de las topologías anteriores en una misma red.

Topología de ducto (bus)Una topología de ducto o bus está caracterizada por una dorsal principal con dispositivos de red interconectados a lo largo de la dorsal. Las redes de ductos son consideradas como topologías pasivas. Las computadoras "escuchan" al ducto. Cuando éstas están listas para transmitir, ellas se aseguran que no haya nadie más transmitiendo en el ducto, y entonces ellas envían sus paquetes de información. Las redes de ducto basadas en contención (ya que cada computadora debe contender por un tiempo de transmisión) típicamente emplean la arquitectura de red ETHERNET.

Las redes de bus comúnmente utilizan cable coaxial como medio de comunicación, las computadoras se contaban al ducto mendiante un conector BNC en forma de T. En el extremo de la red se ponia un terminador (si se utilizaba un cable de 50 ohm, se ponia un terminador de 50 ohms también).

Las redes de ducto son fácil de instalar y de extender. Son muy susceptibles a quebraduras de cable, conectores y cortos en el cable que son muy díficiles de encontrar. Un problema físico en la red, tal como un conector T, puede tumbar toda la red.

 

Topología de estrella (star)En una topología de estrella, las computadoras en la red se conectan a un dispositivo central conocido como concentrador (hub en inglés) o a un conmutador de paquetes (swicth en inglés).

En un ambiente LAN cada computadora se conecta con su propio cable (típicamente par trenzado) a un puerto del hub o switch. Este tipo de red sigue siendo pasiva, utilizando un método basado en contensión, las computadoras escuchan el cable y contienden por un tiempo de transmisión.

Debido a que la topología estrella utiliza un cable de conexión para cada computadora, es muy fácil de expandir, sólo dependerá del número de puertos disponibles en el hub o switch (aunque se pueden conectar hubs o switchs en cadena para así incrementar el número de puertos). La desventaja de esta topología en la centralización de la comunicación, ya que si el hub falla, toda la red se cae.

Hay que aclarar que aunque la topología física de una red Ethernet basada en hub es estrella, la topología lógica sigue siendo basada en ducto.

 

Topología de anillo (ring)Una topología de anillo conecta los dispositivos de red uno tras otro sobre el cable en un círculo físico. La topología de anillo mueve información sobre el cable en una dirección y es considerada como una topología activa. Las computadoras en la red retransmiten los paquetes que reciben y los envían a la siguiente computadora en la red. El acceso al medio de la red es otorgado a una computadora en particular en la red por un "token". El token circula alrededor del anillo y cuando una computadora desea enviar datos, espera al token y posiciona de él. La computadora entonces envía los datos sobre el cable. La computadora destino envía un mensaje (a la computadora que envió los datos) que de fueron recibidos correctamente. La computadora que transmitio los datos, crea un nuevo token y los envía a la siguiente computadora, empezando el ritual de paso de token o estafeta (token passing) nuevamente.

 

Topología de malla (mesh)La topología de malla (mesh) utiliza conexiones redundantes entre los dispositivos de la red aí como una estrategía de tolerancia a fallas. Cada dispositivo en la red está conectado a todos los demás (todos conectados con todos). Este tipo de tecnología requiere mucho cable (cuando se utiliza el cable como medio, pero puede ser inalámbrico también). Pero debido a la redundancia, la red puede seguir operando si una conexión se rompe.

Las redes de malla, obviamente, son mas difíciles y caras para instalar que las otras topologías de red debido al gran número de conexiones requeridas.

Otros artículos relacionados:

Métodos de acceso al medio

Tweet

En una red de tipo estrella el nodo controlador central se encarga de reservar el canal de transmisión entre dos nodos en particular de la red quieran establecer una comunicación. ¿Pero que sucede en las redes de anillo (ring)

y ducto (bus) donde sólo hay un camino de transmisión lógico que relaciona todos los dispositivos conectados a la red para asegurar que el medio de transmisión se use en forma equitativa. Existen dos técnicas fundamentales que se han adoptado para este tipo de topologías: el acceso múltiple por detección de portadora con detección de colisiones (CSMA/CD, Carrier Sense Multiple Access) para topologías de bus y el testigo de control para (token passing) para redes tanto de bus como de anillo.

CSMA/CD

El método CSMA/CD sólo se utiliza en redes cuya topología sea ducto. En esta topología de red, todos los dispositivos están conectados directamente al mismo cable, por el que se transmiten todos los datos entre cualquier par de dispositivos. Para la transmisión de datos, el dispositivo transmisor (Tx) los encapsula en una trama con la dirección del dispositivo receptor (Rx) requerido en su cabecera. Después, la trama es transmitida (difundida) por el cable. Cuando el dispositivo Rx se da cuenta de que la trama que se está transmitiendo lleva su dirección en el encabezado, sigue leyendo los datos contenidos en la trama y responde de acuerdo con el protocolo de enlace definido. La dirección del dispositivo origen (Tx) está contenida también dentro del mismo encabezado de la trama para que el dispositivo Rx pueda dirigir su respuesta al dispositivo originador (Tx).

Con esta modalidad de funcionamiento, dos dispositivos pueden intentar transmitir una trama al mismo tiempo, lo que da por resultado

una colisión. A fin de reducir esta posibilidad, el dispositivo origen, antes de transmitir una trama, primero escucha electrónicamente el

cable cable para detectar si se está transmitiendo alguna trama. Si se detecta (sense) una señal portadora (carrier), el dispositivo aplaza su transmisión hasta que se haya transmitido la trama detectada, y sólo

entonces intenta enviar su trama. Aún así, dos dispositivos que desean transmitir una trama pueden determinar simultáneamente que no hay actividad (transmisión) en el ducto y comenzar a transmitir sus tramas al mismo tiempo. Se dice entonces que tiene lugar una colisión, ya que

el contenido de una trama chocará con el de la otra y los datos se alterarán.

En conclusión el acceso a un bus mediante CSMA/CD es probabilístico y depende en gran medida del tráfico de la red en ese momento.

Testigo de Control (token passing)Otra forma de controlar el acceso a un medio de transmisión compartido es mediante un testigo (token). Este testigo se pasa de un dispositivo a otro según un conjunto definido de reglas que obedecen todos los nodos conectados al medio. Un dispositivo sólo puede transmitir una trama si posee el testigo y, después de hbaer transmitido la trama, entrega el testigo para que otro dispositivo puede tener acceso al medio de transmisión. La secuencia de operación es la siguiente:

Primero se establece un anillo lógico que enlaza todos los dispositivos conectados al medio físico, y se crea un único testigo de control. El testigo se pasa de un dispositivo a otro a través del anillo lógico hasta que lo recibe un dispositivo que desea transmitir una o más tramas. El dispositivo que espera transmite entonces la o las tramas por el medio físico, después de lo cual pasa el testigo de control al siguiente dispositivo del anillo lógico Las funciones de control dentro de los dispositivos activos conectados al medio físico constituyen la base para la iniciación y la recuperación tanto de la conexión del anillo lógico como de la pérdida del testigo. Aunque las funciones de control están replicadas normalmente en todos los dispositivos conectados al medio, sólo un dispositivo a la vez tiene la responsabilidad de efectura la recuperación y la reiniciación.

No es necesario que el medio físico tenga una topología de anillo; también se puede controlar elacceso a una red de ducto con un testigo.

Los métodos de acceso al medio cuando éste es el aire pueden ser: FDMA, TDMA y CDMA, y sus variantes.

Diseño de una red Diseñar una red siempre ha sido difícil, pero hoy en día la tarea es cada vez más difícil debido a la gran

variedad de opciones. A continuación se examinarán las principales metas del diseño de una red, cuales son las prioridades que se adaptan al desarrollo de la red, entre otras cosas. Un efectivo administrador de la red es también un cuidadoso planeador.

Metas del diseño

El diseñador de la red debe siempre preguntarse algunas preguntas básicas de la red antes de que empiece la fase del diseño. ¿ Quién va a

usar la red ? ¿ Qué tareas van a desempeñar los usuarios en la red? ¿ Quién va a administrar la red? Igualmente importante ¿ Quién va a

pagar por ella? ¿ Quién va a pagar la mantenerla? Cuando esas respuestas sean respondidas, las prioridades serán establecidas y el

proceso del diseño de la red será mucho más productivo. Estas prioridades se convertirán en las metas del diseño. Vamos a examinar

algunas de esas metas clave. Desempeño (performance): Los tipos de datos procesados pueden determinar el grado de desempeño

requerido. Si la función principal de la red es transacciones en tiempo real, entonces el desempeño asume una muy alta prioridad y desafortunadamente el costo de eleva súbitamente en este trueque desempeño/costo.

Volumen proyectado de tráfico: Algunos equipos de interconexión como los puentes, concentradores pueden ocasionar cuellos de botella (bottlenecks) en las redes con tráfico pesado. Cuando se está diseñando una red se debe de incluir el número proyectado de usuarios, el tipo de trabajo que los usuarios harán, el tipo de aplicaciones que se correrán y el monto de comunicaciones remotas (www, ftp, telnet, VoIP, realaudio, etc). ¿Podrán los usuarios enviar ráfagas cortas de información o ellos podrán enviar grandes archivos? Esto es particularmente importante para determinar el monto de gráficas que se podrán transmitir sobre la red. Si bien un diseñador de red no puede predecir el futuro, éste debe de estar al tanto de las tendencias de la industria. Si un servidor de fax o email va a hacer instalado en la red, entonces el diseñador deberá de anticipar que estos nuevos elementos no afecten grandemente al volumen actual de tráfico de la red.

Expansión futura: Las redes están siempre en continuo creciendo. Una meta del diseño deberá ser planear para el crecimiento de la red para que las necesidades compañía no saturen en un futuro inmediato. Los nodos deberán ser diseñados para que estos puedan ser enlazados al mundo exterior. ¿Cuantas estaciones de trabajo puede soportar el sistema operativo de red? ¿La póliza de precios del vendedor de equipos hace factible la expansión futura? ¿El ancho de banda del medio de comunicación empleado es suficiente para futuro crecimiento de la red? ¿El equipo de comunicaciones tiene puertos disponibles para futuras conexiones?

Seguridad: Muchas preguntas de diseño están relacionadas a la seguridad de la red. ¿Estarán encriptados los datos? ¿Qué nivel de seguridad en los passwords es deseable? ¿Son las demandas de seguridad lo suficientemente grandes para requerir cable de fibra óptica? ¿Qué tipos de sistema de respaldo son requeridos para asegurar que los datos perdidos siempre puedan ser recuperados? Si la red local tiene acceso a usuarios remotos, ¿Que tipo de seguridad será implementada para prevenir que hackers entren a nuestra red?

Redundancia: Las redes robustas requieren redundancia, sí algún elemento falla, la red deberá por sí misma deberá seguir operando. Un sistema tolerante a fallas debe estar diseñado en la red, de tal manera, si un servidor falla, un segundo servidor de respaldo entrará a operar inmediatamente. La redundancia también se aplica para los enlaces externos de la red. Los enlaces redundantes aseguran que la red siga funcionando en caso de que un equipo de comunicaciones falle o el medio de transmisión en cuestión. Es común que compañías tengan enlaces redundantes, si el enlace terrestre falla (por ejemplo, una línea privada), entra en operación el enlace vía satélite o vía microondas. Es lógico que la redundancia cuesta, pero a veces es inevitable.

Compatibilidad: hardware & software La compatibilidad entre los sistemas, tanto en hardware como en software es una pieza clave también en el diseño de una red. Los sistemas deben ser compatibles para que estos dentro de la red puedan funcionar y comunicarse entre sí, por lo que el diseñador de la red, deberá tener cuidado de seleccionar los protocolos mas estándares, sistemas operativos de red,

aplicaciones (como un simple procesador de palabras). Así como de tener a la mano el conversor de un formato a otro.

Compatibilidad: organización & gente: Ya una vez que la red esta diseñada para ser compatible con el hardware y software existente, sería un gran error si no se considera la organización y el personal de la compañía. A veces ocurre que se tienen sistemas de la más alta tecnología y no se tiene el personal adecuado para operarlos. O lo contrario, se tiene personal con amplios conocimientos y experiencia operando sistemas obsoletos. Para tener éxito, la red deberá trabajar dentro del marco de trabajo de las tecnologías y filosofías existentes.

Costo : El costo que implica diseñar, operar y mantener una red, quizá es uno de los factores por los cuales las redes no tengan la seguridad, redundancia, proyección a futuro y personal adecuado. Seguido ocurre que las redes se adapten al escaso presupuesto y todos las metas del diseño anteriores no se puedan implementar. Los directivos, muchas veces no tienen idea del alto costo que tiene un equipo de comunicaciones, un sistema operativo para múltiple usuarios y muchas veces no piensan en el mantenimiento. El costo involucrado siempre será un factor importante para el diseño de una red.

Diagrama de 4 pasos en el proceso de construcción e implementación de una red

El paso de Especificación de Requerimientos es la etapa preliminar y es donde se especifican todos los requerimientos y variables que van a estar presentes en el diseño de una red. La Fase de Diseño, toma los elementos de la Especificaci&oacut;n para diseñar la red en base a las necesidades de la organización. Cualquier punto no previsto se revisa y se lleva a la fase anterior de Especificación de Requerimientos. La fase de Instalación se toman "los planos" de la fase de diseño y se empiezan a instalar físicamente los dispositivos y elementos de la red. Cualquier imprevisto se regresa nuevamente a la fase de Diseño o en su caso a la fase de Especificación. La fase de Pruebas es la fase final del proceso y consiste en realizar toda clase de pruebas a la red ya instalada para comprobar o constatar que cumple con las Especificaciones de Requerimientos. Ya realizadas las pruebas con éxito la red está lista para su uso. Cualquier imprevisto, se regresa a las fases anteriores.

Arquitecturas de red

¿Cómo el nodo A se comunicará con el nodo B? Existen tres tipos de arquitecturas básicas que determinan cómo un nodo de una red se comunica con otro dentro de la misma red:

Maestro/Esclavo: se refiere a una relación donde un simple nodo ("maestro") inicia y controla una sesión con uno o más dispositivos ("esclavos"). Originalmente diseñado para redes de computadoras mainframe dónde la mainframe era la computadora maestra y las terminales "tontas" eran las esclavas. La arquitectura maestro/esclavo no es muy comúnmente usada en redes modernas excepto en casos aislados (por ejemplo, emulación de terminal).

Peer-to-peer (p2p): En una red p2p, no hay servidores dedicados, y no existe una jerarquía entre los equipos. Todos los dispositivos conectados son iguales (peers). Cada dispositivo actúa como cliente y servidor, y no

hay un administrador responsable de la red completa. El usuario de cada equipo determina los datos de dicho equipo que van a ser

compartidos en la red.

Las redes P2P resultan una buena elección para entornos en los cuales:

Hay como máximo 10 usuarios Los usuarios comparten recursos, tales como archivos e

impresoras, pero no existen servidores especializados

La seguridad noes una cuestion fundamental

La organización y la red sólo van a experimentar un crecimiento limitado en un futuro cercano

Las redes P2P decrementan su desempeño conforme se incrementa la carga y el número de usuarios, sabiendo además que el control administrativo está ausente. Las arquitecturas p2p son típicamente limitadas a ambientes de LAN pequeñas, plataforma única y poco tráfico. (ejemplo, una red con Windows 9X/2000/Me…).

Todos los usuarios pueden compartir cualquiera de los recursos de la forma qe deseen. Estos recursos incluyen datos en directorios compartidos, impresoras, tarjetas de fax, unidades de CD/DVD, etc..

Cliente/Servidor: se refiere a una relación donde servidores dedicados le dan soporte a los clientes que están conectados a ellos. Las comunicaciones cliente servidor son comúnmente encontradas en redes grandes, de alto desempeño, multiplataformas donde la seguridad es una prioridad. (ejemplo, una red Novell, Windows NT, Solaris,…).

Un servidor dedicado es aquel que funciona sólo como servidor, y no se utiliza como cliente o estación. Los servidores se llaman "dedicados" porque no son a su vez clientes, y porque están optimizados para dar servicio con rapidez a peticiones de clientes en la red, y garantizar la seguridad de los archivos y directorios. Las redes basadas en servidor se han convertido en el modelo estándar para la definición de redes.

A medida que las redes incrementan su tamaño (y el número de equipos conectados y la distancia física y el tráfico entre ellas crece), generalmente se necesita más de un servidor. La división de las tareas de la red entre varios servidores asegura que cada tarea será realizada de la forma más eficientemente posible.

Existen por lo tanto: » Servidores de archivos » Servidores de impresión » Servidores de aplicaciones » Servidores de correo, web,... » Servidores de fax » Servidores de comunicaciones » Servidores de servicios de directorio

Grupos de trabajo de la 802 de la IEEE

802.1 Higher Layer LAN Protocols Working Group802.2 Logical Link Control Working Group (Inactivo) 802.3 Ethernet Working Group 802.4 Token Bus Working Group (Inactivo) 802.5 Token Ring Working Group 802.6 Metropolitan Area Network Working Group (Inactive) 802.7 Broadband TAG (Inactivo) 802.8 Fiber Optic TAG 802.9 Isochronous LAN Working Group 802.10 Security Working Group 802.11 Wireless LAN Working Group 802.12 Demand Priority Working Group 802.13 Not Used 802.14 Cable Modem Working Group (Temporarily housed off-site) 802.15 Wireless Personal Area Network (WPAN) Working Group 802.16 Broadband Wireless Access Working Group 802.17 Resilient Packet Ring Working Group 802.18 Radio Regulatory TAG Regulatory Activities

Ethernet (parte 1)

Arquitectura de red ETHERNET

Las arquitecturas de red proveen diferentes medios para resolver un problema común (mover datos rápida y eficientemente sobre el medio de la red). La arquitectura de red en particular que se esté usando (e.g. Ethernet), no sólo defiirá la topología de la red, sino también define como el medio de comunicación es accesado por los nodos. Existen varias arquitecturas de red disponibles, tales como Ethernet (Xerox, Intel y DEC), Token Ring (IBM), FDDI, AppleTalk (Apple computers), ; todas con una estrategia diferente para mover la información en la red. A continuación describiremos la arquitectura más popular en la actualidad, ETHERNET.

El termino "Ethernet" se refiere a la familia de implementaciones de Redes de Área Local (LAN, Local Area Network) que incluye tres principales categorias:

10 Mbps Ethernet e IEEE 802.3: Especificaciones LAN que operan a 10 Mbps sobre cable coaxial

100 Mbps Ethernet: Especificación LAN, también conocida como "FAST ETHERNET", que opera a 100 Mbps sobre cable par trenzado.

1000 Mbps Ethernet: Especificación LAN, también conocida como Gigabit Ethernet, que opera a 1000 Mbps (1 Gbps) sobre fibra óptica y cable par trenzado

El diagrama fue dibujado por el Dr. Robert M. Metcalfe en 1976

Conversor Thinnet a AUI Tarjeta Ethernet con interfaces RJ45 y

BNC

Ethernet ha sobrevivido con respecto a otras tecnologias [e.g. Token Ring] debido su flexibilidad y su relativa simplicidad para implementar y entender.

Una parte importante del diseño e instalación de una red es la selección del medio Ethernet apropiado. Existen 4 tipos de medios utilizados hoy en día: Cable coaxial grueso en 10Base5, cable coaxial en 10Base2, UTP en 10BaseT y fibra óptica en 10BaseFL (Fiber Optic Inter-Repeater Link)

Los esquemas más populares son 10BaseT y 100BaseTx, los cuales utilizan cable par trenzado UTP. Este es similar al cable telefónico y viene en una variedad de grados o categorias. La mayor categoria ofrece el mejor desempeño. el nivel 5 es la categoría mas alta.

Para aplicaciones especializadas, la fibra óptica 10BaseFL, es el medio ideal. La fibra óptica es más cara, pero permite más inmunidad a la interferencia y al ruido. La fibra óptica es utilizada comúnmente en aplicaciones entre-edificios para aislar el equipo de red del daño eléctrico causado por los rayos. Debido a que no conduce electricidad, el cable de fibra puede ser útil en áreas donde grandes cantidades de interferencia electromagnetica esta presente, tal como el el piso de una fabrica. El estándar Ethernet le permite a la fibra óptica alcanzar hasta 2 kilometros de cobertura, haciendo a la fibra óptica el medio Ethernet perfecto para conectar nodos y edificios, en donde se podría mediante el cobre.

10 Mbps Ethernet e IEEE 802.3

Ethernet es una especificación LAN de "banda base" inventada Bob Metcalfe [fundador de 3com] y David Boggs en 1973 mientras trabajaban en por Xerox PARC (Palo Alto Research Center) que opera a

10 Mbps utilizando un protocolo de acceso múltiple al medio conocido como CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collition Detect) sobre un cable coaxial. Ethernet fue creado en Xerox en los 70s, pero el término es usualmente referido para todas las LAN CSMA/CD. Ethernet fue diseñado para satisfacer los requerimientos de redes con alto tráfico ocasional y esporádico. La especificación IEEE 802.3 fue desarrollada en 1980 basada sobre la tecnología original Ethernet. La versión 2.0 de Ethernet fue desarrollada conjuntamente por DEC (Digital Equipment Corporation), Intel, y Xerox y es compatible con el estándar IEEE 802.3.

El estándar IEEE 802.3 provee una gran variedad de opciones de cableado, una de las cuales es una especificación referida como 10Base5. Esta especificación es la más cercana a Ethernet. El cable de conexión es referido como una unidad de interface de conexión o simplemente como AUI (Attachment Unit Interface), y el dispositivo de conexión de red es llamado como unidad de interconexión al medio (MAU, Media Attachment Unit), en vez de un transceptor (transceiver).

100 Mbps Ethernet

100 Mbps Ethernet (conocido comúnmente como Fast Ethernet) es una tecnologia LAN de alta velocidad que ofrece más ancho de banda a los usuarios y dispositivos de la red, especificado en el estándar IEEE 802.3u .

Existen tres tipos de Fast Ethernet:

100BaseTX usado con cable CAT 5 UTP 100BaseFX usado con fibra óptica 100BaseT4 el cual utiliza dos cables extras para usarse con cable UTP CAT 3.

 

1000 Mbps Ethernet

Gigabit Ethernet (1000 Mbps Ethernet) es una extensión del estándar IEEE 802.3. Gigabit Ethernet está construído sobre el mismo protocolo de Fast Ethernet pero incrementa la velocidad en 10 veces sobre Fast Ethernet.

En 1999, la IEEE probó la especificación 802.3ab, también conocida como 1000BaseT, que define Gigabit Ethernet (GE) corriendo sobre cable de cobre, es decir Gigabit Ethernet puede correr sobre el cable de cobre categoriáa 5, pero también corre sobre fibra óptica monomodo y multimodo.

También GE es más fácil de implementar y mucho más es mucho más rápido que otras tecnologías como ATM (hasta 622 Mbps) o FDDI (100

Mbps).

Un nuevo estándar de GE acaba de ser aprobado por la IEEE, el IEEE 802.3ae opera a 10 Gigabits. Este estándar es una actualización directa

de las dorsales de GE, es especificado sólo para fibra óptica y es full duplex. Las interfaces ópticas proveen opciones para fibras monomodo de hasta 40 Km y para fibras multimodo a distancias máximas de 300

metros. Este nuevo estándar utiliza la misma arquitectura de los anteriores estándares Ethernet (arquitectura, software y cableado).

Sumario -Cable Ethernet

Especificación Tipo de Cable Long. Máxima

10BaseT UTP 100 metros

10Base2 Thin Coaxial 185 metros

10Base5 Thick Coaxial 500 metros

10BaseF Fibra Optica 2000 metros

100BaseT UTP 100 metros

100BaseTX UTP 220 metros

Convenciones utilizadas en los estándares Ethernet

Existe una convensión utilizada en los estándares Ethernet, y está denotada por tres partes. Por ejemplo, 10BaseT, 10 se refiere a la velocidad en Mbps; Base, debido a que se transmite en bandabase (sin modular) y T se refiere la medio, en este caso par trenzado.

Velocidades: 10, 100, 1000 Mbps Medios: 2,5 = coaxial; T = par trenzado y F = fibra óptica

Ejemplos:

10Base5 = 10 Mbps, bandabase, coaxial grueso (thick) a 500 metros 10Base2 = 10 Mbps, bandabase, coaxial delgado (thin) a 185 metros 100BaseTX = 100 Mbps, bandabase, par trenzado UTP 100BaseFX = 100 Mbps, bandabase, par de fibra óptica 1000BaseCX = 1000 Mbps, bandabase, par trenzado STP a 25 metros 1000BaseT = 1000 Mbps, bandabase, par trenzado UTP Cat 5, 4 pares, 100 metros 1000BaseSX = 1000 Mbps, bandabase, par de fibra óptica multimodo, 260 metros (Short Wavelenth fiber) 1000BaseLX = 1000 Mbps, bandabase, par de fibra óptica monomodo, 3-10 Km (Large Wavelenth fiber)

 

Toda la información que se transporta a través de una LAN se hace en BANDABASE, es decir las señales no se modulan. Como NO se modulan, la propagación de las señales a través de una LAN se ve limitada en cobertura,

menos de 100 metros. Si se modularan las señales en una LAN, la cobertu 

Conmutación de circuitos (circuit switching)La conmutación de circuitos es un tipo de comunicación que establece o crea un canal dedicado (o circuito) durante la duración de una sesión. Después de que es terminada la sesión (e.g. una llamada telefónica) se libera el canal y éste podrá ser usado por otro par de usuarios.

El ejemplo más típico de este tipo de redes es el sistema telefónico la cual enlaza segmentos de cable para crear un circuito o trayectoria única durante la duración de una llamada o sesión. Los sistemas de conmutación de circutos son ideales para comunicaciones que requieren que los datos/infiormación sean transmitidos en tiempo real.  

Conmutación de paquetes (packet switching)

En los sistemas basados en conmutación de paquetes, la información/datos a ser transmitida previamente es ensamblada en paquetes. Cada paquete es entonces transmitido individualmente y éste puede seguir diferentes rutas hacia su destino. Una vez que los paquetes llegan a su destino, los paquetes son otra vez re-ensamblados.

Mientras que la conmutación de circuitos asigna un canal único para cada sesión, en los sistemas de conmutación de paquetes el canal es compartido por muchos usuarios simúltaneamente. La mayoría de los protocolos de WAN tales como TCP/IP, X.25, Frame Relay, ATM, son basados en conmutación de paquetes.

La conmutación de paquetes es más eficiente y robusto para datos que pueden ser enviados con retardo en la transmisión (no en tiempo real), tales como el correo electrónico, paginas web, archivos, etc.

En el caso de aplicaciones como voz, video o audio la conmutación de paquetes no es muy recomendable a menos que se garantize un ancho

de banda adecuado para enviar la información. Pero el canal que se establece no garantiza esto, debido a que puede existir tráfico y nodos

caídos durante el recorrido de los paquetes. Estos son factores que ocasionen que los paquetes tomen rutas distintas para llegar a su

destino. Por eso se dice que la ruta que toman los paquetes es "probabilística", mientras que en la conmutación de circuitos, esta ruta

es "determinística".

Existen dos vertientes en la conmutación de paquetes:» Virtual Circuit Packet Switching (e.g. X.25, Frame Relay)» Datagram Switching (e.g. Internet)

 

En general puede decirse que ambas técnicas de conmutación pueden emplearse bajos los siguientes criterios:

Conmutación de circuitos: Tráfico constante Retardos fijos

Sistemas orientados a conexión

Sensitivos a pérdidas de la conexión

Orientados a voz u otras aplicaciones en tiempo real

Conmutación de paquetes: Tráfico en ráfagas Retardos variables

Orientados a no conexión (pero no es una regla)

Sensitivos a pérdida de datos

Orientados a aplicaciones de datos

 

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ra sería mucho mayor.....pero los dispositivos de interfaz de red [e.g. una tarjeta de red] saldrian mas caros, debido a que tienen que implementar un modulador y demodulador. Por este motivo, se decidio que la información a través de una LAN fuera en banda base, y gracias a esto los dispositivos son mas económicos. Una tarjeta de red Ethernet OEM llega a costar en el mercado menos de 10 dólares.

Interconectividad (internetworking)

La Interconectividad (Internetworking) puede ser definida como: "Comunicación entre dos o más redes"...IBM

"Proceso de comunicación el cual ocurre entre dos o más redes que están conectadas entre sí de alguna manera".

¿Porqué es importante la interconectividad de redes? Compartir recursos

Acceso Instantáneo a bases de datos compartidas

Insensibilidad a la distancia física y a la limitación en el número de nodos

Administración centralizada de la red

Da una ventaja estratégica en el mercado competitivo global

¿Qué retos existen? El reto de la interconectividad Reducción de presupuestos (tiempo, dinero) Escasez de ingenieros especializados en redes Capacidad de planeación, administración y soporte Retos técnicos y retos de admisnitración de redes

¿Que retos técnicos existen? Equipos de diferentes fabricantes Arquitecturas, plataformas, sistemas operativos, protocolos, medios de comunicación diferentes Limitaciones en distancia y en tamaño de los paquetes Limitaciones en ancho de banda y potencia

¿Que retos de administración de redes existen? configuración Seguridad Confiabilidad Desempeño Localización, aislamiento, corrección y prevención de fallas Planeación hacia el futuro

"El verdadero reto de la interconectividad es la conectividad del transporte de información entre LAN dispersas geográficamente"

¿Comó se interconectan las redes?Las redes se conectan mediante equipos de telecomunicaciones conocidos como equipos de interconexión.

 

Equipos de Interconexión

Dos o más redes separadas están conectadas para intercambiar datos o recursos forman una interred (internetwork). Enlazar LANs en una interred requiere de equipos que realicen ese propósito. Estos dispositivos están diseñados para sobrellevar los obstáculos para la interconexión sin interrumpir el funcionamiento de las redes. A estos dispositivos que realizan esa tarea se les llama equipos de Interconexión.

Existen equipos de Interconexión a nivel de: » LAN: Hub, switch, repetidor, gateway, puente, access points.

» MAN: Repetidor, switch capa 3, enrutador, multicanalizador, wireless bridges. puente, modem analógico, modem ADSL, modem CABLE, DSU/CSU.

» WAN: Enrutador , multicanalizador, modem analógico, DSU/CSU, modem satelital.

Repetidor -->

Aplicación

Presentación

Sesión

Transporte

Red

Enlace de Datos

Física

  REPETIDORUn repetidor (o generador) es un

dispositivo electrónico ú que opera sólo en la Capa Física del modelo OSI (capa 1). Un

repetidor permite sólo extender la cobertura física de una red, pero no

cambia la funcionalidad de la misma. Un repetidor regenera una señal a niveles más

óptimos. Es decir, cuando un repetidor recibe una señal muy debil o corrompida,

crea una copia bit por bit de la señal original. La posición de un repetidor es vital, éste debe poner antes de que la señal se debilite. En el caso de una red

local (LAN) la cobertura máxima del cable UTP es 100 metros; pues el repetidor debe

ponerse unos metros antes de esta distancia y poner extender la distancia

otros 100 metros o más.

Existen también regeneradores ópticos conocidos como EDFA (Erbium-Doped Fiber Amplifier) los cuales permiten extender la distancia de un haz de luz sobre una fibra

óptica hasta 125 millas.

Repetidor fibra ópticaOmnitron Systems Technology, Inc.

2 Puertos GIGABIT SM SC

Hub -->

Aplicación

Presentación

Sesión

Transporte

Red

Enlace de Datos

Física

 

CONCENTRADOR (HUB)El concentrador o hub es un dispositivo de capa

física que interconecta físicamente otros dispositivos (e.g. computadoras, impresoras,

servidores, switchs, etc) en topología estrella o ducto.

Existen hubs pasivos o hubs activos. Los pasivos sólo interconectan dispositivos, mientras que los

hubs activos además regeneran las señales recibidas, como si fuera un repetidor. Un hub activo entonces, puede ser llamado como un

repetidor multiuertos.

Hub marca 3Com modelo Superstack II 24 puertos

Puente -->

Aplicación

Presentación

Sesión

Transporte

Red

Enlace de Datos

Física

  PUENTE (BRIDGE)Los puentes operan tanto en la Capa Física

como en la de Enlace de Datos del modelo de referencia OSI.

Los puentes pueden dividir una red muy grande en pequeños segmentos. Pero

también pueden unir dos redes separadas. Los puentes pueden hacer filtraje para

controlar el tráfico en una red.

Como un puente opera en la capa de enlace de datos, dá acceso a todas las direcciones

físicas a todas las estaciones conectadas a él. Cuando una trama entra a un puente, el puente no sólo regenera la señal, sino

también verifica la dirección del nodo destino y la reenvía la nueva copia sólo al segmento al cual la dirección pertenece. En cuanto un

puente encuentra un paquete, lee las direcciones contenidas en la trama y compara

esa dirección con una tabla de todas las direcciones de todas las estaciones en

amnbos segmentos. Cuando encuentra una correspondencia, descubre a que segmento la estación pertenece y envía el paquete sólo a

ese segmento.

Un puente también es capaz de conectar dos LANs que usan diferente protocolo (e.g. Ethernet y Token Ring). Esto es posible

haciendo conversión de protocolos de un formato a otro.

Puente entre TCP/IP, AppleTalk, DecNet, NetBeui y Ethernet

Interfaces 10/100BaseT Ethernet y RS-232/422/485

Switch-->

Aplicación

Presentación

Sesión

Transporte

Red

Enlace de Datos

Física

  CONMUTADOR DE PAQUETES (SWITCH)Los switches son otro dispositivo de

interconexión de capa 2 que puede ser usado para preservar el ancho de banda en la red al

utilizar la segmentación. Los switches son usados para reenviar paquetes a un

segmento particular utilizando el direccionamiento de hardware MAC (como los puentes). Debido a que los switches son

basados en hardware, estos pueden conmutar paquetes más rápido que un

puente.

Los switch pueden ser clasificados en como ellos renvian los paquetes al segmento

apropiado. Están los store-and-forward y los cut-through.

Los conmutadores que emplean la técnica store-and-forward completamente

procesan el paquete incluyendo el campo del algoritmo CRC y la determinación del

direccionamiento del paquete. Esto requiere que el paquete sea almacenado

temporalmente antes de que sea enviado al apropiado segmento. Este tipo de técnica

elimina el número de paquetes dañados que son enviados a la red.

Los conmutadores que usan la técnica cut-through son más rápidos debido a que estos envían los paquetes tan pronto la dirección MAC es leída. Por otra parte, tambien existe

en el mercado conmutadores de paquetes de capa 3 y 4. Es decir hacen las funciones que

los de capa 2, pero además realizan funciones de enrutamiento (capa 3) y

conmutación de voz (capa 4).

Switch marca Cisco modelo Catalyst 3500 XL

Enrutador -->

Aplicación

Presentación

Sesión

Transporte

  ENRUTADOR (ROUTER)Los enrutadores operan en la capa de red (así como Enlace de Datos y capa física)

del modelo OSI. Los enrutadores organizan una red grande en términos de segmentos

lógicos. Cada segmento de red es

Red

Enlace de Datos

Física

asignado a una dirección así que cada paquete tiene tanto dirección destino

como dirección fuente.

Los enrutadores son más inteligentes que los puentes, no sólo construyen tablas de enrutamiento, sino que además utilizan

algoritmos para determinar la mejor ruta posible para una transmisión en particular.

Los protocolos usados para enviar datos a través de un enrutador deben ser

especificamente diseñados para soportar funciones de enrutamiento. IP (Arpanet),

IPX (Novell) y DDP (Appletalk Network layer protocol) son protocolos de

transporte enrutables. NetBEUI no es un protocolo enrutable por ejemplo.

Los enrutadores pueden ser de dos tipos:

» Enrutadores estáticos: estos enrutadores no determinan rutas. En vez de eso, se debe de configurar la tabla de

enrutamiento, especificando las rutas potenciales para los paquetes.

» Enrutadores dinámicos: Estos enrutadores tienen la capacidad

determinar rutas (y encontrar la ruta más óptima) basados en la información de los paquetes y en la información obtenida de

los otros enrutadores.

Enrutador marca Cisco 2500 series

Gateway -->

Aplicación

Presentación

Sesión

Transporte

Red

Enlace de Datos

Física

 

PASARELA (GATEWAY o PROXY SERVERS)

Los gateways, pasarelas o proxy servers son computadoras que están corriendo una aplicación o software. Los gateways

trabajan en las capas superiores del modelo OSI (transporte, sesión,

presentación y aplicación).

Este software es capaz de realizar una infinidad de tareas: conversión de

protocolos para proveer la comunicación de dos plataformas distintas (e.g SNA de IBM con una LAN de PCs). También los

gateways suelen ser servidores que corren software de seguridad como

firewall; correo electrónico (SNMP, POP3); servidores de web (HTTP/1.1); servidores

de dominios de nombre (DNS), etc.

Access Point --

>

Aplicación

Presentación

Sesión

Transporte

Red

Enlace de Datos

Física

 

PUNTO DE ACCESO (ACCESS POINT)Un punto de acceso es un dispositivo

inalámbrico que funciona en la capa de enlace de datos del modelo OSI. Es parecido a un switch (pero inalambrico) que le da acceso a todos los nodos conectados a él. El medio de comunicación es el aire en las bandas de frecuencia del espectro disperso (2.4 GHz y 5

GHz).

Existen varias tecnologias, pero las mas importantes son las IEEE 802.11, IEEE

802.11b (Wi-Fi) y la IEEE 802.11a.

Access Point marca Linksys

Aplicación   DSU/CSU (modem digital)El DSU/CSU (Data Service Unit/Channel

DSU/CSU -->

Presentación

Sesión

Transporte

Red

Enlace de Datos

Física

Service Unit) o mejor conocido como DTU (Data Terminal Unit) es un equipo de

interconexión que opera en la capa de Enlace de Datos. Un DSU/CSU es

básicamente un modem digital que enlaza dos o más redes que tengan servicios

digitales tales como E0s, E1/T1s, Frame Relay, etc. Un CSU provee además

acondicionamiento y equalización de la línea, así como pruebas de loopback. Un

DSU (el cual puede contener las características de un CSU) convierte las

señales de datos de un equipo DTE [Data Terminal Equipment] (e.g una

computadora) en señales digitales bipolares requeridas en la red digital, realiza la sincronización de relojes y

regenera la señal.

DSU/CSU marca ADTRAN Direccionamiento IPv4