Fundamentos del medio de transmision inalambrica, caracteristicas, definiciones.

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2. CAPITULO 2- CAPA FISICA
CONTENIDO
-Bases Teóricas de Comunicación de Datos
-Medios de Tx guiados
-Transmisión Inalámbrica
-Satélites de Comunicaciones
-La Red Telefónica Pública Conmutada
-Sistema Telefónico Móvil
-Television por cable
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3. TRANSMISIÓN INALÁMBRICA
CONTENIDOS
• Introducción
• El espectro electromagnético
• Radiotransmisión
• Transmisión por microondas
• Ondas infrarrojas y milimétricas
• Transmisión por ondas de luz
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4. Introducción…
: Los usuarios móviles en crecimiento requieren
comunicación inalámbrica, y no estar atados a la
infraestructura de comunicaciones fijas.
: Se estima que en el futuro sólo habrá dos
clases de comunicación: fibra e inalámbrica.
: Todos los aparatos fijos (no móviles), se
conectarán con fibra; y todos los móviles
usarán comunicación inalámbrica.
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5. …Introducción
: La comunicación inalámbrica también tiene
ventajas sobre los dispositivos fijos en
ciertas circunstancias.
: Por ejemplo, en la dificultad de tender
cables de fibra desde un sitio a otro.
: La comunicación digital inalámbrica
moderna se inició en las islas de Hawai donde
el sistema telefónico por cable era
inadecuado.
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6. El espectro electromagnético…
: Los electrones en movimiento crean ondas
electromagnéticas que se pueden propagar por el
espacio libre (aún en el vacío).
: Maxwell realizó su estudio teórico en 1865 y
Hertz las produjo y observó por primera vez en 1887.
: Dos parámetros las caracterizan
: Frecuencia, f,: oscilaciones por segundo
de la onda electromagnética [Hz]
: Longitud de onda, λ: Distancia entre
dos máximos (o mínimos) consecutivos de la
onda electromagnética [m].
Espectro
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7. …El espectro electromagnético…
: Una antena conectada a un circuito eléctrico,
difunde las ondas electromagnéticas de manera
eficiente y se captan en un receptor a cierta distancia.
(principio comunicación inalámbrica).
: En el vacío, todas las ondas electromagnéticas viajan
a la misma velocidad, no importa cuál sea su frecuencia.
: Esta velocidad, llamada velocidad de la luz, “c”, es
de aproximadamente 3 x 108 m/seg. (limite máx)
: En el cobre o en la fibra, la velocidad baja a casi 2/3
de este valor y se vuelve ligeramente dependiente de
la frecuencia.
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8. …El espectro electromagnético…
: La relación fundamental entre f, λ y c (en el vacío)
esta dada por: λ.f = c .
: = > Las ondas de 1 MHz tienen una longitud de
alrededor de 300 m y las de 30 GHz tienen una
longitud de alrededor de 1 cm.
: El espectro electromagnético muestra la
asignación de los rangos de frecuencias (bandas).
: Las bandas de radio, microondas, infrarrojo y luz
visible del espectro (portadoras) sirven para
transmitir información que modula la amplitud (AM),
la frecuencia (FM) o la fase (PM) de la portadora.
Espectro
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9. …El espectro electromagnético…
: La bandas ultravioleta, rayos X y rayos gamma
serían la mejor opción, debido a sus frecuencias más
altas, pero son difíciles de producir y de modular, no se
propagan bien entre edificios y son peligrosos para los
seres vivos.
: Según la ITU-R, las bandas que se listan en la parte
inferior de la figura son los nombres oficiales de ellas
y se basan en las longitudes de onda, de modo que la
banda LF va de 1 a 10 km (30 a 300 KHz).
Los términos LF, MF y HF se refieren a las
frecuencias baja, media y alta, respectivamente.
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10. …El espectro electromagnético…
: Cuando se asignaron los nombres de las bandas, no se
esperaba rebasar los 10 MHz, por tal razón se le llamó
banda de alta frecuencia (HF). Cuando se pudieron
generar más bandas se denominaron bandas de:
•muy alta frecuencia (VHF),
•ultra alta frecuencia (UHF),
•súper alta frecuencia (SHF),
•extremadamente alta frecuencia (EHF)
•tremendamente alta frecuencia (THF).
: Que nombres seguirán … ?
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11. …El espectro electromagnético…
: La cantidad de información que puede portar una
onda electromagnética se relaciona con su ancho de
banda.
: A frecuencias bajas es posible codificar unos cuantos
bits por hertz.
A frecuencias altas se puede llegar a codificar hasta
40 bits por hertz.
= > un canal con un ancho de banda de 500 MHz puede
transportar varios Gbps: (40X 500Mhz= 20 Gbps).
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12. …El espectro electromagnético…
: f = c/λ , diferenciando con respecto a λ obtenemos:
df c
 2
d 
: Usando diferencias finitas en lugar de diferenciales
y considerando sólo los valores absolutos, se tiene:
c
f 
2
Donde : ∆λ ancho de una banda en longitud de onda
∆f ancho de una banda en frecuencia
: Cuanto más ancha sea la banda, mayor será la velocidad
de transmisión de los datos. Un ejemplo...
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13. …El espectro electromagnético…
: Ejemplo, considere la banda de 1.30 micras de la
figura
Aquí tenemos
λ= 1.3 μm
∆λ = 0,17 x 10-6 (ver Figura),
= > ∆f = c . ∆λ / λ2 = 3 x 1013 Hz
∆f = 30 THz.
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14. …El espectro electromagnético…
: Para prevenir interferencias, hay acuerdos
nacionales e internacionales sobre la administración de
asignación de frecuencias.
: En USA, la FCC asigna el espectro para radio AM y
FM, televisión y teléfonos celulares, así como a las
compañías telefónicas, policía, marina, navegación,
ejército, gobierno y muchos otros usuarios competidores.
: A nivel mundial la encargada, es la ITU-R (WARC).
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15. …El espectro electromagnético…
: La FCC, que NO está limitada por las recomendaciones
de la WARC = > ha escogido asignaciones diferentes.
: = > los comunicadores personales construidos para el
mercado de Estados Unidos NO funcionan en Europa o en
Asia y viceversa.
: La mayor parte de las transmisiones ocupan una banda
estrecha de frecuencias (∆f /fc <<1; Ej. fc = 100.∆f ),
a fin de obtener la mejor recepción (muchos watts/Hz).
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16. …El espectro electromagnético
: En la técnica de espectro disperso el transmisor
salta de frecuencia en frecuencia siguiendo un patrón
regular o las transmisiones se dispersan en todo el
ancho de banda asignado.
: => Uno de los tipos de espectro disperso, es el
espectro disperso de secuencia directa.
: A continuación se verán las características de las
bandas del espectro,… comenzando por la banda de
radio.
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17. Radiotransmisión…
: Las ondas de radio son fáciles de generar, pueden
viajar distancias largas y penetrar edificaciones lo que
las hacen útiles en la comunicación, tanto en
interiores como en exteriores.
: Las ondas de radio también son omnidireccionales,
por lo que el transmisor y el receptor no tienen que
alinearse.
: Las propiedades de las ondas de radio dependen de
su frecuencia.
: A bajas frecuencias, las ondas de radio cruzan bien
los obstáculos, pero su potencia se atenúa bastante,
aprox. en proporción a 1/r3
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18. …Radio-transmisión…
- A frecuencias altas, las ondas de radio tienden a viajar
en línea recta y a rebotar en los obstáculos. También son
absorbidas por la lluvia.
- En todas las frecuencias, las ondas de radio están
sujetas a interferencia por los motores y otros equipos
que generan campos electromagnéticos.
- Por la capacidad del radio de viajar distancias largas, la
interferencia entre usuarios es un problema.
- Por esta razón, los gobiernos legislan estrictamente el
uso de los radiotransmisores.
- En las bandas VLF, LF y MF, las ondas de radio se
propagan por tierra, como se ilustra en la figura
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19. …Radiotransmisión…
: En las frecuencias más bajas, éstas ondas se pueden
detectar a 1000 s km, y en frecuencias más altas a
menor distancia.
: La difusión de radio AM usa la banda MF,
cobertura media (530 a 1800 KHz )
: Las ondas de radio en estas bandas cruzan con
facilidad los edificios, y es por ello que los receptores
de radios portátiles funcionan en interiores.
: El problema principal al usar estas bandas, para
comunicación de datos, es el ancho de banda
relativamente bajo que ofrecen.
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20. …Radiotransmisión
: En las bandas HF y VHF, las ondas a nivel del
suelo tienden a ser absorbidas por la Tierra.
: Las ondas que alcanzan la ionosfera (una capa de
partículas cargadas que rodea a la Tierra a una altura
de 100 a 500 km), se refractan.
: Bajo ciertas condiciones atmosféricas, las señales
pueden rebotar varias veces.
: Los radio aficionados y el ejército usan estas
bandas.
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21. Transmisión por microondas…
: Por encima de los 100 MHz las ondas viajan en línea
recta y, por tanto, se pueden enfocar en un haz
estrecho.
: Concentrar toda la energía en un haz pequeño con
una antena parabólica, produce una señal mucho más
alta en relación con el ruido, pero las antenas
transmisora y receptora deben estar muy bien
alineadas entre sí.
: Esta direccionalidad permite a transmisores
múltiples alineados en una fila comunicarse con
receptores múltiples en fila, sin interferencia.
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22. …Transmisión por microondas…
: Antes de la fibra óptica, las microondas formaron
durante décadas el corazón del sistema de larga
distancia.
: Ya que las microondas viajan en línea recta, si las
torres están muy separadas, la curvatura de la Tierra
es un limitante lo mismo los obstáculos topográficos.
: En consecuencia, se necesitan repetidoras
periódicas.
: Cuanto más altas sean las torres, más separadas
pueden estar. La distancia entre las repetidoras en
relación a las alturas de las torres esta relacionada con
la raíz cuadrada de la altura de las torres. Ej. Con
torres de 100 m de altura, las repetidoras pueden estar
espaciadas a unos 70 km.
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23. …Transmisión por microondas…
: Las microondas no atraviesan las edificaciones.
: Además, aún cuando el haz puede estar bien
enfocado en el transmisor, hay cierta refracción en el
espacio.
: Las ondas refractadas pueden llegar fuera de fase
con la onda directa y cancelar así la señal.
: Este efecto se llama desvanecimiento de trayectoria
múltiple, depende además del clima y de la frecuencia.
: Algunos operadores mantienen un 10% de sus
canales, como contigencia
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24. …Transmisión por microondas…
: La creciente demanda de espectro obliga a mejorar
continuamente la tecnología de modo que las
transmisiones puedan usar frecuencias todavía más
altas.
: Las bandas de hasta 10 GHz son ahora de uso
rutinario. A casi 8 GHz se presenta un nuevo
problema: la absorción del agua
: En síntesis, las microondas se utilizan tanto para la
comunicación telefónica de LD, la telefonía celular, la
distribución de la TV y otros usos.
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25. …Transmisión por microondas…
Esta tecnología tiene varias ventajas significativas
respecto a la fibra.
: La principal es que no se necesita derecho de
paso, basta con comprar un terreno cada 50 km para
instalar las repetidoras.
: Las microondas son relativamente baratas.
: Algunas bandas en microondas tienen usos
especiales: bandas industriales, médicas y científicas.
: Estas bandas no requieren de licencias (No cuestan)
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26. …Transmisión por microondas…
: Existen otras bandas que se utilizan para
teléfonos inalámbricos, controles electrónicos de
puertas, altavoces inalámbricos de alta fidelidad,
puertas de seguridad, etc.
: Una banda asignada mundialmente es la de 2,4 a
2,484 GHz
: En Estados Unidos y Canadá existen otras bandas
para este fin: 902 a 928 MHz, 5,725 a 5,850 GHz
: La banda de 900 MHz es la de mejor operación pero
está muy congestionada y el equipo sólo se puede
operar en América del Norte.
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27. …Transmisión por microondas
: Las bandas más altas requieren circuitos
electrónicos más costosos y están sujetas a la
interferencia de muchos dispositivos entre ellos los
hornos de microondas, instalaciones de radar…
: No obstante, estas bandas son populares en
aplicaciones de redes inalámbricas de corto alcance
porque evitan los problemas asociados con las
licencias.
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28. Ondas Infrarrojas y milimétricas…
: Las ondas infrarrojas y milimétricas no guiadas
se usan mucho para la comunicación de corto alcance.
: Muchos controles remotos de televisores,
grabadoras de vídeo y estéreos utilizan comunicación
infrarroja.
: Estos controles son relativamente direccionales,
baratos y fáciles de construir, pero tienen el
inconveniente de no atravesar los objetos sólidos.
: Conforme se pasa de la radio de microonda hacia
la luz visible, las ondas se comportan cada vez más
como la luz y cada vez menos como la radio.
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29. …Ondas Infrarrojas y milimétricas…
: El hecho de que las ondas infrarrojas no
atraviesen paredes sólidas es una ventaja, un sistema
infrarrojo en un cuarto de un edificio no interferirá
un sistema similar en cuartos adyacentes.
: Por esta razón, la seguridad de los sistemas
infrarrojos contra el espionaje es mejor que la de los
sistemas de radio.
: Además No se requiere de licencia para operar un
sistema infrarrojo, en contraste con los sistemas de
radio.
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30. …Ondas Infrarrojas y milimétricas…
: Estas propiedades han hecho que el infrarrojo
sea aplicable en LAN s inalámbricas en interiores.
: Las computadoras y las oficinas de un edificio se
pueden equipar con transmisores y receptores
infrarrojos relativamente desenfocados (es decir, un
tanto omnidireccionales).
: De esta manera, las computadoras portátiles
capaces de utilizar infrarrojo pueden estar en la
LAN local sin tener que conectarse a ella
físicamente.
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31. …Ondas Infrarrojas y milimétricas
: El acceso inalámbrico de las máquinas
portátiles, dentro de una sala, donde se encuentra
la WLAN, presenta una gran ventaja.
: La comunicación con infrarrojo no se debe usar
en exteriores. El sol tiene componentes infrarrojos
que interfiere con la LAN.
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32. Transmisión por ondas de luz
:La señalización óptica sin guías se ha usado
durante siglos.
: Una aplicación moderna es la conexión de LANs
entre dos edificaciones por medio de Láseres.
: La señalización óptica coherente con Láseres es
inherentemente unidireccional, de modo que cada
edificio necesita su propio láser (Tx) y su propio
fotodetector (Rx).
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33. …Transmisión por ondas de luz…
: Ofrece un ancho de banda muy alto a un costo muy
bajo.
:También es relativamente fácil de instalar y a
diferencia de las microondas, no requiere de licencia
: La ventaja del láser, de tener un haz muy estrecho,
presenta a su vez una debilidad.
: Apuntar un rayo láser de 1 mm de anchura a un
blanco de 1 mm a 500 metros de distancia requiere
alta exactitud
: Por lo general, se añaden lentes al sistema para
agrandar ligeramente el ancho del haz.
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34. …Transmisión por ondas de luz…
: Una desventaja es que los rayos láser no pueden
penetrar la lluvia, ni la niebla densa, pero normalmente
funcionan bien en días soleados.
: Las ráfagas de calor sobre el rayo produce efectos
de refracción, desenfocando el haz de su objetivo. Un
Ejemplo al respecto…
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35. …Transmisión por ondas de luz
Las corrientes de convección pueden interferir los
sistemas de comunicación por láser. Aquí se ilustra
un sistema bidireccion
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