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Fundamentos de la
compro-bación de cables en campo
Fundamentos de la comprobación de cables en campo 1
®
Introducción ... 4
Cómo determinar si la transmisión es fiable ... 4
Normas y certificación ... 5
Modelos de enlace ... 6
Ancho de banda y velocidad de transferencia de datos ... 10
Propiedades eléctricas del cableado LAN ... 12
Conectividad extremo a extremo ... 12
Impedancia característica ... 14
Pérdida de retorno ... 15
Longitud del cable ... 17
Retardo de propagación y diferencia de retardo ... 19
Atenuación ... 21
Diafonía (NEXT) ... 25
Relación de atenuación a diafonía (ACR) ... 32
Equilibrio entre señales ... 33
Interferencia electromagnética ... 34
Parámetros del enlace que se comprueban según TSB-67 ... 35
Precisión de los comprobadores de campo ... 38
Niveles de precisión ... 38
Importancia de la precisión ... 39
La precisión depende del hardware del comprobador ... 40
El principal objetivo de este cuaderno técnico es facilitar la comprensión de las características eléctricas relacionadas con la calidad de transmisión de los enlaces por cable de las redes locales (LAN) y en la medida de esas características en campo. La expresión “en campo” implica el requisito de verificar que un enlace instalado (compuesto de cable, conectores, terminaciones e interconexiones) satisface el nivel de calidad convenido. También repasaremos el nivel de calidad especificado o prescrito por diversas normas industriales.
La calidad de una instalación de cableado viene determinada por lo siguiente: 1. El nivel de calidad y rendimiento de los
componentes de hardware utilizados en la instalación (cable, material de conexión)
2. La mano de obra de la instalación (tensión de los cables durante la tracción, destrenzado de los mismos en las terminaciones, radios de curvatura del cable instalado, etc.)
3. La inmunidad de la instalación a la interferencia electromagnética y otras fuentes de ruido eléctrico
Es importante señalar que la comprobación no genera calidad; solo sirve para
confirmar que el elemento creado o construido cumple los objetivos deseados en cuanto a sus características y funcionalidad.
Además, los resultados o conclusiones extraídos de las pruebas solo son válidos si se aplica la metodología de comprobación adecuada y se utiliza el equipo de verificación apropiado para la tarea. La presente exposición tiene por objeto aclarar estos puntos.
Cómo determinar si la
transmisión es fiable
La fiabilidad de la transmisión en la comunicación de datos o digital viene determinada en última instancia por la tasa de errores de bit (BER), un valor estadístico de la transmisión digital que indica cuántos bits pueden transmitirse antes de que se detecte (es decir, se transmita) un bit erróneo. Normalmente, se espera que la calidad de transmisión de las redes de área local sea mejor que 1 error de bit por cada mil millones de bits transmitidos. Esta tasa de errores se expresa como “BER igual a 10-9”. Las
especificaciones de las redes para el Modo de Transferencia Asíncrona (ATM), por ejemplo, definen como objetivo una tasa máxima de 1 error de bit por diez mil millones, o lo que es igual, un valor BER de 10-10.
Los comprobadores de BER no son muy prácticos para verificar instalaciones de cableado LAN. En poco tiempo pueden alcanzar un coste prohibitivo dado que hay muchos estándares LAN diferentes y cada uno utiliza una forma distinta de codificar la información digital a transmitir por el cableado o recurso de la LAN. Para certificar que una instalación de cableado alcanza el nivel de rendimiento exigido, un
comprobador BER tendría que soportar las técnicas de codificación de señal de todas las redes de interés. La incapacidad para alcanzar el límite de comprobación de la BER obligaría a utilizar un costoso equipo adicional para aislar los posibles defectos del cableado o la instalación a fin de corregir el problema.
Organizaciones de normalización tales como la Telecommunications Industry Asso-ciation (TIA) en Estados Unidos, han creado estándares de cableado estructurado con objeto de definir un sistema de cableado genérico capaz de soportar numerosas aplicaciones de red y sistemas de distintos proveedores. También se han desarrollado normas internacionales con metas y objetivos muy similares. Tales normas prescriben el rendimiento de las características y parámetros eléctricos fundamentales que determinan la calidad de transmisión de un enlace por cable, como ancho de banda, atenuación, diafonía y relación señal ruido. Asimismo
especifican qué parámetros se han de medir y los correspondientes criterios pasa-falla para cada uno de esos parámetros.
Los distintos tipos de cable presentan características diferentes, y puesto que los cables de pares trenzados son los preferidos para la distribución horizontal, nos centraremos en los parámetros y características fundamentales de ese tipo de sistemas de cableado.
Normas y certificación
Para certificar una instalación de cableado se requiere una norma aceptada con carácter general que defina el nivel mínimo de rendimiento admisible, el método de medición y las prestaciones que deben ofrecer las herramientas de medida.
La publicación de normas para sistemas de cableado de par trenzado sin pantalla (Unshielded Twisted Pair, UTP) beneficia por igual a usuarios finales e instaladores. En Estados Unidos, la TIA encargó a un grupo de trabajo denominado Link Perfor-mance Task Group (Grupo de trabajo sobre rendimiento de enlaces), subcomité del Comité de normas TIA TR41.8 para sistemas de distribución en edificios comerciales y residenciales, el desarrollo de un boletín de sistemas de telecomunicaciones como compendio para la norma TIA-568-A. Dicho boletín, titulado “Transmission Performance Specifications for Field Testing of Unshielded Twisted-Pair Cabling Systems”
(Especificaciones de calidad de transmisión para la comprobación en campo de sistemas de cableado de par trenzado sin pantalla) y designado con la referencia TSB-67, fue aprobado y publicado en octubre de 1995. Define las
especificaciones de calidad de transmisión que ha de cumplir un sistema de cableado UTP instalado.
En paralelo con este desarrollo llevado a cabo en Estados Unidos, las organizaciones de normalización internacionales también han desarrollado y adoptado normas que prescriben la calidad de transmisión de los sistemas de cableado instalados y los métodos que han de utilizarse para medir y verificar la conformidad con esas normas. Por ejemplo, la International
Además de explicar las principales características eléctricas de transmisión, este cuaderno se centrará en varias cuestiones relativas a la llamada
certificación de instalaciones de cableado y a las normas aplicables correspondientes. El documento TIA TSB-67 contempla expresamente los siguientes aspectos:
1. La definición de dos modelos o configuraciones de enlace
2. Los parámetros de transmisión del enlace que se han de medir
3. Los límites de comprobación pasa-falla para cada uno de estos parámetros por cada configuración y categoría de enlace (Categorías 3, 4 y 5)
4. Los requisitos mínimos de generación de informes sobre las comprobaciones
5. Los requisitos de rendimiento que deben cumplir los comprobadores de campo y cómo han de medirse estos requisitos
6. Métodos para comparar los resultados de los comprobadores de campo con los montajes de laboratorio. A partir de esta comparación puede obtenerse una precisión de medida observada en la práctica
Rango de Categoría
frecuencia Ejemplos de aplicaciones LAN *
3 1 a 16 MHz IEEE 802.3, 10BASE-T (Ethernet a 10 Mbps CSMA/CD)
IEEE 802.3, 100BASE-T4 (Ethernet a 100 Mbps CSMA/CD) IEEE 802.5, 4 Mbps Token Ring
IEEE 802.12, 100VG-AnyLAN, Prioridad de demanda ATM-51.84 o ATM-25.92 o ATM-12.96
4 1 a 20 MHz IEEE 802.5, Token Ring a 16 Mbps
5 1 a 100 MHz IEEE 802.3, 100-BASE-TX Ethernet, CSMA/CD
ANSI X3T9 TP-PMD (CDDI) ATM-155
*Las aplicaciones no se mencionan en TSB-67
Tabla 1. Categorías de enlaces según TIA-568-A.
Obsérvese asimismo que las precisiones determinadas en 5 y 6 han de estar en mu-tua armonía.
TSB-67 complementa las normas TIA-568-A y contiene especificaciones para la verificación de enlaces de cableado UTP instalados, constituidos por “componentes” (cables y hardware de conexión) que cumplen los requisitos de rendimiento especificados en la norma TIA-568-A. En teoría, TSB-67 solo es aplicable a los sistemas UTP de 4 pares de 100 Ω, si bien estos requisitos pueden aplicarse también a los enlaces de par trenzado con pantalla (de lámina metálica) de 100 Ω (FTP o ScTP), solo que la TSB-67 no contempla las pruebas relativas a la integridad o eficacia del apantallamiento.
Modelos de enlace
Tres niveles de rendimiento
amplia (1 a 100 MHz) mientras que los de la Categoría 4 están especificados para una banda de 1 a 20 MHz y los de la Categoría 3 para una banda de 1 a 16 MHz.
También los enlaces se especifican como de Categoría 3, 4, o 5. Un enlace de Categoría 3 ha de estar construido con componentes (cables y hardware de conexión) clasificados como de Categoría 3 o mejores. Análogamente, los enlaces clasificados en la Categoría 4 han de estar construidos con componentes de Categoría 4 o mejores y los enlaces de Categoría 5 con hardware de Categoría 5. La tabla 1 ofrece una visión general de las tres categorías de enlaces definidas en TIA-568-A, junto con algunas aplicaciones típicas de cada uno de estos sistemas de cableado.
Figura 1. Definición de Canal
Telecomunicaciones Armario
Zona de trabajo
Interconexión
horizontal telecomunicacionesToma de
Compro-bador de campo
Compro-bador
de campo
Comienzo del canal Fin del canal
Cableado horizontal
A B C D E
Definición de canal
A Cable de conexión de equipo del usuario B 1 o 2 conexiones con cable de equipo de 2 m como máximo
C Cableado horizontal
D Cable de transición desde toma de pared hasta conexión interior del mueble o bajo moqueta E Cable de conexión de equipo del usuario
Definición de Enlace básico Segmentos de cable A, C y E únicamente Longitudes máximas
Máx. C + D = 90 metros Máx. A + B + E = 10 metros
Configuraciones de los enlaces
Además de lo anterior, TSB-67 define dos modelos o configuraciones de enlaces: el “Canal” y el “Enlace básico”. Los límites de comprobación pasa-falla se definen por separado para cada una de estas
parámetro eléctrico de transmisión. Dicho modelo, denominado Enlace básico, comprende el cableado fijo y las
terminaciones de los que normalmente se responsabiliza al contratista instalador del cableado. El Enlace básico abarca desde una toma de telecomunicaciones de pared en un área de trabajo u oficina hasta la primera terminación de un armario de cableado en el otro extremo.
La configuración del Enlace básico se representa en la figura 2. La característica distintiva más importante es que el modelo de Canal define dos transiciones
(conexiones) en cada extremo y prevé la conexión de cables de prueba y de equipos, de varias almas (multifilamento), mientras que el Enlace básico define una sola transición en cada extremo del enlace, conectada por un tendido ininterrumpido de cable horizontal de alma maciza. El En-lace básico se definió únicamente con fines de comprobación e incluye dos cables de prueba de 2 metros para la conexión del comprobador de campo al Enlace básico en
Figura 2. Configuración del Enlace básico
Armario de telecomunicaciones
Zona de tabajo
Interconexión horizontal
Toma de telecomunicaciones
Compro-bador de campo
Compro-bador (Remoto
Comienzo del enlace básico Final del Enlace básico Cableado horizontal
A C E
Definición de enlace básico
A,E Cables del comprobador C Cableado horizontal
Longitudes máximas
Máx. C = 90 metros Máx. A + E = 4 metros
pruebas. El Enlace básico es un subgrupo del modelo Canal. Los límites de
comprobación del Enlace básico y del Canal son distintos a causa del número de transiciones o conexiones. Además, en el modelo Canal se prevé un margen especial para la atenuación producida por los cables de conexión de los equipos y los cables de prueba (representados como segmentos A, B y E en la figura 1). Los requisitos de calidad y los límites de comprobación para cada uno de estos dos modelos de enlace están definidos en el documento TSB-67. Aunque se permiten otras configuraciones del enlace, en teoría los límites de rendimiento de tales configuraciones habrían de calcularse utilizando las fórmulas y ecuaciones generales establecidas en TSB-67.
Los conectores terminales no están
incluidos en la definición del
en-lace
Una definición que se aplica uniformemente a las configuraciones de todos los enlaces según las normas TIA-568-A y TSB-67, y la norma internacional, es ésta: el conector del cable de pruebas que se acopla al equipo de la red se considera parte de éste y no del enlace. Ver figura 3. La razón de esta definición es que la calidad de transmisión de la conexión, formada por un conector macho y uno hembra, se especifica actualmente para ambos elementos acoplados. Puesto que el conector del equipo y su calidad de transmisión están claramente definidos por el diseño y construcción del equipo, se considera que el conector correspondiente del extremo del cable del equipo también forma parte de éste, aunque está conectado al cable permanentemente.
Esta definición plantea retos
interesantes a la comprobación en campo. Los parámetros de transmisión del enlace han de verificarse a través del conector del instrumento de comprobación en campo y del conector correspondiente del cable de pruebas, pero es preciso excluir de algún modo de las mediciones los efectos de los conectores del instrumento y del cable ya que, sin esta “exclusión”, se introduce un error adicional en las medidas. La influencia de este requisito en la precisión y, especialmente, en la de las medidas de diafonía, se tratará más adelante.
Figura 3. Definición del comienzo y el final de un enlace
Cable de equipo local
Conector del equipo en el extremo local
Primer conector del enlace
Final del enlace
Cable remoto de conexión de equipo
Conector del equipo en el extremo remoto Comienzo del enlace
Ultimo conector del enlace Conector unido
al cable de equipo
Conector unido al cable de equipo
Conector unido al cable de equipo
Ancho de banda y velocidad de
transferencia de datos
La promulgación de normas sobre conexiones en red más rápidas y de mayor capacidad, ha suscitado la necesidad de entender que la velocidad de transferencia de datos expresada en Mbps y el ancho de banda necesario para soportar una elevada velocidad de transferencia, son magnitudes diferentes aunque relacionadas entre sí.
Muchos usuarios confunden los términos Mbps y MHz. El primero de ellos (Mbps) es una medida de la velocidad con que pueden transmitirse datos binarios. Esta velocidad se expresa en millones de bits por segundo, abreviado Mb/s o Mbps. El segundo (MHz) expresa la frecuencia de una señal sinusoidal pura.
Un ancho de banda de 100 MHz indica que un sistema de cableado - en general, un medio de transmisión - puede transmitir señales sinusoidales de hasta 100 MHz de frecuencia con un nivel de calidad aceptable. La expresión “nivel de calidad aceptable” resulta vaga y general, por lo que es preciso definirla con claridad. Para esta complicada tarea solemos recurrir a una norma establecida o a una
especificación detallada de cada una de las principales características de transmisión.
La relación entre Mbps y MHz del sistema de cableado de una red depende de la codificación de señal utilizada para los datos binarios y de la velocidad de transferencia deseada. La codificación de señal de los sistemas 10BASE-T Ethernet y de la red Token Ring a 16 Mbps impone como mínimo una relación biunívoca entre ancho de banda y velocidad de
transferencia, lo que significa que el sistema 10BASE-T Ethernet requiere un sistema de cableado que soporte un ancho de banda de 10 MHz (con la calidad de transmisión especificada en las normas IEEE 802.3i). Análogamente, la red Token
Ring a 16 Mbps requiere una instalación de cableado con capacidad para un ancho de banda de 16 MHz (aunque la norma IEEE 802.5 define un nivel de rendimento deseado de hasta 25 Mhz para los principales parámetros eléctricos). Esta relación biunívoca entre Mbps y MHz no es un requisito general, sino una necesidad impuesta por las técnicas de codificación de Manchester que utilizan las redes Ethernet y Token Ring. Por otro lado, la norma para Ethernet rápida denominada 100BASE-TX especifica un esquema distinto de
codificación de la señal (el llamado MLT-3), que permite transmitir 100 millones de bits por segundo con un ancho de banda de 80 MHz según IEEE 802.3u (además, la mayor parte de la energía transmitida tiene una frecuencia inferior a 32 MHz).
Cuando mayor es la velocidad de transferencia de datos expresada en Mbps, más corto es el tiempo disponible para transmitir un solo bit y más rápidos los tiempos de subida y de bajada (tiempos de transición) de los impulsos que han de transmitirse a través del enlace por cable. Un método de medida para verificar que dicho enlace es capaz de transmitir impulsos tan cortos con rápidos tiempos de subida y bajada, consiste en medir la calidad de transmisión de una señal sinu-soidal de la frecuencia adecuada.
Así pues, la mayoría de las normas genéricas de cableado especifican la calidad de transmisión de los enlaces de cableado en función de la banda de frecuencia de señales sinusoidales que puede transmitirse por el enlace con un nivel de calidad especificado.Los
Propiedades eléctricas
del cableado LAN
Los parámetros eléctricos que determinan las características de transmisión de los sistemas de cableado de pares trenzados instalados son los siguientes:
• Conectividad extremo a extremo
• Impedancia característica
• Pérdida de retorno
• Atenuación
• Diafonía
• Balance entre señales
• Retardo de propagación
(longitud de cable y diferencia de retardo)
• Interferencia electromagnética
(ruido eléctrico)
A continuación definiremos y
examinaremos la importancia de cada uno de estos parámetros.
Conectividad extremo a
extremo
La primera condición para una
transmisión con éxito a través de un enlace por cable es que éste esté debidamente conectado en cada uno de sus puntos de conexión y de terminación, de manera que
proporcione la necesaria continuidad extremo a extremo en cada par del enlace. En los enlaces de pares trenzados es muy importante que se mantenga rigurosamente el emparejado de los cables de un extremo a otro del enlace. Lo que permite que los pares trenzados transmitan señales de alta frecuencia con la debida integridad, fidelidad y ausencia de interferencia electromagnética es el hecho de que los hilos están cuidadosamente trenzados y que la relación de trenzado se mantiene correctamente a lo largo de toda la longitud del enlace. Este cuidadoso trenzado de los pares de hilos aporta la característica más importante de un enlace balanceado.
La prueba del mapa de
cableado
Una prueba denominado “mapa de cableado” permite verificar que hay continuidad en todos los hilos del enlace en pruebas, de un extremo al otro. Esta prueba detecta y notifica fallos de los hilos o defectos de cableado tales como un circuito abierto (una interrupción o una conexión abierta), un cortocircuito o errores de cableado, como pares cruzados, pares invertidos (inversiones de polaridad o de
1 2 3 6 5 4 7 8 1 2 3 6 5 4 7 8 1 2 3 6 5 4 7 8 1 2 3 6 5 4 7 8 1 2 3 6 5 4 7 8 1 2 3 6 5 4 7 8
Cableado correcto Inversión punta/anillo Pares cruzados
anillos de punta), y pares divididos. La prueba del mapa de cableado verifica si se cumple la condición de que se ha de mantener el correcto emparejado de los hilos a lo largo del enlace. El problema de los pares divididos suele detectarse realizando las mediciones de diafonía que se describen más adelante. Los
instrumentos tipo “wire mapper” baratos, que no permiten realizar ninguna medición de diafonía, no pueden detectar un fallo de cableado del tipo de un par dividido.
La prueba del mapa de cableado va más allá de una simple comprobación de continuidad que asegure que cada patilla del conector de un extremo del enlace está conectada a la patilla correspondiente del otro extremo y no a otro conductor o a la pantalla del cable. La mera continuidad en-tre patillas de uno a otro exen-tremo del cable
Figura 5. Error de cableado: par dividido
3
6 4
5
3
6 4
5
no es suficiente para la comunicación de datos.
Además de esto, la prueba del mapa de cableado debe garantizar que en el enlace se mantiene el correcto emparejado de los conductores. Para que se mantenga el emparejado ininterrumpido a todo lo largo del enlace, cada conductor de un par ha de estar conectado a las patillas correctas de los conectores o de las regletas de interconexión. La norma TIA-568-A define dos configuraciones de cableado para las conexiones modulares de 8 patillas. La norma de cableado preferida es la denominada T568A y representada en la figura 6, mientras que la práctica de cableado alternativa (opcional) se conoce como T568B y puede verse en la figura 7. Una vez hecha la elección, la alternativa escogida deberá utilizarse uniformemente en todo el cableado del local o edificio.
Los errores de cableado, tales como pares cruzados, se producen cuando se utilizan ambas normas en un mismo enlace.
El error de cableado conocido como par dividido consiste en que las patillas de un conector que se supone se han de conectar a un par trenzado para transmisión se conectan a hilos que no están trenzados formando un par balanceado. Como puede
Par 3 Par 1 Par 4 Par 2
8 7 5
4 3 2
1 6
BR W/BR W/BL
BL W/O G
W/G O
Posiciones del conector
Par 2 Par 1 Par 4 Par 3
8 7 5
4 3 2
1 6
BR W/BR W/BL BL W/G O
W/O G
Posiciones del conector
Figura 6. Asignación de patillas/pares según T568A
apreciarse en las figuras 6 y 7, la norma TIA-568 define los pares de hilos como patillas 1 y 2, 3 y 6, 4 y 5, y 7 y 8.
La figura 5 muestra un ejemplo de error de par dividido entre el par balanceado que se espera encontrar en las patillas 3 y 6 y el par balanceado esperado en las patillas 4 y 5. Aunque el cableado expuesto en la figura 5 presenta una continuidad correcta entre patillas (la patilla 3 de un extremo está conectada a la patilla 3 del otro extremo del enlace, etc.), originará errores de transmisión de datos porque las señales no viajan por pares balanceado y se degradan debido a una diafonía excesiva.
Impedancia característica
La impedancia mide la resistencia que se opone a la circulación de la corriente alterna (ac), y los datos de la red son un tipo de ac de alta frecuencia. La impedancia característica de un cable es una propiedad compleja resultante de los efectoscombinados de los valores inductivos, capacitivos y resistivos del cable. Estos valores los determinan ciertos parámetros físicos, tales como el tamaño de los conductores, la distancia entre conductores y las propiedades del material del
aislamiento del cable.
Para la adecuada transmisión de las señales y el correcto funcionamiento de la red se require una impedancia
característica constante en todo el enlace por cable (los cables y conectores del sistema) por cada frecuencia. Los cables UTP especificados para LAN han de tener una impedancia característica de 100 Ω ±15% en el margen de frecuencias desde 1 MHz hasta la frecuencia referenciada más alta (medida según el Método 3 de la norma ASTM D 4566). A bajas frecuencias, la
impedancia característica de un enlace UTP suele ser alta (hasta 115 Ω a 1 Mhz); a frecuencias altas, la impedancia
característica tiende a ser baja (incluso de solo 85 Ω a 100 MHz).
Las variaciones bruscas de la impedancia característica (denominadas discontinuidades de impedancia o anomalías de impedancia) provocan reflexiones de la señal. Si la señal que viaja por un enlace encuentra un cambio repentino de impedancia característica, parte de esta señal es reflejada y rebota en la dirección de la que provenía. Esto es comparable a lo que sucede cuando una onda en la superficie de un estanque o de un lago tropieza con un objeto; la onda es reflejada por él. La señal reflejada se superpone a las que van llegando y degrada su fidelidad (más exactamente, origina fluctuación o “jitter” en las señales). Esta fluctuación y los otros efectos de las reflexiones pueden causar problemas cuando los circuitos del receptor intentan decodificar las señales, y el fallo de un re-ceptor o de la decodificación provoca a su vez fallos en las comunicaciones.
Las normas TIA TSB-67 no exigen
ninguna medición de la impedancia característica del sistema de cableado instalado. Los comprobadores Fluke DSP Series miden la impedancia característica utilizando el método de respuesta transitoria, aproximadamente a 4m del principio del enlace. Esta es una medida de impedancia de entrada que proporciona un valor medio de la impedancia característica de un enlace por cable instalado, con el fin primordial de detectar reflexiones de las señales y anomalías de impedancia. El resultado típico de una prueba de impedancia característica obtenido con un Fluke DSP-100 o DSP-2000 LAN
CableMeter proporciona datos numéricos de cada par de hilos y el intervalo permitido por el tipo de cable, como puede verse en la figura 8.
El hecho de que las señales se reflejan en un punto en el que la impedancia característica cambia repentinamente, se aprovecha en el método de comprobación denominado Reflectometría en el Dominio del Tiempo, o TDR. La técnica TDR es la que se utiliza con más frecuencia para localizar “conexiones abiertas” o hilos interrumpidos en un enlace, así como “cortocircuitos” (conexiones indeseadas) y anomalías de impedancia o disparidades entre cables o defectos de cableado que causan un cambio de impedancia. Por supuesto, las conexiones abiertas y los cortocircuitos implican drásticos cambios de impedancia.
Las LAN de alta velocidad son aún más sensibles a los cambios de impedancia característica. Se han de reducir al mínimo los tramos de hilos no trenzados y nunca deben mezclarse tramos de cable con distinta impedancia característica. Esta casi siempre sufre alguna perturbación en las terminaciones. Una red de área local tolera “algo” de perturbación, pero es vital para el
instalador destrenzar un cable UTP lo menos posible, sobre todo al instalar en-laces para LAN de alta velocidad. De hecho, en el caso de los cables de la Categoría 5 sólo se permite que el enlace tenga como máximo 13 milímetros (aproximadamente media pulgada) de hilo no trenzado en cada interconexión (según TIA/EIA-568-A, párrafo 10.6.3.1, Prácticas de Terminación de Conectores). Por ejemplo, utilizar un conector hembra-hembra para conectar en-tre sí dos cables con conectores modulares de 8 patillas (RJ-45), vulnera este límite. Los conectores hembra-hembra suelen comportarse de un modo particularmente negativo en cuanto a diafonía NEXT con los pares conectados a las patillas 3,6 y 4,5 y nunca deben usarse en una instalación de Categoría 5.
Pérdida de retorno
Los efectos de unos valores incorrectos de impedancia característica se miden y representan con más exactitud por medio de la magnitud denominada pérdida de re-torno. La pérdida de retorno (RL) es una medida de todas las reflexiones provocadas por disparidades de impedancia en todos los puntos a lo largo del enlace, y se expresa en decibelios (dB). El valor de las impedancias en los extremos del enlace ha de ser igual a la impedancia característica del enlace. Con frecuencia, esta impedancia está inserta en el interface del equipo que se ha de conectar a la LAN. Una buena correspondencia entre la impedancia característica y la resistencia de terminación del equipo propicia una correcta transferencia de energía hacia y desde el enlace y reduce al mínimo las reflexiones.
impedancia característica que se producen a lo largo del cable. La propiedad
denominada Pérdida de Retorno Estructural (SRL) resume la uniformidad constructiva del cable, y debe medirse y controlarse du-rante el proceso de fabricación de éste. Otra causa son las reflexiones internas del en-lace instalado, principalmente las producidas en los conectores.
Tal como se mencionó anteriormente, la impedancia característica de los enlaces UTP tiende a variar entre valores altos a bajas frecuencias y valores bajos a altas frecuencias.
Las discrepancias ocurren
principalmente en los puntos donde hay conectores, aunque también pueden producirse cuando las variaciones de impedancia característica a lo largo del cable son excesivas. La principal consecuencia de la pérdida de retorno no es una pérdida de intensidad de la señal sino la introducción de jitter en ella. Las reflexiones causan, en efecto, una pérdida de intensidad en la señal pero,
Figura 9. Representación gráfica representation de la medición de RL.
Valores de RL medidos en dB
➞
➞
Cursor
➞
Límite pasa-falla de la prueba
generalmente, esta pérdida debida a la pérdida de retorno no plantea un problema importante.
desfavorable. Se puede mover el cursor a lo largo del eje de frecuencia en la pantalla utilizando las teclas de flecha derecha/ izquierda del panel frontal del instrumento. La línea de la pantalla debajo de la figura actualiza el valor numérico del margen a la frencuencia en que se ha situado el cursor. La pérdida de retorno no es una de las medidas requeridas por la norma TIA TSB-67, en cambio otras normas, como las publicadas por la International Standards Organization (ISO), European Norm (EN), y Australian Standards (AUS) exigen la medición en campo de la pérdida de re-torno en la forma aquí explicada. Todas estas normas tienen soporte en los comprobadores Fluke DSP Series.
Longitud del cable
Se debe registrar la longitud de cada enlace en el sistema de administración (norma de referencia TIA/EIA 606). La longitud de un enlace puede estimarse midiendo su longitud eléctrica. Los comprobadores de campo miden la “longitud eléctrica” basándose en el retardo de propagación de ida y vuelta del enlace, es decir, el tiempo que tarda un impulso eléctrico en llegar al otro extremo del en-lace y volver al comprobador. Un enen-lace que tenga un circuito abierto en el extremo reflejará la señal entrante hacia el instrumento. El comprobador remoto presenta un circuito abierto al par de conductores cuando se mide su longitud. Esta técnica de medida se denomina Reflectometría en el Dominio del Tiempo, o TDR. El método de comprobación TDR es comparable a un impulso de radar. El comprobador mide el tiempo que transcurre desde el instante en que se lanza este impulso hasta que se detecta el reflejado. Para convertir una medida de tiempo en
otra de distancia (longitud), es preciso sa-ber a qué velocidad viaja la señal por el enlace. La NVP, acrónimo de Nominal Ve-locity of Propagation (velocidad nominal de propagación), expresa la velocidad a que viajan las señales eléctricas por el cable en comparación con la velocidad de la luz en el espacio o en el vacío. Midiendo el tiempo que tarda una señal en efectuar un recorrido completo de ida y vuelta por el enlace, y conociendo la NVP del cable, podemos calcular la longitud eléctrica del enlace. Como la señal ha viajado por el cable en ambos sentidos (es decir, ha recorrido el doble de su longitud), la ecuación para hallar la longitud será:
La velocidad de la luz en el espacio (o en el vacío) es de 300,000,000 metros por segundo o 0.3 metros por nanosegundo (un nanosegundo [ns] es la milmillonésima parte de un segundo). La NVP de un cable UTP de Categoría 5 es de aproximadamente el 69%, lo que significa que una señal eléctrica viaja por un cable de Categoría 5 a una velocidad aproximada de 0,2 m/ nanosegundo, u 8 pulgadas/nanosegundo.
Medición
La medición de una longitud física por medios electrónicos plantea algunos retos, concretamente:
• La velocidad de propagación de las señales eléctricas varía ligeramente de un lote de cables a otro (aunque sean de la misma marca y modelo). Es
perfectamente normal que haya diferencias del 5 al 8%.
• La forma de un impulso TDR cambia
considerablemente mientras viaja hacia Longitud = Tiempo medido * NVP * velocidad de la luz
el extremo del cable y regresa; por lo tanto no siempre es fácil detectar con exactitud el flanco inicial del impulso reflejado y medir el retardo con extrema precisión. Esto puede ser un problema para el comprobador, ya que su precisión de medida de longitudes depende de su capacidad o sensibilidad para detectar con exactitud el flanco inicial del impulso reflejado. La especificación de precisión de la medida del retardo de propagación debiera reflejar la capacidad de un comprobador en este sentido.
• Todos los pares de un cable de 4 pares tienen índices de torsión diferentes a fin de ofrecer un mejor comportamiento en paradiafonía, lo que hace que cada par tenga un valor de NVP ligeramente distinto. La diferencia de grado de torsión implica también que las longitudes de los hilos de cobre son distintas en cada par. La combinación de estos factores es la causa principal de que al medir las longitudes (eléctricas) de los distintos pares los resultados difieran ligeramente. Es frecuente encontrar diferencias del 2 al 4%.
Criterios pasa-falla
Las normas de cableado estructurado especifican que la longitud de extremo a extremo del enlace horizontal no deberá exceder de 100 metros o 328 pies. Este en-lace de extremo a extremo es el que se define como Canal en el documento TIA TSB-67. Cuando se mide un canal, deben usarse los cables de pruebas y de equipo del usuario en lugar de los cables de medida del comprobador, y los conectores terminales del enlace deben enchufarse directamente en el comprobador de campo.
Como se dijo anteriormente, el documento TIA TSB-67 define también un modelo de enlace llamado Enlace básico. La longitud máxima de un Enlace básico es de 90 metros (295 pies), más 4 metros para los cables de medida del equipo de pruebas, lo que hace un total de 94 metros (308 pies). La limitación de longitud establecida para el Enlace básico crea un margen de hasta 10 metros (30 pies y 10 pulgadas) para cables de equipos, interconexión y pruebas en la oficina o zona de trabajo, de manera que la longitud total del canal siga estando dentro del límite requerido de 100 metros.
Teniendo en cuenta las limitaciones de precisión de las medidas de longitud eléctrica, y que la longitud no es el parámetro crítico, la TSB-67 establece lo siguiente (párrafo 6.3, página 10): Para tomar la decisión pasa-falla, se indicará y utilizará la longitud física del enlace calculada utilizando el par de menor retardo eléctrico. El criterio pasa-falla se basa en la longitud máxima permitida para el enlace básico o el canal, más el 10% de margen de incertidumbre de NVP.
Los límites pasa-falla definidos en TSB-67 añaden un 10 por ciento extra a las especificaciones de longitud del enlace para tener en cuenta la limitación de exactitud de la medida de la longitud eléctrica antes explicada, la cual está fuera del control del comprobador. Por último, el usuario ha de tener presente que la longitud no es un parámetro de
transmisión. La atenuación es el parámetro de transmisión al que más suele afectar la longitud del enlace. Unos cuantos metros de más en este último no provocan el fallo de la transmisión si todos los demás
De acuerdo con esto, los comprobadores Fluke DSP Series determinan que una medida de longitud de un enlace básico “pasa” la prueba (especificación TIA) cuando el valor de longitud medido en el par más corto no excede de 338,8 pies (308 más el 10%).
Informe de resultados
Para que todos los datos del informe estén de acuerdo con TSB-67, el resultado de la comprobación de un parámetro deberá marcarse con un asterisco (*) cuando la diferencia entre el valor medido y el límite establecido para la prueba sea inferior a la precisión del comprobador. Cualquier indicación de Falla o Falla* obtenida como resultado de una medición, determina un diagnóstico general de Fallo para el enlace en pruebas (interpretación del párrafo 6.1 de TSB-67). La precisión del DSP-100 en medidas de longitud se resume en la Table 2.
La especificación de precisión para en-laces UTP de menos de 100 metros de longitud, es de ±(1 pie + 2% de la lectura) y define el error para el caso más
desfavorable en la medida de longitudes. El valor obtenido normalmente es mucho
mejor que éste; los comprobadores Fluke vienen calibrados de fábrica con unos límites nuchos más estrictos para garantizar que la especificación publicada representa realmente el error en el caso más
desfavorable. El límite de precisión del Fluke DSP-100 para la medida de longitud de un enlace de 332 pies es de ±(1 pie + 2% de 332), o ±7,64 pies.
Esto significa que si la medida de longitud arroja un valor comprendido entre 331,16 pies (= 338,8 - 7,64) y 338,8 el comprobador dará un diagnóstico de Pasa*. Menos de 331,16 pies constituye un “claro” Pasa. Estos resultados se resumen en la tabla 3.
Retardo de propagación y
diferencia de retardo
Como se ha explicado anteriormente, para calcular la longitud del enlace por cable el comprobador mide el retardo de
propagación. Este, es decir, el tiempo que invierten las señales eléctricas en ir de un extremo del enlace al otro, es la mitad del retardo de propagación de ida vuelta medido al comprobar la longitud. La mayoría de las normas para redes definen
Tabla 2.
Cable de pares trenzados Coaxial
Rango 0m a 100m (328 pies) 0m a 100m (328 pies)
Resolución 0,1m o1 pie 0,1m or 1 pie
Precisión ± (0,3m (1 pie) + 2% de la lectura) ± (0,3m (1 pie) + 2% de la lectura)
Rango 100m a 760m (2500 pies) 100m a 1200m (4000 pies)
Resolución 0,1m or 1 pie 0,1m or 1 pie
Precisión ± (0,3m (1 pie) + 4% de la lectura) ± (0,3m (1 pie) + 4% de la lectura)
Pasa Pasa* Límite Pasa-Falla Falla* Fallo
un retardo de propagación máximo entre terminales de una red de área local.
Si la longitud del enlace horizontal está dentro del límite de los 100 m, dicho enlace no sobrepasará el retardo de propagación siempre que se utilice el cableado de datos adecuado (NVP superior al 61%).
Una característica a la que cada vez se presta mayor atención es la diferencia entre el retardo de propagación de cada par de conductores, valor que recibe el nombre de diferencia de retardo.
En algunos sistemas de redes de alta velocidad se consiguen velocidades de transferencia de datos muy altas transmitiendo los datos de modo concurrente por varios de los pares de conductores de un enlace por cable de cuatro pares, o por todos ellos. El transmisor “descompone” la corriente de bits y cada porción se envía
simultáneamente por un par distinto. Como es lógico, para reconstruir el mensaje origi-nal el receptor ha de reensamblar
adecuadamente estos trenes de datos. Uno de los requisitos para que esto sea posible es que se mantenga la relación de tiempos de un extremo a otro del enlace. Los bits han de viajar aproximadamente a la misma velocidad para que se reciban en el mismo orden en que se enviaron. Esta propiedad la mide la diferencia de retardo.
Recientemente se ha añadido la diferencia de retardo a varias normas de comprobación porque algunos cables de Categoría 5 se construyen revistiendo los conductores de cobre con materiales aislantes diferentes. Esto se denomina construcción heterogénea. La construcción homogénea de los cables exige que todos los pares de hilos se construyan con el mismo tipo de material aislante, ya que éste influye considerablemente en la NVP del cable. Un ejemplo de cable de construcción heterogénea bastante común en el mercado es el llamado cable 2+2. En este tipo de
construcción, los hilos de dos de los pares están aislados con Teflon FEP y los de los otros dos con un compuesto de polietileno. Se recurrió a este método de construcción heterogénea para cubrir la demanda de cable de Categoría 5 dada la escasez de Teflon que ha padecido la industria durante algunos años. Los pares de hilos aislados con Teflon FEP presentan el valor de NVP del 69% típico de la Categoría 5 mientras que los otros pares transmiten las señales con algo más de lentitud y tienen un valor de NVP varios puntos inferior (65% o 66%). La medida de la diferencia de retardo ayuda al usuario a asegurarse de que estos enlaces de cable podrán dar soporte a las futuras redes de alta velocidad que utilicen transmisión en paralelo.
La figura 10 muestra los resultados de una medida típica de retardo de
propagación. La medida de la diferencia de retardo del mismo enlace se representa figura 11. El par de hilos que presenta los valores más bajos de retardo de
propagación es el que se utiliza para calcular la longitud del enlace.
En el ejemplo de la figura 10, el par que tiene el retardo de propagación más bajo es el conectado a las patillas 1 y 2, con un valor de 481 ns, y es por lo tanto el que
proporciona el valor de referencia para los cálculos de retardo de propagación del en-lace. Su retardo de propagación se toma como 0. El par de hilos conectado a las patillas 7 y 8 en el ejemplo de la figura 10 dio una lectura de diferencia de
propagación de 484 ns, es decir, 3 ns más que el par más corto, por lo tanto, su diferencia de retardo es de 3 ns. Los otros dos pares tienen una diferencia de retardo de 5 y 13 ns. Todos estos valores son inferiores al límite pasa-falla de 50 ns, por lo que el enlace pasa la prueba de la diferencia de retardo.
Atenuación
Las señales eléctricas transmitidas por un enlace pierden algo de su energía al viajar por él. La atenuación mide la cantidad de energía que ha perdido la señal cuando llega al extremo receptor del enlace por cable. Este fenómeno de pérdida de energía eléctrica es análogo al del rozamiento en el mundo de la mecánica. Por ejemplo, si hacemos rodar una bola de un juego de bolos por una mullida alfombra colocada sobre una gruesa almohadilla, la bola se hunde en la alfombra y la almohadilla y
experimenta una gran resistencia a su movimiento de avance.
Una buena parte de la energía con que lanzamos la bola se disipa venciendo esa resistencia y la bola rueda una distancia más corta. Si, por el contrario, se lanzase esa bola con la misma fuerza por una pista de madera dura pulida rodaría mucho más lejos y la energía con que se lanzase se mantendría a lo largo de una distancia mucho mayor. Las señales eléctricas están sometidas a un tipo parecido de fricción o resistencia y algunos enlaces por cable transmiten la energía eléctrica a mucha más distancia que otros.
La medida de la atenuación cuantifica el efecto de la resistencia que ofrece el cable del enlace a la transmisión de las señales eléctricas. Las características de atenuación de un enlace varían en función de la frecuencia de la señal a transmitir; concretamente, las señales de alta frecuencia experimentan una resistencia mucho mayor. Dicho de otro modo, cuanto mayor es la frecuencia de las señales, mayor atenuación presentan los enlaces. Por consiguiente, la atenuación ha de medirse sobre la gama de frecuencia aplicable. Así, por ejemplo, si se trata de un canal de Categoría 5, habrá que verificar la atenuación para las señales de 1 MHz a 100 Mhz, mientras que para los enlaces de Cat 3 la gama de frecuencia es de 1 a 16 MHz y para los de Cat 4 de 1 a 20 MHz. La atenuación aumenta también de un modo
Figura 11. Serie DSP. Resultados de la diferencia de retardo
Relación
(tensiones de señal) Decibelios
1/1 0 dB
1/2 -6 dB
1/5 -14 dB
1/10 -20 dB
1/20 -26 dB
bastante lineal con la longitud del enlace. En otras palabras, si el enlace “A” es el doble de largo que el enlace “B” - y todas las demás características son iguales - la atenuación del enlace “A” será el doble de alta que la del enlace “B.”
La atenuación se expresa en decibelios, o dB. El decibelio es una expresión logarítmica del cociente entre la potencia de salida (potencia de la señal recibida en el extremo del enlace) y la potencia de entrada (potencia lanzada al cable por el transmisor). En la comprobación de cables, la expresión de la potencia es también igual a la expresión del cuadrado del nivel de tensión de las señales (tensión de salida/ tensión de entrada). La tabla 4 demuestra que la escala de decibelios no es lineal.
Si la potencia recibida en el extremo del enlace se reduce a la mitad de aquélla con que fue lanzada la señal, la atenuación se expresará en términos técnicos como -6 dB. Dado que la atenuación es siempre un valor negativo, en el uso común del término se omite el signo menos. Así, en este ejemplo
en el que la mitad de la energía se ha disipado en el enlace, en lenguaje corriente diríamos que la pérdida por atenuación en el enlace es de 6 dB. Análogamente, en un caso en el que solo se recibiera en el extremo lejano una vigésima parte (es decir, el 5 por ciento) de la energía lanzada al enlace, la pérdida por atenuación sería de 26 dB. Naturalmente, se prefiere que la atenuación sea lo menor posible, ya que ello significa que se ha perdido poca energía en la transmisión por el enlace y que la señal que llega al extremo lejano contiene suficiente energía para ser convenientemente decodificada por los circuitos electrónicos del receptor. También significa, por lo tanto, que en las lecturas son mejores los valores de atenuación pequeños (expresados en dB) que los grandes.
La figura 12 muestra la curva de medidas de atenuación de los cuatro pares de un enlace UTP sobre la gama de frecuencias de 1 MHz a 100 Mhz, así como la curva de valores pasa-falla de la
Figura 12. Gráfico de la medida de atenuación
Atenuación de Enlace básico de Categoría 5 de 90m, todos los pares
0 5 10 15 20 25
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Frecuencia en MHz
Atenuación en dB
Categoría 5 superpuestos a esta misma gama de frecuencias. Como los valores medidos son inferiores al límite pasa-falla establecido para la frecuencia
correspondiente, el cableado del enlace pasa la prueba de atenuación.
Medición
Para comprobar el cableado sobre el terreno hacen falta dos equipos, un comprobador de cables principal con mandos y una pantalla o display, y una unidad remota conectada al extremo opuesto del enlace en pruebas. Estas unidades cooperan entre sí para medir los múltiples parámetros de transmisión. Al efectuar una medida de atenuación, la unidad remota lanza la señal de
verificación, que viaja a lo largo del enlace en pruebas y se mide cuando la recibe la unidad principal.
Esta necesita conocer el nivel de la señal de referencia con el que ha de compararse la señal recibida, por eso, cada uno de los dos componentes del sistema de comprobacion tiene que calibrarse con respecto al otro. Normalmente, para esta calibración de atenuación ambas unidades se conectan entre sí utilizando un cable de enlace muy corto. La calibración consiste en medir la intensidad de la señal recibida desde la unidad remota a través de este enlace tan corto que, prácticamente, no in-troduce ningna pérdida por atenuación. Esta medida de calibración establece la relación 1/1, o sea, el nivel de 0 dB.
Normas de comprobación
TSB-67 define las fórmulas necesarias para calcular la atenuación admisible de un enlace instalado, definida para el Canal y para el Enlace Básico. Además, el documento TSB-67 publica una tabla de valores admisibles para el Enlace Básico y
el Canal, que define los valores de atenuación admisibles a 20 ºC. La atenuación aumenta con la temperatura, normalmente a razón de 1,5% por grado centígrado en los cables de Categoría 3 y de 0,4% por grado centígrado en los cables de las Categorías 4 y 5. Asimismo, la atenuación del enlace aumenta el 2 o el 3 por ciento si el cableado se instala bajo tubo metálico, pero TSB-67 no incluye ninguna tolerancia especial por este efecto. El enlace en pruebas ha de cumplir los límites exigidos se instale o no bajo tubo metálico.
Un instrumento de pruebas en campo ha de poder detectar la atenuación, en el caso más desfavorable, de cada par de hilos de un enlace instalado y emitir un diagnóstico de Pasa o Falla comparando el caso más desfavorable con los valores de atenuación admisibles.
Por cada par de conductores el instrumento deberá indicar los siguientes datos:
Si el resultado es PASA
•
La atenuación más alta medida en labanda de frecuencia de interés
•
La frecuencia a la que se produce esa atenuación máxima (que casi siempre será próxima a la frecuencia máxima)•
El límite de prueba a esa frecuencia Si el resultado es FALLA• La atenuación medida al fallar la prueba
• La frecuencia a la que se produce el fallo • El límite de prueba a esa frecuencia
comprobador. En ese caso, no se puede estar seguro de que un resultado de PASA según el comprobador sea realmente un PASA o de que un diagnóstico FALLO sea rigurosamente cierto. En esos casos la TSB-67 exige añadir un asterisco al resultado de la prueba.
Puede darse el siguiente conjunto de resultados:
La figura 13 muestra el resultado impreso obtenido con un comprobador Fluke DSP Series.
Tal como exige la norma, se registra e imprime la atenuación en el caso más desfavorable de cada par de hilos del en-lace en pruebas. Los resultados de cada par se imprimen en una columna, en la que el par figura identificado por los números de patilla del conector modular de 8 patillas. En la línea 4 se indica la frecuencia a la que se midió el máximo valor de atenuación.
En este ejemplo, el peor nivel de atenuación se dio a 100 MHz en cada uno de los cuatro pares. En la línea de atenuación se indica el valor medido expresado en dB, y en la línea siguiente el límite pasa-falla a la frecuencia establecida
para la norma de comprobación
seleccionada (en este caso la norma es la TSB-67 para Enlace Básico Clase 5). El margen es la diferencia entre el valor medido en la fila 1 y el límite impreso en la fila 2. En la última línea aparece impreso el resultado pasa-falla de cada par.
TSB-67 estipula que los valores de atenuación medidos inferiores a 3 dB no afectarán al resultado PASA o FALLA, o al resultado marginal marcado con asterisco. La precisión de medida de la atenuación exigida a un comprobador de nivel I o II no es suficiente para evitar que se produzca un elevado número de falsas alertas (cuando el enlace es corto y se transmite a bajas frecuencias); el umbral de 3 dB evita este problema.
Opcionalmente, un comprobador de cables en campo puede indicar también la atenuación por unidad de longitud (siempre que ésta sea igual o superior a 15 metros) y comprobar la atenuación prorrateada para la longitud total del enlace.
Par 1,2 3,6 4,5 7,8
Atenuación (dB) 10.1 10.7 10.1 10.1
Límite (dB) 21.7 21.7 21.7 21.7
Margen (dB) 11.6 11.0 11.6 11.6
Frecuencia (MHz) 100.0 100.0 100.0 100.0
Resultado PASA PASA PASA PASA
Figura 13. Informe impreso de la prueba de atenuación.
Valor de atenuación medido Límite Pasa-Falla Resultado Pasa-Falla
20.0 dB @ 100 MHz Límite: 21.7 dB PASA
21.2 dB @ 100 MHz Límite: 21.7 dB PASA*
21.7 dB @ 100 MHz Límite: 21.7 dB FALLA*
Diafonía (NEXT)
La diafonía, o NEXT, es una medida del acoplo de señal entre un par y otro dentro de un enlace de cable UTP. Este tipo de acoplo es un fenómeno indeseable, ya que origina perturbación en el par. El NEXT es un factor crítico para el rendimiento de la transmisión en los enlaces UTP. Todos hemos experimentado alguna vez la diafonía al captar, durante una
conversación telefónica, una conversación lejana entre dos personas ajenas a nosotros. Para el ser humano, esto puede resultar muy molesto pero normalmente no impide proseguir con la comunicación. Lamentablemente, los ordenadores tienen una tolerancia mucho menor a la diafonía; para ellos su efecto es muy parecido al del ruido en una línea de transmisión. El recep-tor puede no ser capaz de distinguir la señal válida de los componentes de ruido inducidos por la diafonía. Por ello, este fenómeno es un parámetro crítico de rendimiento en las comunicaciones de datos.
Medición
El comprobador de cables transmite una señal por uno de los pares del enlace (señal perturbadora transmitida por el par perturbador) y mide la magnitud de la señal generada en otro par (el par perturbado) a causa de la diafonía. Esta medida recibe el
nombre de Near-End Crosstalk, o NEXT (diafonía de extremo cercano), porque la diafonía inducida en el par perturbado se mide en la terminación del cable desde el que se transmite la señal perturbadora. Ver figura 14. Esta medida es necesario repetirla por cada combinación de pares y a todas las frecuencias de interés. Así, en un cable UTP típico de cuatro pares se han de evaluar de esta manera seis combinaciones de pares, como se ve en la tabla 5 y en la figura 15.
El NEXT se expresa en decibelios, o dB, es decir, en la misma unidad utilizada para expresar la atenuación, si bien hay una diferencia muy importante. En la exposición relativa a la atenuación se llegaba a la conclusión de que es preferible obtener valores en dB lo más bajos posible como resultado de las pruebas de atenuación. Por contra, el resultado deseable en las mediciones de la NEXT es un valor en dB lo
Figura 14. Medida de diafonía
100Ω
100Ω Transmisión
(Señal perturbadora)
Recepción (Señal perturbada)
Combinaciones de pares en un enlace por cable UTP de 4 pares para medición de la diafonía NEXT
1,2 3,6
1,2 4,5
1,2 7,8
3,6 4,5
3,6 7,8
4,5 7,8
más alto posible. Los valores en decibelios para la NEXT también se basan en el logaritmo de un cociente o relación entre magnitudes de las señales, concretamente, el cociente de dividir la señal con
perturbación (inducida por la diafonía) por la magnitud de la señal perturbadora. Puesto que deseamos que la perturbación por diafonía sea lo menor posible, la señal detectada en el par perturbado deberá ser muy pequeña en comparación con la señal inyectada en el par perturbador. Por lo tanto, el valor de la relación de NEXT deberá ser lo más pequeño posible, ciertamente muy inferior a uno. El logaritmo de tal relación es un número negativo grande. Lo mismo que en el caso de la atenuación, normalmente omitimos el signo menos de los valores en dB y enunciamos como pérdida NEXT el valor absoluto.
Esto puede aclararse con un ejemplo. Supongamos que se transmite una señal perturbadora de 1 voltio por un par de conductores y que la señal perturbada creada por diafonía en el enlace tiene,
según la medida efectuada con el comprobador, un valor de 1 mV o 0,001V. La relación de diafonía entre estas señales es de 0,001 y el valor resultante en dB -60. En la práctica decimos que la pérdida NEXT entre estos dos pares de hilos es de 60 dB. Si la señal perturbada hubiese dado una lectura de 8 mV, la relación haría sido de 0,008 y el valor en dB -42 dB. Como es ha-bitual, en la práctica hubiéramos omitido el signo menos y diríamos que había una pérdida NEXT de 42 dB. Basándonos en el uso de números positivos, deseamos que los valores de pérdida NEXT sean lo más altos posible.
La medida que daba una lectura de 60 dB en el ejemplo anterior, corresponde a una señal inducida por diafonía mucho más pequeña (un resultado mejor) que la de 42 dB.
Medición desde ambos extremos
del enlace
Muchas normas de comprobación exigen que la pérdida NEXT de un enlace se mida desde ambos extremos del mismo. Un
Figura 15. Gráfico de las mediciones de pérdida NEXT.
NEXT de Enlace Básico de Categoría 5 de 90m, todas las combinaciones de pares
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Frecuencia en MHz
Pérdida NEXT en dB
Límite
1,2-3,6
1,2-4,5
1,2-7,8
3,6-4,5 3,6-7,8
ejemplo aclarará la necesidad de este requisito. Consideremos un enlace de 100 metros de longitud, construido con un cable y unos elementos de conexión totalmente satisfactorios - con una sola excepción. En uno de los extremos tenemos un conector defectuoso que presenta un problema de diafonía. La figura 16 representa este en-lace en forma esquemática. A los efectos de esta exposición, supongamos que sabemos que este problema de diafonía está cuantificado en 24 dB para una señal con una frecuencia de 62,5 MHz. Si aplicamos la norma TIA TSB-67, este no es un valor de NEXT aceptable, ya que a 62,5 Mhz el hardware de conexión UTP debe dar una lectura de 44 dB o mejor.
Si medimos la diafonía NEXT de este ca-nal desde el extremo donde se encuentra el conector bueno, marcado (extremo cercano) en la figura 16 - el enlace seguramente pasará la prueba. Repasemos con más detalle lo que ocurre a una frecuencia específica: 62,5 MHz. Supongamos que la atenuación del enlace de cableado para esta señal de estímulo es de 10 dB; lo cual es muy aceptable teniendo en cuenta que el límite de atenuación a 62,5 MHz para un enlace de Clase 5 es de 18,5 dB. La diafonía o perturbación tiene lugar en el
conector del extremo lejano. La señal resultante de la perturbación en dicho extremo del enlace ha de recorrer el camino de vuelta hasta el extremo donde se halla el comprobador de cables (extremo cercano), donde es detectada y medida. La diafonía medida en este ejemplo es solo ligeramente superior a 44 dB. Llegamos a este valor como sigue. Se somete la señal perturbadora a una atenuación de 10 dB hasta el punto en que se ha localizado el defecto. La diafonía genera entonces una señal "perturbada" de 24 dB; esta señal perturbada retrocede por el enlace hasta el extremo al que está conectado el
comprobador y es sometida también a la atenuación de 10 dB en el camino de vuelta. La proporción de pérdida NEXT debida al defecto de este conector antes señalado, es de 44 dB (la suma de 10 + 24 + 10 dB). Seguramente la lectura obtenida para el enlace por cable será algo inferior a 44 dB debido a la contribución del cable y de otros conectores existentes a lo largo del enlace. El límite para la totalidad del canal a 62,5 MHz es de 30,6 dB. Lo más probable es que el canal pase la prueba de NEXT al efectuar la medición desde el extremo donde se halla el conector bueno.
En la figura 17, la señal perturbadora se
Figura 16. Prueba de NEXT con problema en el extremo lejano.
1
2 3
6
EXTREMO CERCANO
EXTREMO LEJANO
1
2 3
6 PAR Tx
(transmisión)
PAR Rx
(recepción)
100
lanza desde el "extremo lejano" del enlace, es decir, el extremo donde se encuentra el defecto. También se mide la pérdida NEXT desde este extremo. Este ejemplo
representa la situación en que el
comprobador remoto efectúa la verificación de NEXT desde el extremo remoto del en-lace en pruebas. En este caso, la
atenuación apenas influye, por lo que el problema de diafonía se detecta
correctamente. Esta vez, la medida de NEXT dará una lectura de 24 dB a 62,5 MHz , es decir, un valor inferior al límite pasa-falla de pérdida NEXT (30,6 dB) especificado para un enlace de Categoría 5 a esta frecuencia según la TIA, por lo que la prueba da un resultado de fallo y detecta correctamente el problema.
Normas de comprobación
Tal como se indicó anteriormente, la NEXT es un factor de rendimiento crítico para los enlaces UTP y también el más difícil de medir con precisión, sobre todo a medida que aumenta la frecuencia de la señal.
Figura 17. Prueba de NEXT desde el extremo con defecto.
1
2 3
6
EXTREMO CERCANO
EXTREMO LEJANO
1
2 3
6 PAR Tx
(transmisión)
PAR Rx
(recepción) 100
100
TSB-67 especifica que la NEXT de un en-lace de Categoría 5 debe medirse sobre la gama de frecuencia de 1 MHz a 100 MHz (ver tabla 1). Al igual que en la prueba de ateuación, los enlaces de Categoría 3 han de verificarse en la gama de frecuencia de 1 MHz a 16 MHz mientras que los de Categoría 4 se han de comprobar en la de 1 a 20 MHz.
Las figuras 15 y 18 muestran las curvas típicas de NEXT en función de la frecuencia.
La forma irregular de estas curvas permite deducir por simple intuición que a menos que se mida la NEXT en muchos puntos del intervalo de frecuencias, los puntos bajos (el caso más desfavorable de NEXT) pueden pasar fácilmente
inadvertidos. Por ello, la norma TSB-67 de-fine un tamaño máximo de paso de frecuencia para las medidas de NEXT, tal como indica la tabla 6.
La pérdida NEXT ha de medirse para cada combinación de pares de un enlace UTP, lo que representa seis combinaciones de pares en el enlace típico de cuatro pares.
Algunos proveedores de equipos de comprobación permiten al usuario elegir pasos de frecuencia mayores para acortar la duración de la prueba de NEXT destinada a medir la calidad de un enlace, lo que puede
Rango de Tamaño máximo
frecuencia (MHz) de paso (MHz)
1-31.25 0.15
31.26-100 0.25
no ser conforme con la norma. La técnica de comprobación digitalde Fluke utilizada en los comprobadores de cables DSP Series, proporciona medidas exactas de NEXT en pasos de 100 kHz en toda la gama de frecuencia. La velocidad de la verificación digital evita tener que sacrificar precisión a cambio de resolución para redudir la duración de la prueba.
Informe del resultado de la prueba
de NEXT
TSB-67 define las fórmulas para el cálculo de la pérdida NEXT admisible para cada modelo de enlace por cable(Canal y Enlace Básico) en toda la gama de frecuencia.
Un instrumento de comprobación en campo puede comunicar el paso con éxito de una prueba de NEXT de dos maneras: (1) por el margen de NEXT en el caso más desfavorable o (2) por el valor de NEXT en el caso más desfavorable. Ante un resultado de fallo o un resultado marginal de la prueba, el comprobador comunicará el margen de NEXT en el caso más
desfavorable. Además, en todos los casos se comunicará la frecuencia y el valor límite de la prueba en el caso de comportamiento NEXT más desfavorable.
El margen de NEXT se define como la diferencia entre el valor medido y el límite pasa-falla aplicable. Como, normalmente, la diafonía aumenta con la frecuencia de las señales, los valores de pérdida NEXT medidos (expresados en dB) disminuyen a medida que aumenta la frecuencia de la señal. Las normas de comprobación exigen también una mejor separación de diafonía a
Figura 18. El margen de NEXT en el caso más desfavorable se produce a baja frecuencia
Pares 1,2-3,6 1,2-4,5 1,2-7,8 3,6-4,5 3,6-7,8 4,5-7,8
NEXT (dB) 38.8 57.2 40.1 34.6 39.4 39.4
Límite (dB) 29.4 50.9 32.7 30.6 30.5 32.2
Margen (dB) 9.4 6.3 7.4 4.0 8.9 7.2
Frecuencia (MHz) 99.4 4.6 62.5 84.7 85.6 67.3
Resultado PASA PASA PASA PASA PASA PASA
NEXT @ Remota (dB)49.3 56.9 46.2 36.6 42.6 59.6
Límite (dB) 38.1 50.7 36.4 30.6 30.0 51.2
Margen (dB) 11.2 6.2 9.8 6.0 12.6 8.4
Frecuencia (MHz) 29.3 4.7 37.3 84.6 91.2 4.4
Resultado PASA PASA PASA PASA PASA PASA
bajas frecuencias (valores más altos expresados en dB). Por ejemplo, la medición de un Enlace Básico según TIA deberá dar una lectura mínima de NEXT de 60 dB a 1 MHz, mientras que el límite pasa-falla a 100 MHz es de 29,3 dB. La forma de la curva de límite pasa-falla de la figura 15 refleja este requisito. Debido a la forma de esta curva y al hecho de que los requisitos de NEXT son mucho más estrictos a bajas que a altas frecuencias, el margen más pequeño puede darse a cualquier
frecuencia de la gama de medida. Así pues, parece más prudente y razonable
comunicar el margen de NEXT en todos los casos. Dicho de otro modo, aunque el en-lace pase la pueba de NEXT, el
comprobador debe indicar la frecuencia a la que el valor medido exhibe el margen más pequeño en el límite de prueba pasa-falla según la curva de datos de pérdida NEXT de la figura 18. Esto ocurre casi siempre a bajas frecuencias, como puede verse en los resultados impresos de la prueba
correspondiente a la combinación de pares 1,2-4,5 en la figura 19.
El margen de NEXT en el caso más desfavorable es un punto de caso más desfavorable; a todas las demás frecuencias de la gama de comprobación, el margen de NEXT es mejor (mayor). La figura 18 ofrece la representación gráfica, o "View Plot", de las medidas de NEXT en la pantalla del comprobador DSP Series con el punto del caso más desfavorable realzado. Los resultados de la medición reflejados en la figura 18 indican que el margen de NEXT en el caso más desfavorable se produjo a 2,7 MHz.
El peor valor de NEXT se da a la frecuencia a la que se obtuvo el valor en dB más pequeño. Como puede apreciarse en la figura 15, las curvas de NEXT presentan
una forma errática, pero la pendiente es descendente hacia la derecha. En otras palabras, los valores de NEXT medidos disminuyen a medida que aumenta la frecuencia y el peor valor (el más pequeño) se da normalmente a las frecuencias más altas del intervalo de prueba (a 100 Mhz o a una frecuencia próxima a ésta). Al indicarse el peor valor, solo sabemos una cosa acerca del comportamiento en el resto del espectro de frecuencia: que ha pasado la prueba. Carecemos de información sobre si el en-lace ha superado los requisitos mínimos pasa-falla con un margen estrecho u holgado.
Resultados impresos
Parecidos resultados aparecen
documentados en la salida impresa de la prueba de NEXT de la figura 19.
Explicaremos las abundantes cifras de este informe utilizando el ejemplo de la combinación de pares 1,2 y 4,5 (ver co-lumna 1,2-4,5). Como puede verse, el margen de NEXT en el caso más desfavorable para esta combinación de pares es de 6,3 dB. Esta lectura se obtuvo a 4,6 MHz (línea de frecuencia). El valor de NEXT medido a esta frecuencia aparece impreso en la primera línea:
NEXT (dB) 57,2.
superado la prueba y que el valor pasa-falla de paradiafonía NEXT a 100 MHz para un cable de Enlace básico de clase 5 (es decir, la norma seleccionada; este valor apaece indicado en la columna izquierda de la cabecera del informe) es de 29.3 dB. Por lo tanto, el valor de NEXT medido para esta combinación de pares de hilos a 100 MHz es mejor que (mayor que) 29,3 + 6,3 o sea 35,6 dB.
En nuestra opinión, el margen de NEXT en el caso más desfavorable es el mejor de los dos métodos de informe alternativos, porque indica con exactitud condiciones marginales a bajas frecuencias, las cuales en cambio no salen a la luz cuando el informe indica el mínimo valor de NEXT medido. Es muy importante que
entendamos que un mal comportamiento en cuanto a NEXT a bajas frecuencias puede ser muy perjudicial para la calidad de transmisión del enlace.
La mayoría de los métodos de
codifi-cación de señal inyectan mucha más energía en el enlace a bajas frecuencias que en el extremo superior del espectro. Como además se trata del comportamiento en el caso más desfavorable, sabemos que a todas las demás frecuencias del espectro el comportamiento con respecto a la norma seleccionada es mejor que el margen del caso más desfavorable.
Los comprobadores Fluke DSP Series utilizan también el peor de los valores de “margen del caso más desfavorable” para determinar la tolerancia por arriba de un enlace por cable, ya que es un buen "indicador de un solo número" de la calidad de un enlace de este tipo.
Los estándares industriales exigen medir la pérdida NEXT de un enlace desde ambos extremos de éste. La razón de esta regla se expuso ya anteriormente. La figura 19 muestra un extracto del informe de la prueba de diafonía NEXT correspondiente a las seis combinaciones de pares de un
Figura 20. Límites de Atenuación, NEXT y ACR para un canal TIA.
Límites de Atenuación, NEXT y ACR para un Canal según TIA
0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0
0 20 40 60 80 100 120 140 160 Frecuencia en MHz
Pérdida en dB
Atenuación
Diafonía de extremo cercano
Relación de Atenuación a diafonía
En este rango de frecuencia la amplitud del ruido es superior a la de la señal, por lo que
el enlace es inservible para
cualquier tipo de comunicación
ACR = 4 dB (señal = 1,6* ruido) como mínimo para comunicación
