Modulo 3. Hilos y Señales. Fundamentos Cableado Estructurado. Copyright 2008 (basado PNIE-Cisco)

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Hilos y Señales

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Objetivos del capítulo

• Comprender las caracteristicas eléctricas de los cables • Aprender sobre la puesta a tierra

• Aprender sobre teoría óptica

• Aprender la teoría básica de conexiones inalámbricas • Aprender sobre las señales en medios de redes

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Señales

• Señales eléctricas – Se logra la transmision

representando los datos como pulsos electricos en medios de cobre.

• Señales ópticas – Se logra la transmision convirtiendo señales electricas en pulsos de luz.

• Señales inalámbricas – La transmision se logra usando señales de tipo infrarojo, microondas, o ondas de radio a traves del espacio libre.

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Señales eléctricas en cable de cobre

Los instaladores deben tener un especial cuidado cuando están instalando cable de cobre:

• Un cable que esta mal terminado puede no transmitir toda la energia del cable al próximo circuito (reflexion)

• Un cable instalado muy cerca de las fuentes de ruido eléctrico (EMI) o de radio (RF) puede actuar como una antena, introduciendo señales erradas que pueden

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Señales ópticas

Hay dos maneras de enviar señales utilizando la luz como señal de transmision:

•_{Fibra Óptica - señales ópticas se propagan a través de los} hilos llamados fibra óptica.

•Espacio Óptico - las comunicaciones en espacio libre óptico algunas veces toman la forma de infrarojos u otros sistemas de transmisión punto a punto (free spaces optics – FSO)

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Señales inalámbricas

• El término inalámbrico es utilizado para describir

comunicaciones en las cuales ondas electromagnéticas llevan las señales

• El espectro inalámbrico tiene tres formas diferentes de transmisión:

•Ondas de luz

•Radio y microondas •Acústico (ultrasónico)

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Señales distorsión y degradación

• Las señales que alcanzan el otro extremo del cable deben ser tan parecidas como sea posible a las que entraron en el cable

• _{Uno de los más grandes obstáculos para una señal es el} esfuerzo que toma pasar a través del cable en sí. Esto es llamado resistencia. La resistencia tiende a disminuir la fuerza de la señal.

• Otra causa de distorsión y degradación es el ruido. El ruido es causado por señales electricas (EMI), radio o microondas (RF), o por señales de cables adyacentes.

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Atenuación

• La atenuación es un término general que se refiere a cualquier reducción en la fuerza de una señal

• Algunas veces es llamada perdida, la atenuación es una consecuencia natural de la transmisión de señales en largas distancias.

• _{La atenuación puede afectar una red pues limita la} longitud del cableado de red sobre el cual se puede transmitir información.

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Ruido

• _{El ruido es energia electromagnética (EMI),} eléctrica o radio frecuencia (RF) que puede degradar y distorsionar la calidad de las

señales y de las comunicaciones de cualquier tipo

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Ejemplo de ruido

• Una señal digital claramente definida (1) no siempre

alcanza su destino sin algún cambio. Ruido eléctrico (2) puede ocurrir en la línea

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Ejemplo de ruido

• Cuando dos señales chocan, pueden converger en una nueva señal (1). La señal original puede ser interpretada incorrectamente por el dispositivo receptor (2)

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Interferencia (crosstalk)

• La interferencia ocurre cuando señales de un cable se escapan a cables adyacentes. Esto ocurre

frecuentemente en el punto donde el conector se adjunta al cable. Esto es conocico como “near-end crosstalk” o interferencia del final. Si hay mucho cable sin trenzar las señales se emanan a otros pares.

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EMI y RFI

• Cualquier dispositivo o sistema que genere un campo electromágnetico tiene el potencial de perturbar la

operación de componentes electrónicos, dispositivos y sistemas a su alrededor. Este fenómeno es conocido como interferencia electromágnetica o EMI

• Cualquier dispositivo o sistema que opere sobre

frecuencia de radio tiene el potencial de perturbar la operación de componentes electrónicos, dispositivos y sistemas. Este fenómeno es conocido como interferencia de radio frecuencia o RFI

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Linea de corriente alterna AC

• La electricidad es llevada hacia las máquinas por cables empotrados en paredes, pisos y techos. En

consecuencia, dentro de esos edificios el ruido de la

corriente alterna está alrededor de todo el edificio. Si no está dirigida correctamente puede causar problemas

para la red.

• Problemas con la puesta a tierra de la energía puede llevar a interferencia con el sistema de datos.

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Otras pérdidas

• Pérdidas de la fibra óptica - Las señales ópticas son susceptibles a pérdidas cuando pequeñas partículas estan atrapadas dentro del vidrio.

• Pérdidas de acoplamiento - un acoplador es un

conector para dos cables. Como la señal tiene que pasar de un cable a otro, si el acoplamiento no se hizo de

forma adecuada, la señal puede sufrir

• Pérdidas inalámbricas - Las pérdidas inalámbricas puedes ser causadas por el clima, vapor de agua, o particulas suspendidas en el aire.

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Corriente

• _{Corriente es el nivel del flujo de las cargas que son} generadas cuando se mueven los electrones.

• La letra “I” representa corriente, la cual por definicion fluctúa de positivo a negativo (hablando de DC)

• La unidad de medida para la corriente es el amperio (Amp), y esta representado por la letra “A”

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Ley de Ohm

• La ley de Ohm muestra las relaciones entre voltios

(unidad de medidas de voltaje) ( E ), ohmnios (unidad de medida de resistencia) ( R ) y amperios (unidad de

medida de corriente) (I)

**E = I * R**

I = E / R

R = E / I

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Potencia

• La potencia es medida en Watts. Un Watts está definido como un voltio por un amperio.

• P = I (Corriente) *E (Voltaje)

•

La cantidad de energía recibida en en un tiempo determinado se denomina potencia.

• Un secador de cabello de 110 Volts estimado a 1100 Watts usa una corriente estimada de 10 A.

•_{Un bombillo de 100 Watts requiere de una corriente de} alrededor de 1 A (asumiendo que se trabaja a 110 Volts)

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El decibel (dB)

‣ Las ondas electromagnéticas transportan potencia eléctrica, medida en milivatios (mW).

‣ Los decibelios (dB) usan una relación logarítmica para reducir las multiplicaciones a simples sumas.

‣ Es más fácil hacer los cálculos mentalmente usando dB.

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El decibel (dB)

‣ Si se incrementa la amplitud de una onda

electromagnética su potencia aumenta. Este aumento de potencia se llama ganancia.

‣ Si se disminuye la amplitud, su potencia decrece. Esta reducción de potencia se denomina pérdida.

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El decibel (dB)

‣ Los decibelios son unidades de medida relativas, a diferencia de los milivatios que constituyen unidades absolutas.

‣ El decibelio (dB) es 10 veces el logaritmo decimal del cociente de dos valores de una variable.

‣ El decibelio usa el logaritmo para permitir que

relaciones muy grandes o muy pequeñas puedan ser representadas con números convenientemente

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Usando dB

Algunos valores comunes y fáciles de recordar:

Por ejemplo:

23

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dB Valores

• _{1 dB = 1.26 más poder ganancia o pérdida}

• 3 dB = 2 más poder ganancia o pérdida

• _{6 dB = 4 más poder ganancia o pérdida}

• _{10 dB = 10 más poder ganancia o pérdida}

• _{20 dB = 100 más poder ganancia o pérdida}

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dBm y mW

‣ ¿Que pasa si quisiéramos medir una potencia absoluta

en dB?

Tenemos que definir una referencia.

‣ La referencia que relaciona la escala logarítmica en dB

a la escala lineal en vatios puede ser, por ejemplo esta:

→

‣ La nueva m en dBm se refiere al hecho que la referencia es un

mW, y por lo tanto la medida en dBm es una medida de la

potencia absoluta referenciada a 1 mW.

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dBm y mW

‣ Para convertir potencia en mW a dBm:

‣ Para convertir potencia en dBm a mW:

10 a la ( “Potencia en dBm” dividida por 10 )

10 veces el logaritmo en base 10 de la “Potencia en mW”

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dBm y mW

‣ Ejemplo: mW a dBm

Potencia del radio: 100mW

→

Medida de ua señal: 17dBm

→

‣ Ejemplo: dBm a mW

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dBm y mW

‣ Ejemplo: mW a dBm

Potencia del radio: 100mW

→

Medida de ua señal: 17dBm

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Inductania (inductance)

• Un campo eléctrico formado alrededor de un

cable es llamado inductancia.

• _{Los efectos de resistencia de la inductancia}

son llamados : reactancia inductiva (inductive

reactance).

• _{La inductancia es medida en unidades}

llamadas Henries (H).

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Capacitancia (capacitance)

• Capacitancia es cuando dos conductores

estan cerca y los movimientos de carga en la

capa aislante de uno corresponde a los

movimientos del otro.

• _{La capacitancia es medida en unidades}

llamadas Faradios (F).

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Efecto piel en AC (skin effect)

• Skin effect significa que mientras más alta la frecuencia menor es la corriente que viaja a través del centro del conductor.

• La corriente migra hacia la

circunferencia, o borde exterior

• _{A más altas frecuencias, el efecto} skin es tan pronunciado que los cables no son utilizados.

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Efecto de construcción del cable

• _{El espesor del conductor determina cuanta corriente} puede llevar.

• La capacidad de transportar señal tambien es afectada por la capacitancia del cable.

• Cambios en el diámetro del núcleo, o imperfecciones en su construcción pueden causar desacoples de la

impedancia.

• Los componentes químicos del aislante influencia directamente cuánto voltaje el cable puede llevar.

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La importancia de la conexión a tierra

• La conexión a tierra resguarda al usuario y a los equipos de un shock eléctrico.

• Diferentes caminos a tierra pueden tener resistencias diferentes, por lo tanto diferentes potenciales de

conexión a tierra

• Si dos piezas de algún equipo se conecta entre sí la

corriente puede fluir por las diferencias en la conexión a tierra. Esto es llamado lazo o retorno (ground loop )

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Puesta a tierra de edificios

• _{Los elementos de el sistema de puesta a tierra de} telecomunicaciones están especificados en TIA/EIA estádar 607 "Commercial building Grounding and Bonding Requirements for Telecommunications"

• El electrodo para el sistema de puesta a tierra del edificio se conecta al sistema de puesta a tierra del sistema de telecomunicaciones a través del lazo conductor para telecomunicaciones.

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Conexión a Tierra

• _{El TMGB (telecommunications main grounding} busbar ) esta ubicado en el cuarto principal de telecomunicaciones que es el lugar donde el

cableado (por ejemplo) telefónico entra al edificio.

• Cada cuarto de telecomunicación a través del edificio se conecta al TMBG sobre una red de cables de

tierra llamados telecommunications bonding backbone (TBB)

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Enlaces a Tierra (Bonding)

• _{En cada cuarto de telecomunicación hay una versión} más pequeña del TMGB llamado telecommunications grounding busbar (TGB).

• El TGM se conecta al TMGB vía los cables del TBB. El TGB sirve como un punto local para adjuntar todos los dispositivos q deben ser conectados a tierra.

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Refracción

• Refracción es la

flexión de la luz.

Sucede cuando la luz

pasa de un medio a

otro de diferente

caracteristicas como

aire, agua y vidrio.

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Indice de refracción

• _{El índice de refracción es una propiedad de los}

materiales ópticos y se relaciona con la

velocidad de la luz en un material. El índice de

refracción es calculado dividiendo la velocidad

de la luz a través de un material específico entre

la velocidad de la luz en el espacio libre.

n (medio) = c / v (velocidad de la luz en el medio)

• Cada tipo de material tiene un índice de

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Transmisiones inalámbricas

• Inalámbrico es un termino utilizado para describir

comunicaciones en las cuales ondas

electromagnéticas llevan señales.

• Las transmisiones inalámbricas funcionan

enviando ondas a diferentes frecuencias al

espacio libre.

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Antenas

Para que dos antenas

puedan transmitir y

enviar información, ellas

deben estar en la

frecuencia correcta y

montadas en la misma

orientación, ya sea

horizontalmente o

verticalmente. Esto es

llamado polarización.

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Ancho de banda

El ancho de banda es usado para describir:

• Que tan rápido los datos fluyen en un camino de transmisión dado (Velocidad de Canal – bps)

• El rango de frecuencia que una señal ocupa dado un medio (Espacio de Frecuencias)

• Por ejemplo para los dispositivos digitales, el ancho de banda es usualmente expresado en bits por segundo (bps) o bytes por segundo (Bps)

• Por ejemplo para dispositivos analógicos, el ancho de banda es expresado en ciclos por segundos, o hertzios (Hz)

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Telefonía

• Telefonía es la ciencia de traducir sonidos a señales eléctricas, transmitirlas a su destino correcto, y luego volver a convertirlo en sonido.

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Modems

• Una línea telefónica puede ser usada para enviar datos, pero es necesario convertir las señales

digitales a señales analógicas para que el circuito de telefonía pueda trabajar con ellas.

• _{Un módem convierte los altos y bajos niveles de} voltaje de una señal digital a una alta y baja

frecuencia de una señal análogica. Este proceso es llamado modulación. En el otro extremo el proceso inverso se lleva a cabo, la señal analógica es

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Banda base (baseband)

• _{El término banda base describe un sistema de}

comunicaciones mediante el cual el medio sólo lleva una señal.

• _{Esa señal puede tener muchos componentes, pero}

desde las perspectiva del cable de cobre o de fibra es la única señal alrededor.

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Notación xBase

• _{La notación para redes banda base es xBASE-y}

donde x es la velocidad de la transmisión o el

ancho de banda, y la y es el tipo de medio

Ejemplos:

• 10BASE-T (Uses par trenzado con una longitud

máxima de segmento de 100 m)

• _{100BASE-FX (fibra óptica)}

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Banda ancha (broadband)

• _{Describe un tipo de transmisión de datos en el que un} único medio (cable de fibra o cobre) puede llevar varios canales a la vez.

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