Guia de apoyo sdt2501 by kikemat

INSTITUTO PROFESIONAL DUOC-UC ESCUELA DE ]INFORMATICA Y TELECOMUNICACIONES

GUÍA DE APOYO DEL CURSO

SISTEMAS DE TELECOMUNICACIONES

Material de apoyo para la Carrera de Técnico en Telecomunicaciones.

Santiago de Chile, Marzo 2007

El presente documento tiene por objetivo principal brindar apoyo al curso de Fundamentos de Telecomunicaciones. Material preparado por: Sr. Eduardo Morales Cabello AcadĂŠmico Duoc-UC Ingeniero Civil ElĂŠctrico, U. de Chile

PROLOGO Desde que aparecieron los ordenadores digitales, llamados así porque la información que procesan y tienen almacenada en memoria son códigos digitales (las letras, números, etc., están representadas por 1 y 0), ha existido la tendencia de digitalizar la información vocal e imágenes, tanto estáticas como en movimiento, con el objetivo de integrarlas en un mismo archivo. La digitalización es un proceso que transforma las señales analógicas, como son el audio y vídeo, en señales digitales. La digitalización de los sistemas de conmutación y de transmisión, iniciada en la década de los 70, es un proceso que aún hoy continúa debido a que es un proceso lento por la enorme inversión que se ha de realizar. Sin embargo, la digitalización de los sistemas informáticos y de la propia información es un proceso imparable y dentro de pocos años el adjetivo digital, que actualmente es sinónimo de alta tecnología, será redundante. Este Apuntes de Fundamentos de Telecomunicaciones tiene el objetivo de familiarizar al alumnado con los elementos básicos utilizados en las redes de comunicación, como también poder entregar al alumno herramientas conceptuales acerca de las distintas tecnologías presentes en el área de las telecomunicaciones. Se inicia con el Capitulo I: Conceptos de Telecomunicaciones, que permite al estudiante conocer y comprender los principios fundamentales que rigen la transmisión de las señales analógicas y digitales. En el Capitulo II: Análisis de Señales, se presenta el estudio de las señales análogas y digitales, y sus principales características desde el punto de vista físico y matemático. En el Capitulo III: Medios de Transmisión, se dan a conocer los principales medios de transmisión alámbricos e inalámbricos y sus características particulares asociadas a cada uno de ellos. En el Capitulo IV: Redes de Conmutación, se explican los principales tipos de redes de conmutación.

En el Capitulo V: Tecnologías de Acceso Remoto, se describe el funcionamiento de la Red Telefónica Pública Conmutada (PSTN), como la principal red de conmutación de circuitos y las principales tecnologías de acceso remoto tales como: módems, RDSI, xDSL y cable módem. Finalmente, en el Capitulo VI: Comunicaciones Móviles, se explica su funcionamiento y los principales tipos de tecnologías asociadas tales como: D-AMPS, GSM, CDMA, etc.

INDICE GENERAL Pág. PROLOGO ................................................................................ INDICE DE TABLAS ................................................................... INDICE DE FIGURAS ................................................................. CAPITULO I: Conceptos de Telecomunicaciones ............................ 1.1 Historia de las Telecomunicaciones ................................... 1.2 Elementos de un Sistema de Comunicaciones .................... 1.3 Tipos de Transmisión ...................................................... 1.4 Técnicas de Modulación .................................................. 1.5 Técnicas de Multiplexación ............................................... CAPITULO II: Análisis de Señales ................................................ 2.1 Espectro Electromagnético .............................................. 2.2 Teoría de Señales .......................................................... 2.3 Efectos en la Transmisión de Señales ............................. CAPITULO III: Medios de Transmisión.......................................... 3.1 Par Trenzado ................................................................. 3.2 Cable Coaxial ................................................................. 3.3 Fibra Optica ................................................................... 3.4 3.5 3.6 3.7

Radiofrecuencia .............................................................. Enlaces Microondas ......................................................... Enlaces Infrarrojos ......................................................... Enlaces Satelitales ..........................................................

CAPITULO IV: Redes de Conmutación .......................................... 4.1 Introducción a la Conmutación ........................................ 4.2 Conmutación de Circuitos ............................................... 4.3 Conmutación de Mensajes .............................................. 4.4 Conmutación de Paquetes............................................... 5

CAPITULO V: Tenologías de Acceso Remoto ................................. 5.1 Módems ........................................................................ 5.2 RDSI ............................................................................. 5.3 xDSL............................................................................. 5.4 Cable Módem ................................................................. CAPITULO VI: Comunicaciones Móviles ........................................ 6.1 Descripción General ........................................................ 6.2 Teléfonos Móviles de Primera Generación .......................... 6.3 Teléfonos Móviles de Segunda Generación ......................... 6.4 Teléfonos Móviles de Tercera Generación ........................... GLOSARIO ............................................................................... BIBLIOGRAFÍA ..........................................................................

INDICE DE TABLAS Pág. Tabla 3.1: Velocidad de Tx v/s Nivel de Atenuación (UTP cat. 5)..... Tabla 3.2: Distancias según Ancho de Banda (UTP cat. 3, 4 y 5). ... Tabla 3.3: Bandas de Frecuencias............................................ Tabla 3.4: Tipos de Satélites................................................... Tabla 3.5: Bandas Satelitales.................................................. Tabla 4.1: Tabla Comparativa Conmutación de Circuitos v/s Paquetes.............................................................................. Tabla 5.1: Módems Standard.................................................. Tabla 5.2: Tipos de Accesos BRI y PRI..................................... Tabla 5.3: Resumen de Tecnologías xDSL................................ Tabla 5.4: Downstream y Upstream en Cable Módem................ Tabla 5.5: Resumen de Tecnologías de Acceso Remoto..............

INDICE DE FIGURAS Pág. Figura 1.1: Sistema de Comunicaciones ...................................... Figura 1.2: Sistemas Básicos de Modulación ................................ Figura 1.3: Multiplexación por División en Frecuencia .................... Figura 1.4: Multiplexación por División en el Tiempo ..................... Figura 1.5: Multiplexación Estadística .......................................... Figura 2.1: Espectro Electromagnético ........................................ Figura 2.2: Señal x(t) ............................................................... Figura 2.3: (a) Señal Continua y (b) Señal Discreta ...................... Figura 2.4: Señales Periódicas.................................................... Figura 3.1: Tipos de Par Trenzado .............................................. Figura 3.2: Conector RJ-45 ........................................................ Figura 3.3: Cable Coaxial .......................................................... Figura 3.4: Comunicaciones ópticas ............................................ Figura 3.5: Capas de la fibra óptica ............................................ Figura 3.6: Tipos de Fibras ópticas ............................................. Figura 3.7: Dispersión en Fibra Multimodo de Indice Escalón....... Figura 3.8: Dispersión en Fibra Multimodo de Indice Gradual ......... Figura 3.9: Sistema VSAT (SCPC) ............................................... Figura 4.1: (a) Conmutación de circuitos; (b) Conmutación de mensajes; (c) Conmutación de paquetes.................................. Figura 4.2: Conmutación digital ..................................................

Figura 4.3: Proceso de conversiรณn analรณgico digital ....................... Figura 4.4: Trama MIC ............................................................. . Figura 4.5: Jerarquรญa de multiplexaciรณn.................................... Figura 4.6: (a) Conmutaciรณn de circuitos; (b) Conmutaciรณn de paquetes ................................................................................. Figura 4.7: CIR y EIR ................................................................ Figura 4.8: Diagrama simplificado del proceso ATM....................... Figura 4.9: Diagrama de una celda UNI.................................... Figura 5.1: Tipos de Codificaciรณn............................................. Figura 5.2: Grupos Funcionales y Puntos de Referencia ISDN ......... Figura 5.3: Instalaciรณn de Cable Mรณdem ...................................... Figura 6.1: Arquitectura Bรกsica de Red Celular Mรณvil...................... Figura 6.2: Evoluciรณn de los Sistemas Mรณviles............................

CAPITULO I: CONCEPTOS DE TELECOMUNICACIONES 1.1 Historia de las Telecomunicaciones La palabra telecomunicación viene del prefijo griego "tele", que significa "distancia" ó "lejos". Así que la Telecomunicación no es otra cosa que "comunicación a distancia". El término telecomunicación fue definido por primera vez en la reunión conjunta de la XIII Conferencia de la UTI (Unión Telegráfica Internacional) y la III de la URI (Unión Radiotelegráfica Internacional) que se inició en Madrid el día 3 de septiembre de 1932. La definición entonces aprobada del término fue: Telecomunicación es toda transmisión, emisión o recepción, de signos, señales, escritos, imágenes, sonidos o informaciones de cualquier naturaleza por hilo, radioelectricidad, medios ópticos u otros sistemas electromagnéticos. La base matemática sobre la que desarrollan las telecomunicaciones fue desarrollada por el físico inglés James Clerk Maxwell. Maxwell en el prefacio de su obra Treatise on Electricity and Magnetism (1873) declaró que su principal tarea consistía en justificar matemáticamente conceptos físicos descritos hasta ese momento de forma únicamente cualitativa, como las leyes de la inducción electromagnética y de los campos de fuerza, enunciadas por Michael Faraday. Con este objeto, Maxwell introdujo el concepto de onda electromagnética, que permite una descripción matemática adecuada de la interacción entre electricidad y magnetismo mediante sus célebres ecuaciones que describen y cuantifican los campos de fuerzas. Maxwell predijo que era posible propagar ondas por el espacio libre utilizando descargas eléctricas, hecho que corroboró Heinrich Hertz en 1887, ocho años después de la muerte de Maxwell, y que posteriormente supuso el inicio de la era de la comunicación rápida a distancia. Hertz desarrolló el primer transmisor de radio generando radiofrecuencias entre 31 MHz y 1.25 GHZ. Las telecomunicaciones, como tal, comienzan en la primera mitad del siglo XIX con el telégrafo eléctrico, que permitió el enviar mensajes cuyo contenido eran letras y números. A esta invención se le hicieron dos notables mejorías: la adición, por parte de Charles Wheatstone, de una cinta perforada para poder recibir mensajes sin que un operador estuviera presente y la capacidad de enviar varios mensajes por la misma línea, que luego se llamó telégrafo múltiple, añadida por Emile Baudot.

Más tarde vino el teléfono, con el que fue posible comunicarse utilizando la voz, y posteriormente, la revolución de la comunicación inalámbrica: las ondas de radio. A principios del siglo XX aparece el teletipo, que utilizando el código Baudot, permitía enviar texto en algo parecido a una máquina de escribir y también recibir texto, que era impreso por tipos, movidos por relés. El siguiente artefacto revolucionario en las telecomunicaciones (por allá en la mitad del siglo XX) fue el módem que hizo posible la transmisión de datos entre computadoras y otros dispositivos. En la década de los sesenta comienza la unión entre la telecomunicación y la informática con el uso de satélites de comunicación y las redes de conmutación de paquetes. La década siguiente se caracterizó por la aparición de las redes de computadoras y los protocolos y arquitecturas que servirían de base para las telecomunicaciones modernas (en estos años aparece la ARPANET, que dio origen a la Internet). También cabe destacar que en estos años comienza el auge de la normalización de las telecomunicaciones: el CCITT trabaja en la normalización de las redes de conmutación de circuitos y de conmutación de paquetes y la Organización Internacional para la Estandarización crea el modelo OSI. A finales de los años setenta aparecen las redes de área local. En los años ochenta las computadoras personales se volvieron populares, aparecen las redes digitales y las redes de telecomunicaciones comienzan a hacerse omnipresentes. En la última década del siglo XX aparece la Internet, que se expandió enormemente y a principios del siglo XXI estamos viviendo los comienzos de la interconexión total, a través de todo tipo de dispositivos que son cada vez más rápidos, más compactos y más poderosos.

1.2 Elementos de un Sistema de Comunicaciones La Comunicación es la transferencia de información con sentido desde un lugar (fuente ó transmisor) a otro lugar (receptor). Por otra parte la Información es un patrón físico al cuál se le ha asignado un significado comúnmente acordado. El patrón debe ser único, capaz de ser enviado por el transmisor y capaz de ser detectado y entendido por el receptor. Un Sistema de Telecomunicaciones se compone de los siguientes elementos principales que hacen posible la Comunicación: 

Emisor (DTE): Es el dispositivo que genera los datos a ser transmitidos (terminal o computador).



Mensaje: Representa (Información).



Medio: Es el encargado de transportar los datos (cable de cobre, cable coaxial, fibra óptica, etc).



Receptor (DTE): Es el dispositivo que recibe los datos (terminal o computador).



DCE: Equipo que permite conectar los DTE (Emisor y Receptor) al medio o canal de comunicación. Ejemplo: módem.

los

datos

ser

transmitidos

MEDIO DE Tx Mensajes DCE

DCE

EMISOR (DTE)

RECEPTOR (DTE)

Figura 1.1. Sistema de Comunicaciones DTE: Data Terminal Equipment. DCE: Data Communications Equipment.

1.3 Tipos de Transmisión Transmisión Simplex y Duplex Dependiendo del sentido en que viaja la información se definen lo siguientes modos de transmisión: 

Simplex: El modo de transmisión simplex permite que la información sea enviada en una sola dirección.



Half - Duplex: Permite la transmisión de la información en ambas direcciones pero en forma alternada.



Full - Duplex: Permite la transmisión de la información en ambas direcciones en forma simultánea.

Transmisión Serial y Paralela Dependiendo como se transmiten los bits, ya sea de manera secuencial ó simultánea: 

Transmisión Serial: Caracterizada por un conjunto de bits que se desplazan secuencialmente (uno tras otro) sobre una misma línea de transmisión. Utilizado para grandes distancias, donde interviene algún tipo de red pública.



Transmisión Paralela: Caracterizada por un conjunto de bits que se desplazan simultáneamente sobre líneas de transmisión independientes. Utilizado para cortas distancias.

Transmisión Síncrona y Asíncrona Dependiendo como se realiza el sincronismo de bits en una transmisión serial, existen 2 métodos: 

Transmisión Sincrónica: En transmisión sincrónica los dispositivos del emisor y receptor se sincronizan mediante un caracter de sincronismo (SYN), de esta forma se obtiene una mayor velocidad de transmisión.



Transmisión Asincrónica: Los bits de partida y parada delimitan cada caracter. El bit de partida gatilla mecanismos en el dispositivo receptor para la contabilización, muestreo y recepción de bits.

1.4 Técnicas de Modulación Para lograr una transmisión eficiente, se deben desarrollar varias operaciones de procesamiento de la señal. La más común e importante es la Modulación, un proceso que se distingue por el acoplamiento de la señal transmitida a las propiedades del canal, por medio de una onda portadora. Esta función es realizada por un dispositivo llamado Módem = Modulador + Demodulador. La función principal de un Módem es adaptar su sistema de señalización a las características del medio de transmisión empleado, de modo tal que las señales que se generen a la salida del módem emisor lleguen al módem receptor con la menor atenuación posible. Cuando se va a transmitir una información digital, lo que transmitimos es una señal analógica (llamada portadora) a la cual se le modifica una de sus características de acuerdo con la información binaria que se pretende transmitir. La señal portadora (carrier) es normalmente una onda senoidal, la cual está definida por tres características: - Frecuencia - Amplitud máxima - Fase Eso quiere decir que si conocemos estas características, en cualquier momento podemos saber el estado de la señal aplicando simplemente una sencilla fórmula matemática: X(t) = A * sen(2 *f * t + ф) donde: X(t) = valor instantáneo de la señal en el tiempo t A = amplitud máxima f = frecuencia ф = fase De acuerdo a esto, dentro de los tipos básicos de modulación podemos destacar los siguientes: 

Modulación por Amplitud



Modulación por Frecuencia



Modulación por Fase

Si transmitimos la señal portadora sin ninguna modificación, estaremos transmitiendo una señal senoidal constante, la cual no transporta ninguna información. Ahora bien, podemos transmitir una señal de frecuencia y fase constante, pero enviando dos amplitudes distintas, una para representar las informaciones 0 y otra para representar las informaciones 1. De la misma forma, podríamos enviar una señal de amplitud y fase constantes, pero con dos frecuencias; o una señal con amplitud y frecuencia constantes, pero modificando su fase. Estos simples procesos son lo que se conoce con el nombre de modulación. Dicho de otra forma, modular quiere decir modificar las características de una señal llamada portadora, de forma que contenga la información que se pretende transmitir.

Figura 1.2. Sistemas Básicos de Modulación A continuación describiremos cada uno de estos métodos de modulación. Modulación por Amplitud La modulación de amplitud (Amplitude Modulation, AM) se refiere al método mediante el cual se modifica la amplitud de la señal portadora de acuerdo a la información binaria que se pretende transmitir El método más simple de modulación de amplitud consiste En enviar, una amplitud cero para, representar, el valor binario 0. Una amplitud determinada distinta de cero para representar el valor binario 1. También se puede transmitir, una amplitud determinada para representar los valores 0 y otra amplitud distinta para

representar los valores 1, ambas distintas de cero. A este sistema de modulación también se le conoce con el nombre ASK (AmplitudeShift Keying, modulación por salto de amplitud). La modulación de amplitud pura se emplea muy poco para transmitir, datos, y si se hace, se utiliza para muy bajas velocidades de transmisión, ya que es muy susceptible a las interferencias de la línea. Como si se suele emplear la modulación de amplitud es en conjunción con la modulación de fase, este sistema lo veremos más adelante. Modulación de Frecuencia Mediante la modulación de frecuencia (Frequency Modulation, FM) se modifica la frecuencia de la señal portadora de acuerdo con la información binaria que se pretende transmitir. Con este sistema se mantiene la fase y la amplitud de la señal constante y se envía una frecuencia determinada para representar el valor, binario 0 y otra frecuencia distinta para representar, el valor binario 1. Este salto de frecuencias hace que a este sistema también se le conozca como FSK o frecuency-hift keying (modulación por salto de frecuencia). La modulación de frecuencia se suele utilizar para velocidades iguales o inferiores a 1.200 bps. Modulación por Fase La modulación de fase, también conocida como PSK (Phase-Shift Keying, modulaciónpor salto de fase) consiste en mantener la frecuencia y amplitud de la señal constante y modificar la fase en más o menos grados dependiendo de la información binaria a transmitir. Existen distintos sistemas de modulación de fase: En la modulación de fase simple (PSK), si la información a transmitir cambia, la señal modulada se mantiene en fase (desplazamiento de fase 0º) y si la información a transmitir no cambia, la señal modulada se desfasa 180°. En la modulación de fase diferencial (DPSK, Diferential PhaseShift Keying) si la información binaria a transmitir es un 0, se modulará la señal de línea con un desfase de 270°, mientras que si la información a transmitir es un 1, el desfase será de 90°.

La modulación PSK presenta una mayor sensibilidad al ruido que la DPSK, por lo que generalmente se utiliza este último sistema. La modulación de fase es el sistema utilizado normalmente para velocidades superiores a 1.200 bps, aunque en la mayoría de los casos, para conseguir velocidades elevadas se emplea la modulación de fase combinada con la modulación de amplitud. El ordenador le envía al módem una serie de bits para que éste los module y los envíe por la línea. En los sistemas de modulación más simples, el módem convierte cada bit en una señal de unas determinadas características y la transmite por la línea. En este caso, el número de bits por segundo que salen del ordenador coincide con el número de señales por segundo que transmite el módem. Ahora bien, según hemos visto, existen técnicas de modulación que envían a la línea una sola señal por cada 2 o 3 bits. En este caso, el número de señales por segundo que envía el módem a la línea es la mitad o la tercera parte del número de bits por segundo que salen del ordenador. Pues bien, al número de señales por segundo que transmite el módem se conoce con el nombre de baudio. El baudio es la unidad de medida de la llamada velocidad de señalización o velocidad de modulación. Con las coincide técnicas la mitad

técnicas simples de modulación, el número de baudios con el número de bits por segundo, mientras que en las de modulación multifásicas el número de baudios puede ser o la tercera parte del número de bits por segundo.

La relación entre la velocidad de transmisión serie en bps y la velocidad de modulación en baudios viene definida por la siguiente fórmula: Vts = n* Vm

Vts = velocidad de transmisión serie en bps n =número de bits por baudios empleados en la modulación Vm = velocidad de modulación

Técnicas Avanzadas de Modulación En 1928, Nyquist demostró que existe una relación entre el ancho de banda de un canal de comunicaciones y el número máximo de señales por segundo (baudios) que se pueden enviar por él. Dicha relación establece que el número de señales por segundo puede ser como máximo el doble que el ancho de banda del canal en Hz. Esto quiere decir que para transmitir más bits por segundo por un canal telefónico (ancho de banda 3100 Hz), dado que el número de señales por segundo tiene un límite, lo que hay que hacer es que cada señal represente un número mayor de bits. En el caso de la modulación MPSK, cada señal representa la información de 2 bits, sin embargo esta cifra puede incrementarse. Eso se consigue de forma fiable con técnicas como la modulación en cuadratura, modulación combinada, codificación entrelazada, cancelación de eco, etc. 10.1. MODULACIÓN EN CUADRATURA La modulación en cuadratura (QM, Quadrature Modulation) es un sistema mediante el cual se envían a la línea dos señales portadoras; para que ambas señales portadoras no se interfieran entre sí, se envían con un desfase de 90 grados (cuadratura). Cada una de las señales portadoras es modulada de forma que transporte parte de la información binaria, consiguiéndose en conjunto velocidades de transmisión elevadas. Existen distintos tipos de modulación en cuadratura: En la modulación de amplitud en cuadratura, QAM (Quadrature Amplitude, Modulation), ambas portadoras están moduladas en amplitud. Cada portadora transporta dos bits, por lo que el número total de bits por baudio es cuatro. En la modulación de fase en cuadratura, QPM (Quadrature Phase, Modulation), ambas portadoras se modulan en fase. Igual que en el caso anterior, el flujo de datos se divide en grupos de cuatro bits, dos de cuales son transmitidos por una portadora y los otros dos por la otra. En la modulación de fase y amplitud en cuadratura, QAPM (también llamada modulación AMPSK o QAMPSK), existe una combinación modulación de amplitud con la modulación de fase.

1.5 Técnicas de Multiplexación Para realizar una transmisión de datos entre dos puntos, se ha de disponer de un enlace que permita el intercambio de información. El máximo rendimiento se consigue aprovechando al máximo su capacidad, y también mediante el empleo de multiplexores. La Multiplexación utiliza la capacidad disponible de un medio ó canal para la transmisión simultánea de múltiples señales independientes por un mismo medio. Para ello requiere de un dispositivo Multiplexor - Mux y un Demultiplexor - Demux para multiplexar y demultiplexar las señales respectivamente. La técnica de multiplexación consiste en compartir el canal físico de comunicaciones por varios circuitos lógicos, consiguiendo así reducir el costo de las líneas y de módem, aumentando su utilización, siendo imprescindible su transparencia para que no se vea alterada la información transmitida. Mediante la técnica de multiplexación un canal físico de comunicaciones admite varios circuitos lógicos, cada uno transportando un flujo de información de forma transparente. La información procedente de distintas fuentes se muestrea y estas muestras se envían alternativamente, recomponiéndose la señal en el extremo receptor sin que la información original se vea alterada. Así, se reduce el coste de líneas y módems. Básicamente, existen dos técnicas bien diferenciadas que son: 

Multiplexación por división en frecuencia (FDM).



Multiplexación por división en el tiempo (TDM).

Cada una presenta ventajas e inconvenientes, teniendo campos de aplicación específicos. A continuación describiremos en detalle cada una de estas técnicas de multiplexación.

FDM (Multiplexación por división en frecuencia): Divide el ancho de banda del canal asociando a cada señal a multiplexar una zona de frecuencias para su transmisión.

Figura 1.3: Multiplexación por División en Frecuencia Básicamente, consiste en dividir el ancho de banda (frecuencia alta) de la línea de transmisión entre un cierto número de canales de menor ancho de banda (frecuencias menores); las señales procedentes de distintas fuentes se modulan y convierten en ondas portadoras dentro del rango de frecuencias asignado. Las características básicas de esta multiplexación pueden resumirse en los siguientes puntos:    

Se divide el ancho de banda en canales consecutivos. La anchura de banda de cada subcanal es directamente proporcional a la velocidad. La capacidad del canal esta limitada por el ancho de banda. Empleo de bandas mínimas para evitar interferencias entre subcanales.

TDM (Multiplexación por división en el tiempo): Asocia a cada señal a multiplexar un intervalo de tiempo de canal (ranura o slot) para su envío. La velocidad de transmisión será la suma de todas las señales.

Figura 1.4: Multiplexación por División en el Tiempo

Su característica básica, es que emplea una técnica digital, y sólo por esta razón cabe pensar que es adecuada para usarse en transmisión de datos entre ordenadores y terminales, que se comunican mediante el envío de datos binarios (bits). Se obtiene transmitiendo bloques de caracteres por la línea, teniendo cada subcanal asignado una posición de carácter (fracción de tiempo) en el bloque. Esta multiplexación se utiliza mucho en las redes telefónicas, donde los canales de voz se muestrean, cuantifican y codifican según la técnica MIC, originando canales de 64 Kbit/s que se agrupan en un canal de orden superior (primario: 2 Mbit/s) para su transmisión, decodificándose en la recepción. Sus características básicas son:     

División del tiempo en intervalos. Muestreo secuencial de las líneas. Tiempos mínimos para evitar interferencias. Recomposición de señales en el extremo remoto. Necesidad del empleo de módem o adaptadores de terminal.

STDM (Multiplexación Estadística): Dinámicamente asigna ranuras de tiempo entre los terminales activos. Los terminales inactivos no desperdician capacidad de transporte en la línea. El demultiplexor utiliza el campo de CONTROL para identificar a los propietarios de las ranuras.

Figura 1.5: Multiplexación Estadística

Un caso particular de la multiplexación por división en el tiempo es la “estadística”, consistente en no asignar intervalos de tiempo fijos a cada canal – rígidamente-, sino en hacerlo en función del tráfico existente en cada momento en cada uno de ellos – inteligentemente-. Sus características son:     

Tramos de longitud variable. Muestreo de líneas en función de su actividad. Intercala caracteres en los espacios vacíos. Fuerte sincronización. Control inteligente de la transmisión.

VENTAJAS DE LAS DISTINTAS TÉCNICAS La principal ventaja derivada del uso de multiplexores estadísticos radica en el hecho de poder realizar una óptima utilización del enlace, ya que la asignación de tiempos a cada línea no es fija, sino que se hace en función de su actividad, pudiéndose así asignar los recursos disponibles, es decir la capacidad en bit/s de la línea de enlace, de la mejor forma posible. En un multiplexor TDM a cada línea se le asigna una cierta velocidad y por tanto, una cierta ocupación del canal de enlace fija, independiente de que esté en servicio o no; este hecho nos impone una gran limitación que no se da en los STDM, ya que en un principio a cada canal se le puede asignar la velocidad máxima, y sólo habrá que tener en cuenta los porcentajes medios de utilización para no sobrepasar el límite del canal de enlace. Estos equipos, que son inteligentes, a la entrada de cada línea disponen de un buffer, en donde se almacenan temporalmente los datos verídicos, realizándose la regulación del flujo mediante procedimientos de control tales como XON/XOFF o RTS/CTS. Su propia inteligencia les permite el control y recuperación de errores, pidiendo la retransmisión en caso de ser necesario. La utilización de multiplexores está muy extendida y, prácticamente cubren cualquier necesidad y rango de velocidades, tanto para aplicaciones de redes privadas como públicas. Como por ejemplo: Los multiplexores denominados T1/E1, para las velocidades de 1,5 y 2 Mbit/s propia, los circuitos digitales proporcionados por los operadores americanos y europeos, que ofrecen a los usuarios velocidades de 64 Kbit/s o inferiores y en la Infraestructura de las redes públicas, también se emplean diversas técnicas de multiplexación, dando origen a las Jerarquías Plesiócronas (PDH), o síncronas (SDH), según la manera de proceder. 22

CAPITULO II: ANÁLISIS DE SEÑALES 2.1

ESPECTRO ELECTROMÁGNETICO

Cuando los electrones se mueven crean ondas electromagnéticas que se pueden propagar por el espacio libre (aún en el vacío). El físico británico James Clerk Maxwell predijo estas ondas en el año 1865 y el físico alemán Heinrich Hertz las observó en el año 1887. La cantidad de oscilaciones por segundo de una onda electromagnética representa su frecuencia (f) y se mide en Hertz (Hz), en honor a Heinrich Hertz. La distancia entre dos puntos máximos (o mínimos) consecutivos se llama longitud de onda y se designa de forma universal con la letra griega  (lambda). Al conectarse una antena del tamaño apropiado a un circuito eléctrico, las ondas electromagnéticas pueden ser difundidas de manera eficiente y ser captadas por un receptor a cierta distancia. Toda la comunicación inalámbrica se basa en este principio. 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/s]. La velocidad de la luz es el límite máximo de velocidad. En teoría, ningún objeto o señal puede moverse más rápido que la luz. La relación fundamental entre la frecuencia, longitud de onda y la velocidad de la luz (en el vacío) es:

*=c En la Figura 2.1 se muestra el espectro electromagnético. Las porciones de radio, microondas, infrarrojo y luz visible del espectro pueden servir para transmitir información modulando la amplitud, frecuencia o fase de las ondas. La luz ultravioleta, los rayos X y los rayos gamma serían todavía mejores, debido a sus frecuencias más altas, pero son difíciles de producir y modular, no se propagan bien entre edificios y son peligrosos para los seres vivos.

Figura 2.1: Espectro Electromagnético La cantidad de información que puede transportar electromagnética se relaciona con su ancho de banda.

una onda

Si resolvemos la ecuación  *  = c, para  y la diferenciamos con respecto a , obtenemos: d d

= _ c 2

Si ahora usamos diferencias finitas en lugar de diferenciales y sólo consideramos los valores absolutos, obtenemos:

 c * 2

Por lo tanto, dado el ancho de una banda de longitud de onda , podemos calcular la banda de frecuencia correspondiente , y a partir de ella, la tasa de datos que puede producir la banda. Cuanto más ancha sea ésta, mayor será la tasa de datos. 2.2

TEORÍA DE SEÑALES

La señal es una onda electromagnética que mediante la variación de algunas propiedades físicas, es posible transmitir información. Las señales pueden ser: eléctricas u ópticas y transmitidas en forma analógica o discreta, a través de cables (pares de cobre, coaxial o fibra óptica) ó vía medio de propagación espacial ó atmosférica. Matemáticamente, una señal es representada como una función de una variable independiente t, donde usualmente t representa el tiempo. De esta forma una señal se denota como una función x(t).

Figura 2.2: Señal x(t) Por ejemplo, al representar el valor del voltaje o corriente de una señal eléctrica como una función simple del tiempo x(t), podemos

modelar el comportamiento matemáticamente.

señal

analizarlo

Podemos abordar el estudio de una señal desde dos puntos de vista distintos: desde el dominio del tiempo y desde el dominio de la frecuencia. A continuación se describe en detalle cada uno de ellos. DOMINIO DEL TIEMPO Desde este punto de vista podemos plantearnos si la función x(t) es: 

Continua: Cuando la señal existe en todo el rango de tiempo y la variable t es continua.



Discontinua: Cuando existen discontinuidades o saltos en la función, es decir, la variable t es discontinua.

Figura 2.3: (a) Señal Continua y (b) Señal Discreta Dentro de estos dos tipos de funciones x(t) podemos distinguir dos tipos de señales: 

Señal Discreta: La función discontinua x(t) toma un conjunto finito de valores. Un ejemplo de esto es una señal digital. (La señal digital más sencilla es la binaria)



Señal Analógica: La función continua x(t) puede tomar un conjunto infinito de valores entre t є [-∞, ∞]. Asimismo, podemos plantearnos si la señal es periódica, es decir si la función toma el mismo valor cada un cierto tiempo T, al que denominaremos periodo. Toda señal que no cumple con esto es llamada no periódica.

Un ejemplo de función periódica será la siguiente: f(t) = f(t+T) para todo t y T > 0.

Figura 2.4: Señales Periódicas De una función periódica parámetros de la señal:

podemos

distinguir

los

siguientes



Amplitud: Máximo valor que puede adoptar la señal periódica.



Frecuencia: Número de ciclos por segundo o hertzios. Se calcula como la inversa del periodo. Se representa por f.



Fase: Diferencia en el valor de paso por cero de la función. Sirve para distinguir señales que aunque tienen la misma frecuencia y amplitud no son iguales.

La Energía y Potencia Promedio Normalizada de una señal se definen a continuación: Señal Continua x(t): E= ∫∞-∞ |x(t)|2 dt P= lim

T->∞

1 *∫T/2-T/2 |x(t)|2 dt T

Señal Discreta x(n) : E= Σ∞ |x(n)|2 n=-∞

P= lim

1 *ΣN n=-N |x(n)|2 2N+1

N->∞

DOMINIO DE LA FRECUENCIA La señal que se transmite suele representarse como una función del tiempo, pero también puede expresarse en función de la frecuencia. Generalmente está constituida por varias componentes frecuenciales, lo que hace su análisis menos intuitivo. A efectos de transmisión de datos suele resultar más útil el análisis frecuencial de la señal que el temporal. Puede demostrarse (por medio del Análisis de Fourier), que cualquier señal periódica puede descomponerse en una o más componentes, siendo cada componente una sinusoide. Análisis de Fourier A principios del siglo XIX, el matemático francés Jean-Baptiste Fourier probó que cualquier función periódica de comportamiento razonable, g(t) con un periodo T, se puede construir sumando una cantidad (posiblemente infinita) de senos y cosenos: g(t) = (1/2)*c + ∑∞n=1 ansen(2∏nft) + ∑∞n=1 bncos(2∏nft) an = (2/T)* ∫T0 g(t) sen(2∏nft)dt bn = (2/T)* ∫T0 g(t) cos(2∏nft)dt c = (2/T)* ∫T0 g(t) dt dónde f=1/T es la frecuencia fundamental, an y bn son las amplitudes de seno y coseno de los n-ésimos (términos) armónicos y c es una constante. Tal descomposición se conoce como Serie de Fourier. A partir de ella, es posible reconstruir la función, es decir, si se conoce el periodo T y se dan las amplitudes, la función original del tiempo puede encontrarse realizando Las sumas que se muestran en la ecuación. Una señal de datos que tenga una duración finita (la cual todas poseen) se pueden manejar con sólo imaginar que el patrón se repite 28

una y otra vez por siempre (es decir, el intervalo de T a 2T es el mismo que de 0 a T, etc). Ninguna instalación transmisora puede transmitir señales sin perder cierta potencia en el proceso. Si todos los componentes de Fourier disminuyeran en la misma proporción, la señal resultante se reduciría en amplitud, pero no se distorsionaría. Desgraciadamente, todas Las instalaciones de transmisión disminuyen los distintos componentes de Fourier en diferente grado, lo que provoca distorsión. Por lo general, las amplitudes se transmiten sin ninguna disminución desde 0 hasta cierta frecuencia de corte fc medida en ciclos /seg o Hertz(Hz ) y todas Las frecuencias que se encuentren por arriba de esta frecuencia de corte serán atenuadas. El rango de frecuencias que se transmiten sin atenuarse con fuerza se conoce como Ancho de Banda. En la práctica, el corte en realidad no es abrupto, por lo que con frecuencia el ancho de banda ofrecido va desde 0 hasta la frecuencia en la que el valor de la amplitud es atenuado a la mitad de su valor original. Se define espectro de una señal al rango de frecuencias que contiene. El ancho de banda absoluto es la anchura del espectro. Muchas señales poseen un ancho de bando absoluto infinito, lo que en principio dificultaría su transmisión, ya que los medios de transmisión se comportan como filtros, dejando pasar únicamente una banda de frecuencias y eliminando las restantes lo que da lugar a que se modifique la forma de onda de la señal. Sin embargo, la mayor parte de la energía de la señal suele concentrarse en una pocas frecuencias que se conocen cono ancho de banda efectivo de la señal, o simplemente como ancho de banda. También, podemos definir el Ancho de Banda como la cantidad de información que puede pasar por un medio de transmisión al mismo tiempo. Se puede medir en Hertz ("ciclos por segundo") si se trata de señales análogas ó en bits por segundo (bps) si se trata de señales digitales. Tasa de Datos Máxima de un Canal Nyquist probó que si se pasa una señal cualquiera a través de un filtro pasa-bajo de ancho de banda H, la señal filtrada se puede reconstruir por completo tomando sólo 2H muestras (exactas) por segundo.

Por lo tanto, no tiene sentido muestrear la línea a una rapidez mayor que 2H veces por segundo porque los componentes de mayor frecuencia que tal muestreo puede recuperar ya se han filtrado. Si la señal consiste en k niveles discretos. El teorema de Nyquist establece:

Tasa de datos máxima = 2H* log

k [bits /seg]

Por ejemplo, un canal sin ruido de 3kHz no puede transmitir señales binarias (es decir, de dos niveles) a una tasa mayor que 6.000 bps. Hasta aquí sólo hemos considerado canales sin ruido. Si el ruido aleatorio ésta presente, la situación se deteriora rápidamente. Y el ruido aleatorio (térmico) siempre ésta presente debido al movimiento de las moléculas del sistema. La cantidad de ruido térmico presente se mide por la relación entre la potencia de la señal y la potencia del ruido, llamada relación señal a ruido S/N. Si indicamos la potencia de la señal con S y la potencia del ruido con N, la relación señal a ruido es S/N. Por lo general, la relación misma no se expresa; en su lugar, se da la cantidad 10* log 10 S/N. Estas unidades se conocen como decibeles (dB). Una relación S/N de 10 es 10 dB, una relación de 100 es 20 dB, una de 1.000 es 30 dB, y así sucesivamente. El resultado principal de Shannon es que la tasa de datos máxima de un canal ruidoso cuyo ancho de banda es H [Hz] y cuya relación señal a ruido es S/N, ésta dada por:

Número máximo de bits/seg =H*log

(1+S/N)

Por ejemplo, un canal con un ancho de banda de 3.000 Hz y con una relación señal a ruido térmico de 30dB (los parámetros típicos de la parte analógica del sistema telefónico) no puede transmitir más allá de 30.000bps, sin importar cuántos niveles de señal se utilicen, ni con qué frecuencia se tomen los muestreos. El resultado de Shannon se dedujo aplicando argumentos de la teoría de la información y es válido para cualquier canal sujeto a ruido térmico.

2.3 EFECTOS EN LA TRANSMISIÓN DE SEÑALES La transmisión de una señal supone el paso de la misma a través de una determinado medio, por ejemplo: un cable, el aire, etc. Debido a diferentes fenómenos físicos, la señal que llega al receptor difiere de la emitida por el transmisor. Vamos a estudiar a continuación una serie de efectos que contribuyen a modificar la señal que se transmite. Si la suma de todos los efectos no produce una gran diferencia entre ambas señales, conseguiremos una transmisión libre de errores. Por el contrario, cuando la señal recibida difiera en exceso de la señal transmitida el receptor puede interpretar incorrectamente la información y decimos entonces que se produce un error de transmisión. Evidentemente no todas las señales sufren los mismos efectos al atravesar los distintos medios de transmisión, luego cuando sea posible, escogeremos el tipo de señales y medios que conduzcan a las mejores condiciones de transmisión. Veamos algunos de estos problemas de la transmisión: Atenuación Consiste en el debilitamiento o pérdida de amplitud de la señal recibida frente a la transmitida. Por ejemplo, sabemos que cualquier sonido se percibe con menor intensidad cuando más alejados nos encontramos de la fuente que lo origina. Efectivamente, la atenuación tiene un efecto proporcional a la distancia. A partir de una determinada distancia, la señal recibida es tan débil que no se puede reconocer mensaje alguno. Para paliar el efecto de la atenuación se pueden incorporar en el camino de la señal unos dispositivos activos, cuya función es amplificar la señal en la misma medida en que acaba de ser atenuada por el medio, de esta forma se consigue recuperar la señal para que pueda alcanzar más distancia. Según el tipo de señal, analógica o digital, estos dispositivos tienen un comportamiento distinto y también diferente nombre. Para el caso de señales digitales hablamos de dispositivos repetidores, que son capaces de restaurar la misma señal original. Para las señales analógicas se denominan amplificadores y estos elementos no permiten recuperar la señal original, debido al efecto del ruido que no se puede aislar de las señales analógicas pero sí de las digitales.

Debido a la imposibilidad de supresión del ruido en el caso de las señales analógicas aparece la limitación del número máximo de amplificadores que pueden ser conectados en una línea de transmisión y con ello se limita la distancia máxima de este tipo de transmisiones. Interferencia Es la contaminación por señales extrañas generalmente artificiales y de forma similar a la de la señal. El problema es común en emisiones de radio, donde pueden ser captados dos o más señales simultáneamente por el receptor. La solución al problema de la interferencia es obvia, eliminar de una u otra forma la señal interferente o su fuente. Distorsión por Atenuación Hasta ahora hemos supuesto que la atenuación afecta por igual a todas las señales. Sin embargo, la atenuación es función, además de la distancia, de la frecuencia de las señales que se propagan. Las de mayores frecuencias sufren una mayor atenuación. Este fenómeno produce, en las señales con diferentes componentes frecuenciales, una atenuación distinta para cada componente de frecuencia, lo que origina que la señal recibida tenga una forma diferente de la transmitida, amen de una menor amplitud. Como la señal recibida se ha deformado con respecto a la transmitida decimos que se ha distorsionado. Para compensar esta diferente atenuación a distintas frecuencias, los amplificadores pueden incorporar una etapa denominada ecualizador. Retardo de grupo Otro de los problemas de la transmisión es el retardo. Sabemos que todas las señales se propagan a una cierta velocidad, que depende del medio y de la naturaleza de la señal. Por ejemplo: el sonido se propaga en el aire aproximadamente a 340 m/s, la luz a 3000.000 km/s, etc. Luego todas las señales van a tardar un cierto tiempo en recorrer la distancia que separa al emisor del receptor. Además, si en el camino la señal atraviesa determinados circuitos electrónicos, ópticos, o de cualquier otra naturaleza, estos pueden añadir un retardo adicional. 32

Por ejemplo: una puerta lógica introduce un retardo del orden de 15 [ns] entre su entrada y su salida. De igual forma que sucedía con la atenuación, el retardo tampoco es una función constante con la frecuencia y las diferentes componentes de una señal sufren distintos retardos. Por ejemplo: para una señal limitada en ancho de banda, la velocidad tiende a ser más alta en la frecuencia central y decrece en los límites de la banda de frecuencias. Esto trae como consecuencia que en un instante dado las componentes frecuenciales que llegan al receptor no son las mismas que unos instantes antes envió el emisor, por lo tanto, la señal recibida tendrá una forma distinta de la emitida, de nuevo hablamos de distorsión. A la distorsión producida por el retardo, se la denomina distorsión por retardo. Este fenómeno carece de trascendencia en las transmisiones de voz, ya que el oído humano no es sensible a las diferencias de retardo. Sin embargo, tiene efectos importantes en la transmisión de datos digitales, especialmente a alta velocidad. Diafonía La diafonía (crosstalk) Es un fenómeno que todos hemos experimentado en las comunicaciones telefónicas. Consiste en la interferencia de un canal (o cable) próximo con el nuestro, esto produce una señal que es la suma de la señal transmitida y otra señal externa atenuada que aparece de fondo. En una conversación telefónica esto se observa como una segunda conversación que se oye de fondo mezclada con la nuestra. El motivo de este fenómeno es la influencia mutua entre dos canales de transmisión próximos en frecuencia o que comparten el mismo tendido de cables. Ruido Por ruido se debe entender las señales aleatorias e impredecibles originadas en forma natural dentro o fuera del sistema. Cuando estas señales se agregan a la señal portadora de la información, puede provocar una destrucción de la señal ó puede quedar en gran parte oculta, pero nunca eliminada completamente.

Ruido impulsivo Otra fuente de problemas en la transmisión es el denominado ruido impulsivo. Consiste en pulsos irregulares de corta duración y relativamente gran amplitud, que son provocados por inducciones, como consecuencia de conmutaciones electromagnéticas. Este tipo de ruido es debido a causas variadas externas al medio de transmisión. Podemos asociarlo a las interferencias en un receptor de radio cuando se aproxima una motocicleta, o también al encendido de determinados aparatos en un domicilio (por ejemplo: una lavadora o nevera). Existen infinidad de dispositivos cuyo encendido o apagado genera un impulso de radio frecuencia capaz de influir a canales de comunicación próximos. El ruido impulsivo es típicamente aleatorio, es decir, se produce de manera inesperada y no suele ser repetitivo. Ruido térmico Está presente en todos los dispositivos electrónicos y medios de transmisión y es debido a la agitación de los electrones en un conductor. Es proporcional a la temperatura y se encuentra distribuido uniformemente en todo el espectro de frecuencias. Habitualmente el efecto del ruido térmico es despreciable, excepto en aquellos casos en los que se trabaja con señales muy débiles. Como ya hemos visto, diferentes circunstancias producen ruido en la transmisión de las señales. Si la amplitud del ruido es mucho menor que la de la señal transmitida el receptor puede interpretar la información sin errores, pero si el nivel de ruido aumenta la señal recibida resultará ininteligible, o al menos se producirá un número importante de errores.

CAPITULO III: MEDIOS DE TRANSMISIÓN

3.1 Par Trenzado Uno de los medios de transmisión más viejos y todavía el más común, es el cable de par trenzado. Éste consiste en dos alambres de cobre aislados, por lo regular de 1mm de grueso. Los alambres se trenzan en forma helicoidal, ésto se hace porque los dos alambres paralelos constituyen una antena simple. Cuando se trenzan los alambres, Las ondas de diferentes vueltas se cancelan, por lo que la radiación del cable es menos efectiva. Los cables de par trenzado se pueden utilizar para la transmisión tanto analógica como digital. El ancho de banda depende del grosor del cable y la distancia que recorre; en muchos casos pueden obtenerse transmisiones de varios megabits/seg, en distancias de pocos kilómetros. Debido a su comportamiento adecuado y bajo costo, los cables de par trenzado se utilizan ampliamente.

Figura 3.1: Tipos de Par Trenzado A continuación describiremos los tipos de cables de par trenzado: 1.- Cable de par trenzado apantallado (STP) En este tipo de cable, cada par va recubierto por una malla conductora que actúa de apantalla frente a interferencias y ruido eléctrico. Su impedancia es de 150 Ohm. El nivel de protección del STP ante perturbaciones externas es mayor al ofrecido por UTP. Sin embargo es más costoso y requiere más

instalación. La pantalla del STP, para que sea más eficaz, requiere una configuración de interconexión con tierra (dotada de continuidad hasta el terminal), con el STP se suele utilizar conectores RJ49. Es utilizado generalmente en las instalaciones de procesos de datos por su capacidad y sus buenas características contra las radiaciones electromagnéticas, pero el inconveniente es que es un cable robusto, caro y difícil de instalar. 2.- Cable par trenzado no apantallado (UTP) El cable par trenzado más simple y empleado, sin ningún tipo de pantalla adicional y con una impedancia característica de 100 Ohmios. El conector más frecuente con el UTP es el RJ45, aunque también puede usarse otro (RJ11, DB25, DB11, etc), dependiendo del adaptador de red.

Figura 3.2: Conector RJ-45 Es sin duda el que hasta ahora ha sido mejor aceptado, por su costo accesibilidad y fácil instalación. Sus dos alambres de cobre torcidos aislados con plástico PVC han demostrado un buen desempeño en las aplicaciones de hoy. Sin embargo, a altas velocidades puede resultar vulnerable a las interferencias electromagnéticas del medio ambiente. Categorías del cable UTP: Cada categoría especifica características eléctricas para el cable: atenuación, capacidad de la línea e impedancia. Categoría 1: Este tipo de cable esta especialmente diseñado para redes telefónicas, es el típico cable empleado para teléfonos por las compañías telefónicas. Alcanzan como máximo velocidades de hasta 4 Mbps. Categoría 2: De características idénticas al cable de categoría 1. Categoría 3: Es utilizado en redes de computadoras de hasta 16 Mbps. de velocidad y con un ancho de banda de hasta 16 Mhz. Categoría 4: Esta definido para redes de computadoras tipo anillo como Token Ring con un ancho de banda de hasta 20 Mhz y con una velocidad de 20 Mbps. Categoría 5: Es un estándar dentro de las comunicaciones en redes LAN. Es capaz de soportar comunicaciones de hasta 100 Mbps con un 36

ancho de banda de hasta 100 Mhz. Este tipo de cable es de 8 hilos, es decir cuatro pares trenzados. La atenuación del cable de esta categoría viene dado por esta tabla referida a una distancia estándar de 100 metros:

Tabla 3.1: Velocidad de Tx v/s Nivel de Atenuación (UTP cat. 5) En esta tabla podemos ver para las diferentes categorías, teniendo en cuenta su ancho de banda, cual sería las distancias máximas recomendadas sin sufrir atenuaciones que hagan variar la señal:

Tabla 3.2: Distancias según Ancho de Banda (UTP cat. 3, 4 y 5) Categoría 5e: Es una categoría 5 mejorada. Minimiza la atenuación y las interferencias. Categoría 6: Es una categoría que está hecha para operar en redes LAN GigaEthernet. Categoría 7: No esta definida y estandarizada.

3.- Cable de par trenzado con pantalla global (FTP) En este tipo de cable como en el UTP, sus pares no están apantallados, pero sí dispone de una pantalla global para mejorar su nivel de protección ante interferencias externas. Su impedancia característica típica es de 120 OHMIOS y sus propiedades de transmisión son más parecidas a las del UTP. Además, puede utilizar los mismos conectores RJ45. Tiene un precio intermedio entre el UTP y STP.

3.2 Cable Coaxial Otro medio común de transmisión es el cable coaxial. Este cable tiene mejor blindaje que el par trenzado, así que puede abarcar tramos más largos a velocidades mayores. Hay dos clases de cable coaxial que son las más utilizadas. Una clase: el cable de 50 ohms, se usa por lo general para transmisión digital. La otra clase, el cable de 75 ohms, se utiliza comúnmente para la transmisión analógica y la televisión por cable.

Figura 3.3: Cable Coaxial Un cable coaxial consiste en un alambre de cobre rígido como núcleo, rodeado por un material aislante. El aislante está forrado con un conductor cilíndrico, que con frecuencia es una malla de tejido fuertemente trenzada. El conductor extremo se cubre con una envoltura protectora de plástico. La construcción y el blindaje del cable coaxial le confieren una combinación de ancho de banda alto y excelente inmunidad al ruido. El ancho de banda posible depende de la calidad y longitud del cable, y de la relación señal a ruido de datos. Los cables modernos tienen un ancho de banda de cerca de 1 GHz. Los cables coaxiales solían ser ampliamente usados en el sistema telefónico para las líneas de larga distancia, pero en la actualidad han sido reemplazados por la fibra óptica en rutas de distancias considerables. Sin embargo, el cable coaxial aún se utiliza ampliamente en la televisión por cable y en las redes de área metropolitana.

3.3 Fibra Optica Las Comunicaciones Opticas representan una forma distinta de comunicación, convirtiendo una señal eléctrica en una señal luminosa que viaja por medio de una guía de onda cilíndrica de vidrio denominada fibra óptica. Para convertir una señal eléctrica en señal de luz, necesitamos los siguientes pasos: 1.- Conversión de la señal eléctrica análoga a digital por medio de un codificador (Coder), para luego aplicar algún método de modulación, que permite entregar una secuencia de pulsos eléctricos entre 0-5 Volt, denominados bits. 2.- Conversión de la señal eléctrica digital a señal óptica digital por medio de una fuente de luz (Transceiver, Conversor de Medio ó Módem Optico), transformando los bits en pulsos de luz para transmitirlos, a través de la fibra óptica, a una longitud de onda especificada por el fabricante del equipo óptico.

Figura 3.4: Comunicaciones ópticas Una vez que los pulsos llegan al detector o receptor óptico debemos realizar la operación inversa: 1.- Convertir la señal óptica a una secuencia de pulsos eléctricos. 2.- Decodificación de los pulsos eléctricos digitales a una señal eléctrica analógica, a través de un decodificador (Decoder)

La Fibra Optica es un medio de transmisión, compuesto de fibra de vidrio (cuarzo ó dióxido de silicio SiO2) que permite transmitir señales luminosas, a través de esta guía de onda óptica. La materia prima (Silicio) para fabricar la f.o. es abundante en la naturaleza. El rango de longitud de onda () para transmitir por una fibra óptica es de 800 [nm] a 1600 [nm], usando preferentemente las longitudes centradas en las siguientes ventanas 850, 1310 y 1550 [nm] por motivos de baja atenuación. Una fibra óptica es una guía de onda cilíndrica y larga realizada con materiales de cuarzo y silicio que confina y propaga ondas luminosas. Está compuesta básicamente de 3 capas:  núcleo (core)  manto ó revestimiento (cladding)  recubrimiento (coating) El núcleo y el manto no se pueden separar con herramientas mecánicas. También, cabe decir, que el núcleo tiene un índice de refracción un poco más alto que el manto. El recubrimiento entrega protección mecánica contra dobleces y protección contra la humedad. Valores típicos de índice de refracción:

 Núcleo : 1.5  Manto : 1.48  Aire

: 1.003

Figura 3.5: Capas de la fibra óptica Existen tres tipos básicos de fibra óptica que son utilizadas en el mercado:  Fibra Monomodo (FIBER SINGLEMODE)  Fibra Multimodo (FIBER MULTIMODE)  Fibra Plástica

Figura 3.6: Tipos de Fibras ópticas A continuación se describen cada una de ellas: Fibra Monomodo Este tipo de fibra posee la ventaja de alcanzar grandes distancias, generalmente sobre 2 Km y tener un ancho de banda sobre 1 Gbit / seg. Es utilizada en los enlaces de comunicación de datos para unir continentes, países y ciudades. En la fibra monomodo se propaga un solo modo (camino que sigue un rayo de luz por el núcleo). Esto se logra reduciendo el diámetro del núcleo de la fibra entre 8 a 10 m, tamaño que sólo permite enviar un modo de propagación. Para poder transmitir un solo modo debemos utilizar una fuente de luz que su espectro de potencia este concentrado mayoritariamente en una sola longitud de onda, para lo cuál el láser cumple con este requisito. Fibra Multimodo Este tipo de fibra es utilizada para menores distancias, generalmente menores a 2 Km y su uso es mayor para el cableado vertical en edificios. Su ancho de banda depende mucho de la dispersión producida por los modos que se propagan a través del núcleo, llegando a 500 Mbps en algunas fibras multimodo. En la fibra multimodo se propaga una gran cantidad de modos, debido a que el diámetro del núcleo de la fibra es de 50 ó 62.5 m. Para esta fibra se utiliza una fuente de luz cuyo espectro no esta solamente concentrado en la longitud de onda fundamental, sino que también en las longitudes de ondas secundarias, para esto se utiliza un LED ó VCSEL. Existen dos tipos de fibras multimodo, que difieren en los perfiles de los índices de refracción del núcleo y manto:  Fibra Multimodo Indice Escalón  Fibra Multimodo Indice Gradual

1.- Fibra Multimodo de Indice Escalón Una fibra de índice escalón es una fibra óptica con índices de refracción del núcleo y manto diferentes, pero uniformes. En la frontera núcleo-manto, hay un cambio abrupto en el índice de refracción provocando un confinamiento de la luz en el núcleo.

Figura 3.7: Dispersión en Fibra Multimodo de Indice Escalón Los rayos de luz viajan por caminos muy diferentes en el núcleo de la fibra con velocidades iguales. Debido a que la distancia que recorre cada rayo es distinta, llegarán a su destino en tiempos distintos. Esto trae como consecuencia que un pulso se ensanche en tiempo. Como muestra la figura los rayos de luz empiezan todos al mismo tiempo, pero después de viajar por la fibra, llegan a sus destinos en tiempos diferentes debido a que siguen diferentes caminos por el núcleo de la fibra óptica. El ensanchamiento del pulso es una distorsión de la señal conocida como dispersión modal. El ensanchamiento del pulso restringe la velocidad de transmisión de datos, debido a que ésta es inversamente proporcional a la anchura del pulso. Un pulso más ancho significa que se puede enviar menos pulsos por segundos, lo que resulta en una disminución del ancho de banda de transmisión.

Velocidad de Tx de Datos



1 / ancho del pulso

2.- Fibra Multimodo de Indice Gradual El índice de refracción del núcleo de una fibra de índice gradual decrece desde el centro al exterior. El índice de refracción del manto es uniforme. La fibra de índice gradual curva los rayos de luz en caminos sinusoidales debido a que el índice de refracción del núcleo no es uniforme.

La región exterior del núcleo tiene un índice refracción más bajo que el centro del núcleo. La luz viaja más rápido en un material con índice de refracción más bajo (v = c/n). Los rayos de luz de la región exterior del núcleo viajan una distancia mayor y requieren más tiempo para llegar al final de la fibra.

Figura 3.8: Dispersión en Fibra Multimodo de Indice Gradual Debido a que la luz viaja más rápido en la región exterior que en el centro del núcleo, el mayor tiempo causado por la distancia se compensa parcialmente por una mayor velocidad del rayo. Esto reduce la cantidad de ensanchamiento del pulso entre los rayos de luz del centro del núcleo y de la región exterior, por lo que se reduce la dispersión modal. Este tipo de fibra tiene un ancho de banda de transmisión de datos mayor que una fibra índice escalón. Fibra Plástica Es utilizada con menor frecuencia en aplicaciones industriales para muy corta distancia, poseen un diámetro de núcleo aproximadamente de 200 m y su transmisión es realizada a longitudes de onda entre 660 nm – 780 nm.

Ventajas y Desventajas de la Fibra Optica con respecto a otros Medios de Transmisión La Fibra óptica presenta grandes ventajas si se les compara con otros medios de transmisión de datos, como por ejemplo:  Multipar de cobre: ancho de banda menor y costos de instalación bajos. Susceptible a interferencias electromagnéticas y a la corrosión.  Cable coaxial: ancho de banda mayor que el multipar de cobre pero menor que la fibra óptica, presenta altas pérdidas en los puntos de empalme y conexión. Es un cable de mayor peso y la distancia máxima entre repetidores es de aprox. 1.5 Km.  Microondas Satelitales y Terrestres: ancho de banda menor que la fibra óptica monomodo, pero su costo es menor para unir distancias grandes. Susceptible a los cambios climáticos y de temperatura. Principales Ventajas:

 Gran capacidad para transmitir información: Para las fibras ópticas monomodo su ancho de banda supera 1 Gbit/seg.

 Menor diámetro y peso ligero: Un cable de fibra óptica posee un diámetro mucho menor y peso más ligero que un cable de cobre.

 Inmunidad a la interferencias eléctricas: La fibra óptica no se ve afectada por la interferencia electromagnética (EMI) o interferencia de radiofrecuencia (RFI). La fibra óptica está libre de conversaciones cruzadas, es decir, la información que viaja por una fibra no puede ser recapturada por una fibra cercana.

 Aislamiento eléctrico: no necesita tierra común.  Seguridad: Una fibra óptica no se puede intervenir por medio de

mecanismos eléctricos convencionales como conducción superficial o inducción electromagnética. Si se interviniera se podría detectar monitoreando la señal óptica recibida al final de la fibra o curvándola en cualquier parte.

 Larga vida de útil y Libre de Corrosión: La fibra óptica es un medio que posee una vida de servicio estimada en más de 30 años para algunos cables. Los enlaces de fibra óptica bien diseñados, son aquéllos en dónde los cables de fibra soportan las condiciones 44

de temperatura, humedad, etc. existentes y las eventualidades de operación que salgan con el tiempo, de tal forma de mantener la vida útil del cable. La fibra óptica no sufre de corrosión.

 Baja Mantención: El mantenimiento es menor que el que se

requiere para otro medio de transmisión, debido a que se requiere de pocos repetidores. No hay forma que pueda corroerse el cable y que pueda causar pérdidas de señales ó señales intermitentes. El cable no se ve afectado por cortocircuitos, sobretensiones o electricidad estática.

 Baja Atenuación: Para una transmisión a longitud de onda cercana a 1550 nm la atenuación que se produce en la fibra aprox. es de 0.2 dB/km.

 Versatilidad: Los sistemas de comunicaciones por fibra son los

adecuados para la mayoría de los formatos de comunicaciones de datos, voz y video. Entre estos sistemas tenemos: RS-232, Ethernet, Fast Ethernet, FDDI, SDH, ATM, DWDM, etc.

 Expansión: Los enlaces de fibra óptica bien diseñados pueden

expandirse rápidamente y cambiar de un sistema de transmisión de baja velocidad a uno de alta velocidad, cambiando solamente la electrónica pero no la fibra. Ejemplo de ello es el HFFC utilizado por las empresas de televisión por cable.

 Regeneración de la señal: la fibra óptica monomodo puede

alcanzar distancias cercanas a los 70 – 80 Km sin uso de amplificadores, con el tiempo será cada vez mayor la distancia que alcanzará la fibra sin regenerar.

Desventajas:

 Conversión electro-óptica: Antes de conectar una señal eléctrica de comunicación a una fibra óptica, la señal debe convertirse mediante componentes optoelectrónicos a una señal óptica usando una fuente de luz: Láser o LED. Luego la señal óptica que llega al extremo receptor es nuevamente convertida a señal eléctrica.

 Transmisión de la señal óptica en ventanas de frecuencia

determinada: De acuerdo a las propiedades físicas de la fibra, ésta posee tres ventanas donde la atenuación es aceptable para transmitir información segura. Se espera que en el futuro la transmisión pueda realizarse en todo el espectro posible.



Camino fijo recto: El cable de fibra óptica debe ser instalado en forma recta para poder evitar curvaturas que producirían pérdidas ópticas.



Instalación especial: Se requiere de un equipamiento de alto costo y de personal técnico calificado. Se espera que los costos de equipos bajen con el correr del tiempo, por el surgimiento de mejores tecnologías.



Reparación especializada: La reparación de un cable requiere de personal técnico calificado con destreza y habilidad en el manejo de herramientas y equipos asociados.

3.4 Radiofrecuencia Las ondas de radio son fáciles de generar, pueden viajar distancias largas y penetrar edificios sin problemas, y por ello su uso está muy generalizado en la comunicación, tanto en interiores como en exteriores. Las ondas de radio también son omnidireccionales, lo que significa que viajan en todas direcciones a partir de la fuente, por lo que no es necesario que el transmisor y el receptor se encuentren alineados físicamente. Las propiedades de las ondas de radio dependen de la frecuencia. A bajas frecuencias, esas ondas cruzan bien casi cualquier obstáculo, pero la potencia se reduce de manera drástica a medida que se aleja de la fuente, aproximadamente en proporción a 1/(radio)2 en el aire. 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 eléctricos. Por la capacidad de las ondas de radio de viajar largas distancias, la interferencia entre usuarios es un problema. Por esta razón, todos los gobiernos reglamentan estrictamente el uso de radiotransmisores, con una excepción, que veremos más adelante. En las bandas VLF, LF y MF las ondas de radio siguen la curvatura de la tierra. Estas ondas se pueden detectar quizá a 1.000 km en las frecuencias más bajas, y a menos en frecuencias más altas. La difusión de radio AM usa la banda MF. Las ondas de radio en estas bandas cruzan con facilidad los edificios, y es por ello que los radios portátiles funcionan en interiores. El problema principal al usar bandas para comunicación de datos es su ancho de banda bajo.

En las bandas HF y VHF, las ondas a nivel del suelo tienden a ser absorbidas por la tierra. Sin embargo, 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 se refractan y se envían de regreso a nuestro planeta. En ciertas condiciones atmosféricas, las señales pueden rebotar varias veces. Los operadores de radio aficionados usan estas bandas para conversar a larga distancia. Bandas de Frecuencias El espectro radioeléctrico se subdivide en 9 bandas de frecuencias de acuerdo con el siguiente cuadro: Frecuencia VLF LF MF HF

Banda 3 a 30 Khz 30 a 300 Khz 300 a 3000 Khz 3 a 30 Mhz

VHF UHF SHF EHF -

30 a 300 Mhz 300 a 3000 Mhz 3 a 30 Ghz 30 a 300 Ghz 300 a 3000 Ghz

Observación Ondas superficiales Ondas superficiales Ondas superficiales, radio AM Radioaficionados, comunicación de larga distancia en onda corta TV, FM TV Enlaces microondas Enlaces microondas Enlaces microondas

Tabla 3.3: Bandas de Frecuencias 3.5 Enlaces Microondas Por encima de los 100MHz las ondas viajan en línea recta y, por lo tanto, se pueden enfocar en un haz estrecho. Concentrar toda la energía en un haz pequeño con una antena parabólica (como el tan familiar plato de televisión por satélite) produce una relación señal a ruido mucho más alta, pero las antenas transmisora y receptora deben estar bien alineadas entre sí. Además, esta direccionalidad permite que varios transmisores alineados en una fila se comuniquen sin interferencia con varios receptores en fila, siempre y cuando se sigan algunas reglas de espaciado. A diferencia de las ondas de radio a frecuencias más bajas, las microondas no atraviesan bien los edificios. Además, aun cuando el haz puede estar bien enfocado en el transmisor, hay cierta divergencia en el espacio. Algunas ondas pueden refractarse en las capas atmosféricas más bajas y tardar un poco más en llegar que las

ondas directas. Las ondas diferidas pueden llegar fuera de fase con la onda directa y cancelar así la señal. Este efecto se llama desvanecimiento por múltiples trayectorias y con frecuencia es un problema serio que depende del clima y de la frecuencia. Algunos operadores mantienen 10% de sus canales inactivos como repuesto para activarlo cuando el desvanecimiento por múltiples trayectorias cancela en forma temporal alguna banda de frecuencia.

3.6 Enlaces Infrarrojos Las ondas infrarrojas y milimétricas no guiadas se usan mucho para la comunicación de corto alcance. Todos los controles remotos de los televisores, grabadoras de vídeo y estéreos utilizan comunicación infrarroja. Estos controles son relativamente dirreccionales, económicos y fáciles de construir, pero tienen un inconveniente importante: no atraviesan los objetos sólidos. Por otro lado, el hecho de que las ondas infrarrojas no atraviesen bien las paredes sólidas también es una ventaja. Esto significa que un sistema infrarrojo en un cuarto de un edificio no interferirá con un sistema similar en cuartos adyacentes. Por esta razón, la seguridad de estos sistemas contra el espionaje es mejor que la de los sistemas de radio. Además, no es necesario obtener licencia del gobierno para operar un sistema infrarrojo, en contraste con los sistemas de radio. La comunicación infrarroja tiene un uso limitado en el escritorio; por ejemplo, para conectar computadoras portátiles e impresoras y en sistemas de enlaces de corto alcance con línea a vista (enlace de transmisión en campus universitarios o entre edificios cercanos).

3.7 Enlaces Satelitales Los satélites de comunicaciones tienen algunas propiedades interesantes que los hacen atractivos para muchas aplicaciones. En su forma más simple, un satélite de comunicaciones se puede considerar como un enorme repetidor de microondas en el cielo. Contiene numerosos transpondedores, cada uno de los cuales se encarga de una parte del espectro, amplifica la señal entrante y a continuación la retransmite en otra frecuencia para evitar interferencia con la señal entrante.

Los haces pueden ser amplios y cubrir una fracción sustancial de la superficie de la tierra, o estrechos, y abarcar sólo algunos cientos de kilómetros de diámetro. Este modo de operación se conoce como de tubo doblado. De acuerdo con la ley de Kepler, el periodo orbital de un satélite varía según el radio de la órbita a la 3/2 potencia. Entre más alto esté el satélite, más largo es el periodo. Cerca de la superficie de la tierra, el periodo es de aproximadamente 90 minutos. En consecuencia, los satélites con órbitas bajas desaparecen de la vista con bastante rapidez, aunque algunos de ellos son necesarios para proporcionar una cobertura continua. A una altitud de cerca de 35.800km, el periodo es de 24 horas. El periodo de un satélite es importante, aunque no es el único punto para determinar dónde colocarlo. Otro aspecto es la presencia de los cinturones de Van Allen, capas de partículas altamente cargadas de energía, atrapadas por el campo magnético de la tierra. Cualquier satélite que vuele dentro de ellas sería destruido rápidamente por las partículas con una alta carga de energía. Del análisis de estos factores resulta que hay tres regiones para colocar con seguridad los satélites. Tipo GEO (Orbita Terrestre Geostacionaria) Ej: VSAT MEO (Orbita Terrestre Media) Ej: Sistema GPS. LEO (Orbita Terrestre Baja) Ej: Iridium, Globalstar, Teledesic

Latencia [ms] 270

Sátelites necesarios 3

35-85

1-7

Tabla 3.4: Tipos de Satélites Banda

Enlace ascendente 1.6 Ghz

BW [Mhz]

Enlace descendente 1.5 Ghz

1.9 Ghz

2.2 Ghz

70 Mhz

4.0 Ghz

6.0 Ghz

500 Mhz

Ku Ka

11 Ghz 20 Ghz

14 Ghz 30 Ghz

500 Mhz 3500 Mhz

15 Mhz

Problemas Bajo ancho de banda, saturada. Bajo ancho de banda, saturada. Interferencia terrestre. Lluvias. Lluvia, costo equipos.

Tabla 3.5: Bandas Satelitales

Un avance reciente en el mundo de los satélites de comunicaciones es el desarrollo de microestaciones de bajo costo, llamadas VSATs (Terminales de Apertura Muy Pequeñas). VSAT (Very Small Aperture Terminal), el término se refiere a cualquier terminal fijo de acceso satelital que es usado para proveer comunicación interactiva o de solo recepción. Estos terminales se conectan a un HUB central a través del satélite. El radio de las antenas en tierra varía desde los 0.6 hasta los 3.8 mts de longitud. VSAT permite transportar cualquier tipo de información; voz, data, video, Internet y soluciones VPN (Virtual Private Network) de Red privada virtual. VSAT opera en dos frecuencias básicamente Ku – band y C – band.  Las redes basadas en Ku-band son usadas principalmente en Europa y Norteamérica.  Las redes que emplean C-band son utilizadas ampliamente en Asia, África y Latinoamérica. Algunas de las aplicaciones de VSAT: Sólo Recepción Transmisión y Recepción Transmisión de noticias y de Transacciones de computadora información bursátil. interactivas. Educación a Distancia. Internet. Presentación de nuevos productos Video teleconferencia en localidades apartadas. Actualización de información Consultas en Bases de Datos referente a precios y catálogos de insumos. Distribución de TV. Y de video Transacciones de Cajeros Automáticos. Distribución de música en tiendas Procesos de control remoto y espacios abiertos. distribuidos y telemetría.

VSAT Punto a Punto (SCPC) El sistema Single Carrier Per Channel o SCPC es usado en la actualidad para la distribución económica de datos, audio y vídeo, así como también para las comunicaciones de audio y vídeo full duplex o de dos vías. En un sistema SCPC, la data de un usuario es transmitida al satélite a través de una portadora sencilla. El satélite recibe la señal de 50

cualquier ubicación y provee conectividad con otra ubicación en tierra sin administrar la conexión. SCPC obtuvo su nombre de la tecnología analógica original que permitía un sólo portadora por canal, hoy día es posible multiplexar varias portadoras de datos en un sólo canal, por medio de la tecnología digital. Por ejemplo, dos estaciones terrestres transmitiendo portadoras a 64 Kbps pudieran proveer a varios circuitos telefónicos comprimidos así como el intercambio de datos a baja velocidad, todo ello simultáneamente. Estos Sistemas satelitales SCPC son comparables con sistemas de canal dedicado TDM, ya que este servicio sube un portadora independiente por cada cliente y su ancho de banda es solo utilizado por el. El sistema generalmente cuenta con una mini-estación terrena con una antena de 2.4 mts de diámetro, un LNC/BUC de 5 Watts, un CPE (router). DIAGRAMA GENERAL DE SOLUCIÓN SATELITAL DEL TIPO SCPC (SINGLE CARRIER PER CHANNEL)

Antena Intelsat 705@310E Transponder 92/92

LNB DRO

Antena

BUC 5 Watts

MODEM

Etapa RX

HPA

LNA

Antena

Etapa TX

Adaptador de Voz

ROUTER

Teléfono RED LAN

Down Converter

LNB DRO 422

BUC 5 Watts Solución Opción 2

V.3 5/ RS

MODEM Satelital

Up Converter

ROUTER MODEM

V.35 / RS 422

Ethernet ROUTER

RED NOKIA O GDC TELMEX

RED IP TELMEX

RED LAN

Solución Opción 1

Página 1

Figura 3.9: Sistema VSAT (SCPC)

CAPITULO IV: REDES DE CONMUTACIÓN 4.1 Introducción a la Conmutación Se pueden distinguir 3 tipos de técnicas de conmutación diferentes: Conmutación de Circuitos, Conmutación de Mensajes y Conmutación de Paquetes, tal como se muestra en la figura adjunta.

Figura 4.1: (a) Conmutación de circuitos; (b) Conmutación de mensajes; (c) Conmutación de paquetes 4.2 Conmutación de Circuitos Cuando se realiza una llamada telefónica en el sistema telefónico tradicional (PSTN), el equipo de conmutación del sistema telefónico busca una trayectoria física que vaya desde el teléfono emisor al teléfono receptor. La característica principal de la conmutación de circuitos es la necesidad de establecer una trayectoria de extremo a extremo antes de que se pueda enviar cualquier información. Una de las ventajas de establecer una trayectoria es que no hay peligro de congestión, es decir, una vez que la llamada entra, no hay posibilidad de obtener una señal de ocupado. 52

PSTN (Red Telefónica Pública Conmutada) La red telefónica pública conmutada (PSTN, Public Switched Telephone Network) es una red con conmutación de circuitos tradicional optimizada para comunicaciones de voz en tiempo real. Cuando llama a alguien, cierra un conmutador al marcar y establece así un circuito con el receptor de la llamada. La PSTN garantiza la calidad del servicio (QoS) al dedicar el circuito a la llamada hasta que se cuelga el teléfono. Independientemente de si los participantes en la llamada están hablando o en silencio, seguirán utilizando el mismo circuito hasta que la persona que llama cuelgue. La Red Telefónica Conmutada es una red de comunicación diseñada primordialmente para la transmisión de voz, aunque pueda también transportar datos, por ejemplo en el caso del fax o de la conexión a Internet a través de un módem. Muchas tecnologías de acceso remoto usan la PSTN como acceso básico, como es el caso de los módems, ISDN y xDSL, que serán descritas en mayor profundidad más adelante. La necesidad de establecer la comunicación entre usuarios, ya sea de forma local o distante, hace que en las centrales telefónicas se introduzcan las funciones de conexión entre circuitos, para establecer un camino por el que se transmita la información. En las centrales telefónicas es donde se establece el camino físico que debe seguir la señal transmitida, mediante la aplicación de las técnicas de conmutación vistas anteriormente. Las primeras conexiones se realizaban manualmente a través de operadoras, utilizando clavijas y conectores, hasta que Strowger diseñó el primer sistema de conmutación mecánico automático, denominado Rotary, instalándose en España a partir de 1926. Este sistema efectúa movimientos de rotación, realizando la conmutación de circuitos por medio de grupos de contactos mecánicos situados en diferentes niveles. Posteriormente, Betulander diseñó los sistemas de conmutación de barras cruzadas, que utiliza relés electromecánicos y se caracteriza por poseer un sistema de control que es independiente del de conmutación, lo que permite utilizarlo para otras conexiones entre terminales una vez se ha establecido la comunicación demandada. Finalmente, fue Vaughan quien diseñó los primeros sistemas electrónicos de conmutación (PBX) basados en transistores y dotados de un órgano central de control, en el que se sustituye la lógica

cableada por procesadores en los que se introduce, programas informáticos, que gestionan la conexión y desconexión de circuitos en función de distintas variables. Actualmente son conmutadores digitales, que actúan como nodos inteligentes gestionando la información adicional que se introduce en la propia comunicación para aprovechar al máximo las posibilidades de una red telefónica.

Figura 4.2: Conmutación digital Los interfaces permiten conectar el sistema de conmutación con el exterior y están formados por líneas de abonado analógicas y digitales, enlaces de conexión, etc. Otros elementos internos soportan un conjunto de funciones diversas, como emisores y receptores de tono, señales para líneas, etc. Transmisión Digital Se refiere al conjunto de operaciones y dispositivos que es necesario utilizar para la transmisión de señales eléctricas digitales desde un punto a otro distante. En el caso de utilizar un terminal telefónico de tecnología analógica, habrá que convertir esta señal a digital para poder realizar la transmisión utilizando medios de transmisión de mayor capacidad.

Esta operación la realiza el interfaz de línea y genera una cadena de bits, que dan lugar a las palabras digitales con las propiedades deseadas. Si se utiliza un Terminal inteligente, como un ordenador por ejemplo, el propio terminal genera la señal eléctrica digital necesaria para la transmisión.

Figura 4.3: Proceso de conversión analógico digital La señal analógica se muestrea, obteniendo las denominadas muestras PAM (Pulse Amplitud Modulation) y, a continuación, se cuantifica, de forma que se obtengan un número finito de valores de la señal. En el caso de telefonía vocal, las señales a transmitir tienen un ancho de banda de 3 KHz y se toma una frecuencia de muestreo de 8 KHz, lo que supone que se produce una muestra cada 125 microseg. Posteriormente, cada uno de estos valores finitos se codifica con 8 bits para obtener la palabra binaria que contiene la información de la señal analógica original. Este proceso lo realizan circuitos especializados denominados conversores analógico/digitales (A/D). Si las muestras de la señal analógica se obtienen con una cadencia de 125 microseg, resulta que el canal de transmisión sólo estará ocupado en esos instantes, dejando espacios desocupados que pueden ser utilizados para introducir información de muestras de otras señales distintas. Se denomina Multiplexación Temporal al proceso por el cual se generan las señales eléctricas digitales en un formato adecuado para su transmisión, de tal forma que el receptor sea capaz de recuperar la información de la señal original. La modulación por impulsos codificados (MIC o PCM, en inglés) es la técnica de modulación de señales más utilizada para la transmisión de varias señales multiplexadas en el tiempo.

El formato de trama normalizado por la CCI1T para telefonía es el MIC 30+2, que puede soportar 30 canales de ancho de banda vocal más 2 canales de control y señalización. Las palabras binarias contenidas en cada canal se representan con 8 bits, por lo que cada trama estará compuesta por 256 bits y contendrá una y sólo una muestra de cada una de las señales que estén compartiendo el medio de transmisión. De esta manera, cada trama se repetirá cada 125 microseg coincidiendo el final de una de ellas con el principio de la siguiente.

Figura 4.4: Trama MIC Los únicos canales que no llevan información de la señal original son los canales 0, 16 y 30 que se utilizan respectivamente para sincronismo, señalización y como canal de datos o conversación. El canal 0 transmite una marca de sincronismo que envía al receptor y cuando éste la detecta, sólo tiene que hacer cuentas de 8 bits para acceder al canal de información deseado. El canal 16 se utiliza para enviar información de señalización asociada a cada uno de los canales de la trama, tal como el número del abonado de destino, el estado del abonado, etc. Como esta información varía relativamente poco durante una comunicación, se ha convenido en enviarla una vez cada 16 tramas. Por esta razón, es necesario introducir un nuevo nivel de sincronismo multitrama, que permita detectar el principio de las 16 tramas que componen cada multitrama. 56

La velocidad de transmisión de un sistema MIC 30+2 será, por tanto: 8 bits x 32 canales x 1/125 microseg = 2.048 Mbps. En el receptor, una vez se ha establecido la comunicación, hay que realizar el proceso contrario con el fin de obtener la señal analógica original, es decir, hay que obtener las muestras PAM a partir de las palabras binarias. Primero, será necesario demultiplexar la señal y extraer las muestras ordenadas de cada señal, decodificarlas y asignar a cada palabra binaria una muestra PAM. De esta forma se irá conformando una señal en forma de escalera que, al hacerla pasar por un filtro pasabajo, permitirá que se recupere la señal original.

Figura 4.5: Jerarquía de multiplexación La multiplexación temporal puede realizarse en distintos niveles, dando lugar a un máximo de 7.680 canales de voz multiplexados para el quinto nivel. Otra operación muy importante en la transmisión digital es la regeneración. La señal eléctrica digital transmitida por la línea se va atenuando y deformando a lo largo de la misma, de tal manera que si el centro distante está lo suficientemente alejado, los impulsos podrían llegar al mismo totalmente irreconocibles. Por ello, es necesario restaurar la forma de los impulsos cuando han alcanzado un cierto grado de deformación. Esta restauración o regeneración se efectúa en los repetidores regenerativos o regeneradores de señal.

4.3 Conmutación de Mensajes Una técnica de conmutación poco común es la conmutación de mensajes. Cuando se usa esta forma de conmutación, no se establece por adelantado una trayectoria fija entre emisor y receptor. En cambio cuando el emisor tiene un bloque de datos para enviar, éste se almacena en la primera oficina de conmutación y después se reenvía (un salto a la vez). Cada bloque se recibe en su totalidad, se inspecciona en busca de errores y después se retransmite. Una red que utiliza esta técnica se conoce como red store and forward. Los primeros sistemas de telecomunicación electromecánicos usaban conmutación de mensajes para enviar telegramas. 4.4 Conmutación de Paquetes Las redes de conmutación de paquetes establecen un límite superior al tamaño del bloque, lo que permite almacenar los paquetes en la memoria principal del enrutador (buffer). Al asegurarse de que ningún usuario pueda monopolizar una línea de transmisión durante mucho tiempo, las redes de conmutación de paquetes pueden manejar tráfico interactivo. Las redes de computadoras por lo general son de conmutación de paquetes. La conmutación de paquetes no requiere un establecimiento previo, no hay trayectoria. El primer paquete se puede enviar tan pronto esté disponible y diferentes paquetes pueden seguir trayectorias distintas. La conmutación de paquetes puede realizarse utilizando dos técnicas diferentes, en función del volumen de información que debe ser transmitido: 

Datagrama



Circuito Virtual

En el modo Datagrama, cada paquete lleva información necesaria para su enrutamiento, por lo que cada uno es tratado como una llamada individual y el nodo puede realizar su encaminamiento por rutas diferentes, dependiendo de los recursos que estén disponibles en cada momento o del camino más adecuado. En el modo Circuito Virtual, se establece un camino a lo largo de la red entre los terminales, a través del cual se enrutan todos los paquetes que forman parte de la comunicación. Este modo es especialmente útil cuando el volumen de la comunicación es elevado,

como, por ejemplo, en comunicaciones entre organismos oficiales o grandes empresas. En la actualidad, es necesario que existan sistemas de conmutación que soporten ambas técnicas, siendo capaces de determinar la más adecuada para cada caso. Elemento Establecimiento de llamada Trayectoria física detallada Cada paquete puede seguir la misma trayectoria Los paquetes llegan en orden Ancho de banda disponible Cuándo puede haber congestión

Conmutación de Circuitos Requerido

Conmutación de Paquetes No es necesario

Fijo

Dinámico

Durante el establecimiento de la llamada Si

En cada paquete

Ancho de banda No potencialmente desperdiciado Tabla 4.1: Tabla Comparativa Conmutación de Circuitos v/s Paquetes

Figura 4.6: (a) Conmutación de circuitos; (b) Conmutación de paquetes 59

A continuación se describen en detalle dos tecnologías que utilizan el concepto de conmutación de paquetes: Frame Relay y ATM Frame Relay Es un servicio de transmisión de voz y datos a alta velocidad que permite la interconexión de redes de área local separadas geográficamente a un costo menor. Es una forma simplificada de tecnología de conmutación de paquetes que transmite una variedad de tamaños de marcos (“frames”) para datos, perfecto para la transmisión de grandes cantidades de datos. Ofrece mayores velocidades y rendimiento, a la vez que provee la eficiencia de ancho de banda que viene como resultado de los múltiples circuitos virtuales que comparten un puerto de una sola línea. Los servicios de Frame Relay son confiables y de alto rendimiento. Son un método económico de enviar datos, convirtiéndolo en una alternativa a las líneas dedicadas. El Frame Relay es ideal para usuarios que necesitan una conexión de mediana o alta velocidad para mantener un tráfico de datos entre localidades múltiples y distantes (hasta 2 Mbps). Frame Relay proporciona conexiones entre usuarios a través de una red pública, del mismo modo que lo haría una red privada punto a punto, esto quiere decir que es orientado a la conexión. Las conexiones pueden ser del tipo permanente, (PVC, Permanent Virtual Circuit) o conmutadas (SVC, Switched Virtual Circuit). La gran ventaja de los circuitos permanentes es la de reemplazar las líneas privadas por un sólo enlace a la red. El uso de conexiones implica que los nodos de la red son conmutadores, y las tramas deben de llegar ordenadas al destinatario, ya que todas siguen el mismo camino a través de la red, puede manejar tanto tráfico de datos como de voz. Al contratar un servicio Frame Relay, contratamos un ancho de banda determinado en un tiempo determinado. A este ancho de banda se le conoce como CIR (Commited Information Rate). Esta velocidad, surge de la división de Bc (Committed Burst), entre Tc (el intervalo de tiempo). No obstante, una de las características de Frame Relay es su capacidad para adaptarse a las necesidades de las aplicaciones, pudiendo usar una mayor velocidad de la contratada en momentos puntuales, adaptándose muy bien al tráfico en ráfagas, pero en media en el intervalo Tc no deberá superarse la cantidad estipulada Bc. Estos Bc bits, serán enviados de forma transparente. No obstante, cabe la posibilidad de transmitir por encima del CIR contratado,

mediante los Be (Excess Burst). Estos datos que superan lo contratado, serán enviados en modo best-effort, activándose el bit DE de estas tramas, con lo que serán las primeras en ser descartadas en caso de congestión en algún nodo.

Figura 4.7: CIR y EIR Como se observa en la figura, los bits que superen la cantidad de Bc+Be en el intervalo, serán descartados directamente sin llegar a entrar en la red. Para realizar control de congestión de la red, Frame Relay activa unos bits, que se llaman FECN (forward explicit congestion notification), BECN (backward explicit congestion notification) y DE (Discard Eligibility). FECN se activa, o lo que es lo mismo, se pone en 1, cuando hay congestión en el mismo sentido que va el cuadro. BECN se activa cuando hay congestión en el sentido opuesto a la transmisión. DE igual a 1 indica que la trama será descartable en cuanto haya congestión. En cada nodo hay un gestor de tramas, que decide, en caso de congestión, a quien notificar, si es leve avisa a las estaciones que generan más tráfico, si es severa le avisa a todos. Por otro lado, no lleva a cabo ningún tipo de control de errores o flujo, ya que delega ese tipo de responsabilidades en capas superiores, obteniendo como resultado una notable reducción del tráfico en la red, aumentando significativamente su rendimiento. Esta 61

delegación de responsabilidades también conlleva otra consecuencia, y es la reducción del tamaño de su cabecera (un menor overhead) consiguiendo de nuevo una mayor eficiencia. Esta delegación de control de errores en capas superiores es debido a que Frame Relay trabaja bajo redes digitales en las cuales la probabilidad de error es muy baja. ATM Un tipo de red orientada a la conexión es ATM (Modo de Transferencia Asíncrona). La razón de este nombre se debe a que en el sistema telefónico la mayor parte de la transmisión es síncrona. Es una tecnología de telecomunicación desarrollada para hacer frente a la gran demanda de capacidad de transmisión para servicios y aplicaciones. Con esta tecnología, a fin de aprovechar al máximo la capacidad de los sistemas de transmisión, sean estos de cable o radioeléctricos, la información no es transmitida y conmutada a través de canales asignados en permanencia, sino en forma de cortos paquetes (celdas ATM) de longitud constante y que pueden ser enrutadas individualmente mediante el uso de los denominados canales virtuales y trayectos virtuales.

Figura 4.8: Diagrama simplificado del proceso ATM En la figura se ilustra la forma en que diferentes flujos de información, de características distintas en cuanto a velocidad y formato, son agrupados en el denominado Módulo ATM para ser transportados mediante grandes enlaces de transmisión a velocidades 62

(bit rate) de 155 o 600 Mbit/s facilitados generalmente por sistemas SDH. Cada celda ATM consta de 53 bytes por una curiosa razón: los americanos proponían celdas de 64 bytes, mientras que los europeos lo hacían de 32. Y es que los primeros poseían una infraestructura de redes de mayor calidad, por lo que finalmente se acordó un término medio de 48 bytes (de información del usuario) a los que se añadieron 5 más de cabecera (información de control). El resultado es una celda demasiado grande para voz y demasiado pequeña para datos, aparte de no encajar bien en un solo marco B-ISDN, aunque el estándar funciona actualmente. En el terminal transmisor, la información es escrita byte a byte en el campo de información de usuario de la celda y a continuación se le añade la cabecera. En el extremo distante, el receptor extrae la información, también byte a byte, de las celdas entrantes y de acuerdo con la información de cabecera, la envía donde ésta le indique, pudiendo ser un equipo terminal u otro módulo ATM para ser encaminada a otro destino. En caso de haber más de un camino entre los puntos de origen y destino, no todas las celdas enviadas durante el tiempo de conexión de un usuario serán necesariamente encaminadas por la misma ruta, ya que en ATM todas las conexiones funcionan sobre una base virtual. El estándar define el protocolo orientado a conexión que las transmite y dos tipos de formato de celda: 

NNI (Network to Network Interface o interfaz red a red);



UNI (User to Network Interface o interfaz usuario a red), siendo este último el más utilizado.

GFC

VPI

VCI VCI

VCI

PTI

CLP

HEC

Información de usuario 48 octetos Figura 4.9: Diagrama de una celda UNI

Campos 

GFC (Control de Flujo Genérico, Generic Flow Control, 4 bits): El estándar originariamente reservó el campo GFC para labores de gestión de tráfico, pero en la práctica no es utilizado. Las celdas NNI lo emplean para extender el campo VPI a 12 bits.



VPI (Identificador de Ruta Virtual, Virtual Path Identifier, 8 bits) y VCI (Identificador de Circuito Virtual, Virtual Circuit Identifier, 16 bits): identifican la ruta y canal virtuales de la celda.



PTI (Tipo de Información de Usuario, Payload type, 3 bits): identifica el tipo de datos de la celda (de datos o de control).



CLP (Prioridad, Cell Loss Priority, 1 bit): identifica el nivel de prioridad de la celda.



HEC (Corrección de Error de Cabecera, Header Error Correction, 8 bits): contiene un código de detección de error que sólo cubre la cabecera (no la información de usuario), y que permite detectar un buen número de errores múltiples y corregir errores simples.

Perspectiva Futura de la tecnología ATM El Modo de Transferencia Asíncrona fue la apuesta de la industria tradicional de las telecomunicaciones por las comunicaciones de banda ancha. Se planteó como herramienta para la construcción de redes de banda ancha (B-ISDN) basadas en conmutación de paquetes en vez de la tradicional conmutación de circuitos. El despliegue de la tecnología ATM no ha sido el esperado por sus promotores. Las velocidades para las que estaba pensada (hasta 622 Mbps) han sido rápidamente superadas; no está claro que ATM sea la opción más adecuada para las redes actuales y futuras, de velocidades del orden del gigabit. ATM se ha encontrado con la competencia de las tecnologías provenientes de la industria de la Informática, que con proyectos tales como la VoIP parece que ofrecen las mejores perspectivas de futuro. En la actualidad, ATM es ampliamente utilizado allá donde se necesita dar soporte a velocidades moderadas, como es el caso de la ADSL, aunque la tendencia es sustituir esta tecnología por otras como Ethernet que esta basada en tramas de datos.

CAPITULO V: TECNOLOGÍAS DE ACCESO REMOTO 5.1 Módems El módem es un dispositivo que sirve para adaptar la señal digital, procedente de un terminal de datos (DTE), al medio de transmisión analógico que es la red telefónica pública (PSTN) mediante un proceso de modulación/demodulación. Por lo tanto, las señales digitales binarias - ceros y unos - se transmiten como si fuesen vocales, dentro del ancho de banda entre 300 y 3.400 Hz que ofrece un canal telefónico, realizándose la transformación contraria en el otro extremo. Los módems proveen un servicio de acceso remoto en capa 1 entregando paquetes de datos de un extremo a otro mediante un circuito conmutado. Para el paso de tráfico IP, un protocolo de enlace de datos apropiado es el PPP. Una de las desventajas de los módems incluyen su relativa baja velocidad y el hecho que no se puede usar el teléfono y enviar datos a la vez. A continuación se muestra una tabla con los principales tipos de módems utilizados: Standard

Velocidad

V.22

1200 bps (600 baud)

V.22 bis

2400 bps (600 baud)

V.32 V.32 bis

4800/9600 bps (2400 baud) 14.4 Kbps (2400 baud)

V.34

28.8 Kbps

V.42

28.8 Kbps

V.90

56 Kbps (downstream), 33 Kbps (upstream) 56 Kbps (downstream), 33 Kbps (upstream) o 48 Kbps en ambas direcciones

V.92

Tabla 5.1: Módems Standard

MODEM banda base En las comunicaciones donde no existen limitaciones de ancho de banda, por ejemplo en redes de área local o en comunicaciones punto a punto de corta distancia, resulta ventajoso transmitir los datos en forma digital, sin convertir las señales digitales procedentes del ordenador en señales analógicas. Para llevar a cabo estas transmisiones, se utilizan unos equipos que, a pesar de no realizar una modulación y demodulación, se siguen llamando módems, en este caso se les llama módems de banda base. Los módems de banda base no realizan una modulación, pero sí una codificación de la señal. 12.1. CÓDIGO NRZ POLAR El sistema más simple para eliminar la corriente continua residual consiste en utilizar el llamado código NRZ polar. Este código se basa en representar las informaciones 0 con valores de tensión negativos, y las informaciones I con valores de tensión positivos. Este sistema, aunque supone una mejora sobre el sistema NRZ unipolar, sin embargo tiene el inconveniente de que concentra la mayor parte de la energía de la señal transmitida alrededor de la frecuencia cero. Existe una variación del código NRZ polar llamada bipolar, o AMI (con inversión alterna de marcas), que consiste en transmitir las informaciones 0 con niveles de cero de tensión e ir alternando la representación de las informaciones 1 a niveles positivos y negativos de tensión. En cualquier caso, el inconveniente de los dos sistemas anteriores es que no garantizan que no se produzcan largas cadenas de ceros sin que haya los suficientes cambios de estado para asegurar la sincronización. 12.2. CÓDIGO BIFASE Con este código, también llamado difase o Manchester, se asegura la, sincronización al dividir cada bit de información en dos estados. Si la información a transmitir es un 0, se transmiten los estados 01, y si la información a transmitir es un 1, se transmiten los estados 10. Con la utilización del código bifase se solucionan tanto el problema de las corrientes continuas residuales, al utilizarse tensiones positivas y negativas para cada bit, como el de la sincronización, al asegurarse un cambio de estado por cada bit. No obstante, tiene la particularidad de que duplica el ancho de banda necesario. En la practica, la codificación bifase es utilizada, por ejemplo, en las redes de área local ethernet o en las tecnologías de comunicaciones relacionadas con la luz (fibra Optica). 66

12.3. CÓDIGO BIFASE DIFERENCIAL El uso más generalizado de la codificación bifase se da con la llamada codificación bifase diferencial. Este método se basa, igual que en el caso anterior, en codificar dos bits en transmisión por cada bit de información, sin embargo las correspondencias no son fijas, sino que siguen estas reglas: - Si el bit de información es un 0, el dibit resultante se construye de forma que el primer bit sigue el mismo estado que el segundo bit del dibit anterior. - Si el bit de información es un 1, el dibit resultante se construye de forma que el primer bit tendrá un estado contrario al del segundo bit del dibit anterior. Este sistema se suele emplear para la transmisión de datos hasta 64 kbps con cables que no superan los 5 kilómetros de distancia, o a 9600 bps con cables de hasta 15 kilómetros.

FIGURA 5.1: Tipos de Codificación

5.2 RDSI La red telefónica básica ha ido soportando cambios a lo largo del tiempo, tanto en su estructura como en la tecnología utilizada en el tratamiento de las señales telefónicas que intervienen en el proceso de comunicación. El gran avance que supuso en telefonía la introducción de técnicas digitales de conmutación y modulación en la red telefónica, hizo que la red evolucionara hacia la Red Digital de Servicios Integrados (RDSI). La Red Digital de Servicios Integrados (RDSI) trata de integrar en una única red de comunicaciones digitales todas las redes y servicios que, actualmente, se están prestando en las distintas redes de comunicaciones que coexisten en un mismo entorno, conectando todas ellas entre sí mediante sistemas de adaptación adecuados. La RDSI procede, por tanto, de la evolución de la red digital telefónica, y proporciona conexiones digitales de extremo a extremo, soportando una amplia gama de servicios, tanto de voz como de otros tipos, ya la que los usuarios acceden a través de un conjunto definido de interfaces normalizados. En la RDSI el usuario puede acceder a la red mediante unas configuraciones de referencias, denominadas acceso básico y acceso primario, en las que se definen distintas posiciones de acceso, identificadas como elementos de conexión de los equipos a la red o entre ellos, y que se pueden clasificar en dos grupos según la función que realizan dentro de la configuración de referencia: A. Grupos funcionales. - Son un conjunto de equipos que se utilizan para el acceso de usuario a la red y realizan funciones de terminales o de conexión y adaptación de los mismos a la instalación de acceso. B. Puntos de referencia. - Son puntos que representan la conexión física ó virtual de los terminales entre sí o a la red y realizan funciones de interface de línea.

FIGURA 5.2: Grupos Funcionales y Puntos de Referencia ISDN El conjunto de grupos funcionales y puntos de referencia que conforman el acceso de usuario a la red se definen de la siguiente manera: · Equipos terminales tipo 1 (ET1). - Son aquellos terminales de usuario que pueden conectarse directamente a la red mediante el interface universal o punto de referencia. · Equipos terminales tipo 2 (ET2). - Son terminales analógicos o, en general, aquellos terminales que no han sido diseñados para trabajar con la RDSI, por lo que necesitan un adaptador de terminal al que se conectan mediante el punto de referencia R, que en este caso representa a los interfaces convencionales. · Adaptador de terminal (AT).- Realiza las funciones de adaptación de velocidad a 64 Kbps, señalización, multiplexación de señales de menor velocidad, etc., de las señales telefónicas entre los puntos de referencia R y S, permitiendo la conexión del grupo de terminales ET2 a la instalación de usuario. Algunos ejemplos de AT son la tarjeta adaptadora RDSI para ordenadores, el adaptador analógico a/b, y los adaptadores X-25. · Terminación de red (TR2). - Realiza funciones de control de usuario, como la conmutación del trafico interno, el tratamiento de la señalización, la concentración y encaminamiento de tráfico hacia el exterior, etc. En instalaciones sencillas puede no ser necesario y estar orientado a lo más accesos primarios. Algunos ejemplos de TR2 pueden ser las centralitas de abonado, los controladores de terminales o una red local. La conexión de los equipos terminales o del adaptador de terminal al mismo se realiza a través del punto de referecias, y la conexión con la línea de transmisión del acceso de usuario a través del punto de referencia T.

· Terminación de red (TR1). - Permite conectar las instalaciones del cliente (4 hilos) a la línea de transmisión del operador (2 hilos). Realiza funciones de Nivel Físico (Nivel1) en la red, como son la terminación de la línea de transmisión, la verificación del bucle de abonado, el control de errores, etc. Está ubicado en la propia casa del abonado y permite la conexión directa de 2 teléfonos analógicos. Cuando no existe TR2 se conecta a la instalación de abonado a través del punto de referencia T y mediante el punto de referencia U a la central local de la que depende el abonado. La RDSI permite el acceso por una única línea a todos los servicios, la conexión por conmutación de circuitos y de paquetes, varias comunicaciones simultáneas y con distinta capacidad e incorpora servicios de la red inteligente (RI). La transmisión es del tipo full-duplex y se realiza mediante canales digitales multiplexados por división en el tiempo. En las instalaciones de usuario pueden distinguirse 3 tipos de canales: · Canal tipo B. - Utiliza un ancho de banda de 64 Kbps y soporta tráfico de abonado de cualquier tipo, con multiplexación de señales de capacidad menor de 64 Kbps. También permite la comunicación por conmutación de circuitos y paquetes y circuitos semipermanentes (línea dedicada). · Canal tipo D. - Es un canal de menor capacidad que el canal B. Se utiliza para anchos de banda de 16 Kbps o 64 Kbps, dependiendo del tipo de acceso. Permite el intercambio de paquetes entre el usuario y la central y la señalización para el establecimiento, mantenimiento y liberación de la llamada. · Canal tipo H. - Se utiliza para dar servicios con ancho de banda mayor de 64 Kbps. Existen dos tipos de canales H según su capacidad, un canal H0 de 384 Kbps y otro canal H12 de 1.290 Kbps. Soporta la multiplexación de señales de alta capacidad y se utiliza para transportar señales de datos, audio y vídeo de alta velocidad. Estos canales se pueden agrupar para configurar el acceso de abonado en dos modalidades principales: · Acceso básico (2B+D).- Está compuesto por canales 8 full-duplex y consta de dos canales B, con un ancho de banda total de 128 Kbps para transporte de información y un canal D de 16 Kbps para la señalización y conmutación de paquetes. El enlace con la central de abonado está soportado físicamente por el bucle de abonado tradicional de dos hilos y conectado a la instalación de usuario mediante el equipo de terminación de red TR1. La instalación de usuario utiliza cuatro hilos, dos para la transmisión y dos para la 70

recepción, con una velocidad binaria de 192 Kbps, a la que hay que añadir 48 Kbps de la línea de control y sincronismo. · Acceso primario (30B+D). - El enlace con la central de abonado se realiza utilizando tramas MIC 30+2, por lo que la velocidad binaria de transmisión es de 2 Mbps. En la instalación de usuario se disponen 30 canales del tipo B, con un total de 1.920 Kbps disponibles para la información, un canal tipo D de 64Kbps para la señalización y conmutación de paquetes y una línea de control y sincronismo de 64 Kbps. El bucle de abonado ya no puede ser el tradicional y necesita sustituirse por medios físicos de mayor capacidad, como los cables coaxiales, fibra óptica, radioenlaces, etc. Tipo Interface

Nº canales B

Nº canales D

Simbología

BRI 2 1 (16 Kbps) PRI (T1) * 23 1 (64 Kbps) PRI (E1) 30 1 (64 Kbps) * T1 es la norma americana y E1 corresponde a la norma

2B+D 23+D 30+D europea.

Tabla 5.2: Tipos de Accesos BRI y PRI 5.3 xDSL (Línea Digital de Suscriptor) El xDSL (Digital Suscriber Line) se desarrolló después de que los ingenieros en telefonía descubrieran que las líneas telefónicas de cobre tienen una alta capacidad para transmitir datos a frecuencias altas. La voz humana viaja a una frecuencia relativamente baja usando solamente una pequeña porción de la capacidad total de la red. La tecnología DSL es simplemente una forma de enviar datos a una frecuencia muy alta que no interfiera con las voces que viajan por la misma línea a una frecuencia más baja. El xDSL usa técnicas de modulación para transmitir voz y datos, y con ello ofrecer a clientes residenciales y empresas un mayor ancho de banda, aprovechando las líneas telefónicas existentes. Cuando se habla de xDSL se refiere a las diferentes variaciones de DSL, tales como: ADSL, HDSL, RADSL, etc. La tecnología DSL es capaz de ofrecer anchos de banda superiores a 6 Mbps (potencialmente hasta 8 Mbps).

Tabla 5.3: Resumen de Tecnologías xDSL Hoy en día el esfuerzo por parte de las empresas se concentra en poder ofrecer a sus clientes la tecnología ADSL (Asymetric Digital Suscriber Line) que ofrece transmisión de datos además del servicio telefónico. Mundialmente ADSL a crecido aceleradamente remplazando en algunas áreas la ISDN y poder competir con el cable módem que puede recibir datos a tasas de 1.5 Mbps y la tecnología inalámbrica de ancho de banda Wireless Local Loop (WLL) que puede suministrar aproximadamente 2 Mbps. La tecnología DSL requiere principalmente:    

Spliter de señal para separar la señal de voz y datos. Modem DSL que utiliza técnicas de modulación tales como: Discrete Multitone Technology (DMT), Carrierless Amplitude Modulation (CAP) y Multiple Virtual Line (MVL). Repetidores en la red cada 5.5 Km. Digital Subscriber Line Access Multiplexer (DSLAM) para interconectar varios usuarios de DSL.

5.4 Cable MODEM Un cable módem es un dispositivo que permite acceso a Internet a gran velocidad vía cable TV (CATV). Un cable módem tiene dos conexiones, uno por cable a la conexión de la pared y otro a la computadora (PC).

FIGURA 5.3: Instalación de Cable Módem Quienes han navegado por la Internet usando línea telefónica pueden entender que las conexiones son lentas, especialmente cuando bajamos fotografías, gráficos o imagénes de vídeo. La velocidad del cable modems varían ampliamente. En la dirección de bajada downstream (de la red a la computadora) la velocidad que puede alcanzar es de aproximadamente 36 Mbps. Pocas computadoras son capaces de conectarse a gran velocidad así una velocidad más real es entre 3 -10 Mbps. En la dirección de subida o upstream (de la computadora a la red) alcanza la velocidad de 10Mbps. Sin embargo diversos fabricantes de modems optan por una velocidad entre 200 Kbps y 2 Mbps. Para tener una idea de esta velocidad veamos el siguiente ejemplo: Un archivo que toma 8 minutos para bajar con un módem conectado a 28.800 bps, tomaría 2 minutos bajar en ISDN comparado con los 8 segundos por este medio.

Downstream Rate codificación QAM-64 y QAM-256 MCNS MAC y IEEE 802.2 LLC FDMA 30 a 40 Mbps Upstream Rate codificación QPSKy QAM-16 MCNS MAC y IEEE 802.2 LLC TDMA 320 Kbps a 10 Mbps

OSI Layer 1 OSI Layer 2 Multiplexación Velocidad OSI Layer 1 OSI Layer 2 Multiplexación Velocidad

Tabla 5.4: Downstream y Upstream en Cable Módem Comparación de Tecnologías de Acceso Remoto Característica Transporte ¿Soporta Velocidad simétrica? ¿Soporta Velocidad asimétrica? Rangos de velocidad Suporta IP y protocolos de capas superiores Permite voz y datos en forma simultánea Soporta Servicio Always on? Presenta problemas de distancia?

Módems analógicos PSTN si

ISDN

xDSL

Cable Módems

PSTN si

CATV cable no

56Kbps máx. si

64 Kbps x canal B si

56 Kbps a 2 Mbps si

320 Kbps a 40 Mbps si

Si, distancias variadas según tecnología xDSL

Tabla 5.5: Resumen de Tecnologías de Acceso Remoto

CAPITULO VI: COMUNICACIONES MÓVILES 6.1 Descripción General La telefonía móvil consiste en establecer una comunicación entre usuarios, cuando al menos uno de los terminales utilizados es móvil. Para ello es necesario que la transmisión se realice vía radio, utilizando a tal efecto la asignación de frecuencias determinada por la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT). El espectro de frecuencias o banda de frecuencia reservada para las comunicaciones va desde los 9 KHz hasta los 50 GHz y comprende todas las frecuencias asignadas a las transmisiones vía radio. Este aspecto implica que el espectro radioeléctrico sea un recurso limitado, por lo habrá que estudiar cómo se puede realizar el aprovechamiento máximo en función del servicio telefónico que se preste. Un sistema de comunicación móvil lo componen básicamente los siguientes elementos: · Terminales: Son los encargados de emitir y/o recibir la señal telefónica entre usuarios del servicio, actuando como estaciones móviles que se desplazan dentro del área de cobertura del sistema. · Estación base: Son elementos fijos del sistema y están constituidos por un conjunto de transceptores que cubren una determinada superficie denominada área de cobertura, dentro de la cual se realiza el análisis de la señal recibida del terminal y se efectúan operaciones de supervisión y control de la misma. Un sistema de estación base está constituido por un controlador de estación base de la cual dependen una o más estaciones base. · Central de conmutación móvil: Es una central encargada de todas las funciones de conmutación de las estaciones base situadas dentro de su área de cobertura, permitiendo la conexión con otras redes de telefonía públicas o privadas. También realiza funciones de asignación de recursos de radio y traspaso de llamadas en curso, cuando el terminal móvil se desplaza dentro de su zona de influencia. · Medio de transmisión: En principio, es el espectro radioeléctrico, aunque hay que considerar también la posibilidad de interconexión con otros medios de transmisión, como los de telefonía fija. Dado que la banda de frecuencias asignada para las comunicaciones móviles no es muy amplia, habrá que recurrir a la posibilidad de reutilizar las frecuencias dentro del área de cobertura, evitando que puedan interferirse entre ellas.

Capítulo

Figura 6.1: Arquitectura Básica de Red Celular Móvil Dentro de la telefonía móvil hay que distinguir dos grupos en función de la cobertura que ofrecen:  Sistemas de telefonía inalámbrica: Se utilizan para servicios de telefonía con área de cobertura limitada, generalmente en desplazamientos cortos de algunos centenares de metros. Son dispositivos que consisten en una estación base y un teléfono que se venden en conjunto para utilizarse dentro de una casa. Soportan servicios de uso residencial, telepunto y las nuevas aplicaciones del sistema DECT.  Sistemas de telefonía celular: Son de amplia cobertura y basan su funcionamiento en la reutilización de frecuencias y la división en células o celdas del área de cobertura. Soportan los servicios de telefonía móvil automática. Los teléfonos móviles han pasado por tres generaciones distintas, con tecnologías diferentes: 1. Voz analógica 2. Voz digital y algunas aplicaciones adicionales en baja velocidad como es mensajes de corto de texto y acceso a e-mail, pero hasta máximo 14.4 Kbps. 3. Voz y datos digitales (Internet, correo electrónico, incluso transmitir video por interfaz inalámbrica llegando hasta velocidad de 2 Mbps)

6.2 Teléfonos Móviles de Primera Generación Los radioteléfonos móviles se utilizaban de forma esporádica para comunicación marítima y militar durante las primeras décadas del siglo XX. Este sistema utilizaba un solo transmisor grande colocado en la parte superior de un edificio y tenía un solo canal que servía para enviar y recibir. Para hablar, el usuario tenía que oprimir un botón que habilitaba el transmisor e inhabilitaba el receptor. Tales sistemas, se instalaron en algunas ciudades desde finales de la década de 1950. El radio de la banda civil (CB), los taxis y las patrullas policiales en programas de televisión a veces usan esta tecnología. En la década de 1960 se instaló el IMTS (Sistema Mejorado de Telefonía Móvil). También utilizaba un transmisor de alta potencia (200watts), en cima de una colina, pero tenía dos frecuencias, una para enviar y otra para recibir, por lo que el botón de oprimir para hablar ya no era necesario. Puesto que toda la comunicación desde los teléfonos móviles entraba por un canal diferente del que recibían los teléfonos emisores, los usuarios móviles no podían escucharse unos a otros (a diferencia del sistema de oprimir para hablar empleado en taxis). IMTS manejaba 23 canales dispersos desde 150 hasta 450 MHz. Debido al número tan pequeño de canales, los usuarios a veces tenían que esperar bastante tiempo antes de obtener el tono de marcar. Además, debido a la gran potencia del transmisor en la cima de la colina, los sistemas adyacentes tenían que estar alejados varios cientos de kilómetros para evitar la interferencia. Considerando todo, el sistema no era práctico debido a su capacidad limitada. Todo cambió con AMPS (Sistema Avanzado de Telefonía Móvil), inventado por los laboratorios Bell e instalado por primera vez en Estados Unidos en 1982. Este sistema también se utilizó en Inglaterra, donde se llamó TACS, y en Japón, donde se llamó MCSL1. Aunque no es lo último en tecnología, lo analizaremos, pues muchas de sus propiedades fundamentales han sido heredadas por su sucesor digital, D-AMPS, con el fin de tener compatibilidad hacia atrás. Inicialmente, en los llamados sistemas de 1ª generación, la tecnología utilizada para realizar la comunicación era analógica, realizando la multiplexación por división de frecuencia para la transmisión de señales. En todos los sistemas de telefonía móvil, una región geográfica se divide en celdas, razón por la cual los dispositivos se conocen como teléfonos celulares. En AMPS, las celdas normalmente tienen de 10 a 77

20 km de diámetro; en los sistemas digitales, las celdas son más pequeñas. Cada celda utiliza un conjunto de frecuencias que no es utilizada por ninguno de sus vecinos. La idea clave que confiere a los sistemas celulares más capacidad que todos los sistemas anteriores es el uso de celdas relativamente pequeñas y la reutilización de las frecuencias de transmisión en celdas cercanas (pero no adyacentes). Mientras que un sistema IMTS de 100km de alcance puede tener una llamada en cada frecuencia, un sistema AMPS podría tener 100 celdas de 10 km en la misma área con 5 a 10 llamadas en cada frecuencia en celdas muy separadas. Por lo tanto, el diseño celular incrementa la capacidad del sistema en un orden de magnitud conforme las celdas se hacen más pequeñas en su área de cobertura. Además, al ser las celdas más pequeñas se necesita menor potencia, lo cual conduce a dispositivos más pequeños y económicos. Los teléfonos de bolsillo tienen una salida de 0.6 watts; los transmisores en los automóviles normalmente son de 3 watts el máximo permitido por FCC. En un área en la que la cantidad de usuarios ha crecido tanto que el sistema está sobrecargado, la potencia se reduce y las celdas sobrecargadas se dividen en microceldas para permitir una mayor reutilización de las frecuencias. En el centro de cada celda está la estación base a la cual transmiten todos los teléfonos de la celda. La estación base consiste en una computadora y un transmisor/receptor conectado a una antena. En un sistema pequeño, todas las estaciones base se conectan a un mismo dispositivo llamado MTSO (Oficina de Conmutación de Telefonía Móvil) ó MSC(Centro de Conmutación Móvil). En un sistema grande pueden ser necesarias varios MTSOs, las cuales se conectan a una MTSO de segundo nivel, y así sucesivamente. Las MTSOs son esencialmente oficinas centrales como en un sistema telefónico y, de hecho, están conectadas a por lo menos una oficina central del sistema telefónico. Las MTSOs se comunican con las estaciones base, con otras MTSs y con la PSTN mediante una red de conmutación de paquetes. En cualquier instante cada teléfono móvil está en una celda específica y bajo control de la- estación base esa celda. Cuando un teléfono móvil sale de una celda, su estación base nota que la señal telefónica se desvanece o pregunta a todas las estaciones base circundantes cuánta potencia están recibiendo de ella. A continuación, la estación base transfiere la posesión a la celda está recibiendo la señal más fuerte, esto es, la celda donde se localiza ahora el teléfono. Se informa entonces al teléfono cuál es su nueva base y, si está efectuando una llamada, se le pide que cambie a un nuevo canal 78

(porque el antiguo no se reutiliza en ninguna celda adyacente). Este proceso, llamado transferencia de celda (cell handoff), tarda cerca de 300mseg. La asignación de canal es realizada por MTSO, que es el centro neurálgico del sistema. Las estaciones base sólo son retransmisoras de radio. Las transferencias de celda pueden realizarse de dos maneras. En la transferencia suave de celda (soft handoff), el teléfono es adquirido mediante la nueva estación base antes de que Las primeras terminen. De esta manera, no hay pérdida de continuidad. La desventaja es que el teléfono necesita estar disponible para sintonizar dos frecuencias al mismo tiempo (la anterior y la nueva). Ni los dispositivos de primera generación ni los de segunda pueden hacer esto. En la transferencia dura de celda (hard handoff) la antigua estación base deja el teléfono antes de que la nueva lo adquiera. Si la nueva no puede adquirirlo (por ejemplo, debido a que no hay frecuencia disponible), la llamada se termina de manera abrupta. Los usuarios suelen notar esto, pero con el diseño actual es inevitable que suceda en ocasiones. El sistema AMPS emplea 832 canales dúplex, cada uno compuesto por un par de canales símplex. Hay 832 canales de transmisión símplex desde 824 hasta 849 MHz, y 832 canales de recepción símplex desde 869 hasta 894 MHz Cada uno de estos canales símplex es de 30 kHz de ancho; por lo tanto, AMPS usa FDM para separar los canales. En la banda de 800 MHz, las ondas de radio son de cerca de 40 cm de largo y viajan en línea recta; son absorbidas por árboles y plantas y rebotan en el suelo y los edificios. Es posible que una señal enviada por un teléfono móvil llegue a la estación base por una trayectoria directa, pero también con un pequeño retardo después de rebotar en el suelo o en un edificio. Esto puede producir un efecto de eco o de distorsión de la señal (desvanecimiento de múltiples trayectorias). A veces es posible incluso oír una conversación distante que ha rebotado varias veces. Los 832 canales se dividen en cuatro categorías: 1. Control (base a móvil) para administrar el sistema. 2. Localización (base a móvil). para avisar a usuarios móviles que tienen llamadas. 3. Acceso (bidireccional) para establecimientos de llamadas y asignación de canales. 4. Datos (bidireccional) para voz, fax o datos.

Veintiún canales se reservan para control, y están fijos dentro de un PROM en cada teléfono. Puesto que las mismas frecuencias no pueden reutilizarse en celdas cercanas, la cantidad real de canales de voz disponibles por células es de mucho menor que 832, normalmente cerca de 45. 6.3 Teléfonos Móviles de Segunda Generación La segunda generación de los teléfonos móviles es digital y en la actualidad hay 4 sistemas en uso: D-AMPS, GSM, CDMA y PDC. A continuación se analizarán los 3 primeros sistemas, ya que PDC sólo se utiliza en Japón. A menudo se utiliza el nombre de PCS (Personal Communication Services) para indicar el sistema de segunda generación móvil. D-AMPS La segunda generación de los sistemas AMPS es D-AMPS y es completamente digital. Muchos teléfonos D-AMPS pueden utilizar tanto las bandas de 850 Mhz como las de 1900 Mhz para obtener una gama más amplia de canales disponibles. GSM El sistema GSM utiliza la banda de los 890 a 915 MHz para los enlaces entre las estaciones móviles y las estaciones base (enlace ascendente), y la de 935 a 960 MHz para la comunicación entre estación base y estación móvil (enlace descendente). La separación entre portadoras es de 200 KHz, estableciéndose una banda de guarda de otros 200 KHz a cada lado de las bandas GSM. De esta manera se obtienen 124 canales posibles por portadora, con un ancho de banda de 25 KHz, lo que supone un total de 992 canales de tráfico disponible. La red GSM ha sido diseñada para ofrecer servicios compatibles con la red de servicios integrados (RDSI) y ofrece una gran variedad de servicios telefónicos avanzados, tales como la transmisión de datos (hasta 9.600 bps), facsímil del grupo III, correo electrónico y envío de mensajes cortos alfanuméricos. En el sistema de comunicación digital GSM es posible la interconexión a redes internacionales, gracias al roaming o itinerancia, que identifica al operador de telefonía de cada país, permitiendo la utilización de sus redes al tratarse de un sistema estándar compatible con todas ellas.

En lo referente a la confidencialidad de las comunicaciones, se han introducido importantes novedades respecto a los sistemas analógicos, como el empleo de tarjeta de usuario, que permite la verificación de la llamada, o el encriptado, que imposibilita que la conversación pueda ser escuchada por terceras personas. En la actualidad, el espectacular crecimiento de los sistemas celulares ha hecho resurgir el problema más importante en las comunicaciones móviles, la escasez de espectro radioeléctrico para planificar adecuadamente las transmisiones, principalmente en los núcleos urbanos, donde la concentración de terminales es elevada. Por esta razón, se impulsó una adaptación del sistema GSM a la banda de los 1.800 MHz, denominada GSM 1800, totalmente compatible con la de 900 MHz, dando paso a un nuevo tipo de terminales denominados duales, capaces de funcionar en ambos sistemas. CDMA CDMA (Acceso Múltiple por División de Código) es completamente diferente de AMPS, D-AMPS y GSM. En lugar de dividir el rango de frecuencias permitidas en algunos cientos de canales estrechos, CDMA permite que cada estación transmita todo el tiempo a través de todo el espectro de frecuencia y se utiliza la teoría de codificación para separar múltiples transmisiones simultáneas. CDMA no supone que las tramas que colisionan son totalmente distorsionadas. En su lugar, asume que se agregan múltiples señales en forma lineal. La clave de CDMA es tener la capacidad de extraer la señal deseada y rechazar todo lo demás como ruido aleatorio. En CDMA cada tiempo de bit se subdivide en m intervalos cortos llamados chips. Por lo general hay 64 ó 128 chips por bit. A cada estación se le asigna un código único de m bits llamado secuencia de chips. Para transmitir un bit 1, la estación envía su secuencia de chips. Para transmitir un bit 0, envía el complemento de 1 de su secuencia de chips. No se permiten otros patrones. Por lo tanto, por ejemplo para m=8, si la estación A se le asigna la secuencia de chips 00011011, envía un bit 1 mediante el envío de 00011011 y un bit 0 mediante el envío de 11100100. CDMA se describe en el Internacional Standard IS-95 y algunas veces se hace referencia a él mediante ese nombre. También se utiliza el nombre de CDMAOne.

6.4 Teléfonos Móviles de Tercera Generación La Telefonía Móvil de Tercera Generación (3G), se caracteriza por contener a la convergencia de voz y datos con acceso inalámbrico a Internet; en otras palabras, es apta para aplicaciones multimedia y altas transmisiones de datos. Los protocolos empleados en los sistemas 3G soportan altas velocidades de información y están enfocados para aplicaciones más allá de la voz como audio (mp3), video en movimiento, videoconferencia y acceso rápido a Internet, sólo por nombrar algunos. Estas redes 3G están operando desde fines del 2001 en Japón, por NTT DoCoMo. Asimismo, los sistemas 3G alcanzan velocidades de hasta 384 kbps, permitiendo una movilidad total a usuarios, viajando a 120 kilómetros por hora en ambientes exteriores. También alcanzará una velocidad máxima de 2 Mbps, permitiendo una movilidad limitada a usuarios, caminando a menos de 10 kilómetros por hora en ambientes estacionarios de corto alcance o en interiores. En 1992, la ITU creó y diseñó el standard IMT-2000 (Telecomunicaciones Móviles Internacionales) que proporcionaría a los usuarios los siguientes servicios: 1.2.3.4.-

Transmisión de alta calidad Mensajería Multimedia Acceso a Internet

Pero no se llegó a implementar por una falta de consenso a nivel internacional. Más tarde aparecieron las siguientes tecnologías para implementar la telefonía 3G: W-CDMA (CDMA de Banda Ancha) propuesta por Ericsson. Este sistema utiliza espectro disperso de secuencia directa. Se ejecuta en una banda ancha de 5 Mhz y se ha diseñado para interactuar con redes GSM aunque no tiene compatibilidad hacia atrás con GSM. Tiene la propiedad que el usuario puede salir de una celda W-CDMA y entrar a una celda GSM sin perder la llamada. Este sistema fue impulsado por la Unión Europea que lo llamó UMTS (Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles) El UMTS permite al usuario disponer de una amplia gama de servicios con la convergencia móvil-Internet como son el correo electrónico, el acceso a Internet y contenidos multimedia. 82

Entre otros ejemplos, la tecnología UMTS permite: Interactividad de imagen y voz entre usuarios Comercio electrónico a gran escala La descarga de música y video-clips Compra de entradas para el teatro o el cine desde el automóvil Operaciones bancarias Publicidad personalizada a cada usuario Participación simultánea en "chats", juegos, y otras ofertas de Internet  Almacenamiento y descarga continua de información del trabajador con su empresa  Activación a distancia de ordenadores y electrodomésticos       

Figura 6.2: Evolución de los Sistemas Móviles Otra tecnología propuesta es CDMA2000 creada por Qualcomm. Esta tecnología también utiliza espectro disperso de secuencia directa, básicamente una extensión de IS-95 (CDMA) y es compatible hacia atrás con él. También utiliza un ancho de banda de 5 Mhz, pero no ha sido diseñado para interactuar con GSM. Algunas de las diferencias técnicas con respecto a W-CDMA son las siguientes: tasa de chips, tiempo de trama, espectro y sincronización de tiempo diferentes.

Muchos de los proveedores de servicios de telecomunicaciones se moverán a las redes 2.5G antes de entrar masivamente a la 3G. La tecnología 2.5G es más rápida, y más económica para actualizar a 3G. La generación 2.5G ofrece características extendidas, ya que cuenta con más capacidades adicionales que los sistemas 2G, como: GPRS (General Packet Radio System), HSCSD (High Speed Circuit Switched), EDGE (Enhanced Data Rates for Global Evolution), entre otros. Una de estas tecnologías es EDGE (Tasa de Datos Mejorada para la Evolución del GSM) que simplemente es GSM con más bits por baudio. El problema es que más bits por baudio también significan más errores por baudio, por lo que la tecnología EDGE tiene 9 esquemas diferentes para modulación y corrección de errores, que difieren en la cantidad de ancho de banda que se dedica a arreglar los errores introducidos por la velocidad más alta. Otra de estas tecnologías de 2.5G es GPRS (Servicio de Radio paquetes Generales), que es una red de paquetes superpuestos encima de D-AMPS ó GSM. Permite que las estaciones móviles envíen y reciban paquetes IP en una celda que se ejecuta en un sistema de voz. Cuando GPRS está en operación, algunas ranuras de tiempo en algunas frecuencias se reservan para el tráfico de paquetes. La estación base puede manejar de manera dinámica el número y la ubicación de las ranuras de tiempo, dependiendo de la tasa de voz sobre el tráfico de datos de la celda. Aunque las redes 3G aún no se han distribuido ampliamente, algunos consideran a 3G como algo terminado y ya están trabajando en los sistemas 4G. Entre las características propuestas para los sistemas 4G se encuentran: un ancho de banda alto, ubicuidad (conectividad en cualquier lugar), integración con redes de cable e IP, manejo de espectro y recursos adaptable y alta calidad de servicio para multimedia.

GLOSARIO Ancho de Banda: Cantidad de información que puede pasar por un medio de transmisión al mismo tiempo. Se puede medir en Hertz ("ciclos por segundo") si se trata de señales análogas ó en bits por segundo (bps) si se trata de señales digitales. El ancho de banda es uno de los factores más importantes que determinan la velocidad de la conexión a Internet. Para entender el concepto de ancho de banda, puede pensarse en una autopista: a mayor cantidad de carriles, más autos podrán transitar al mismo tiempo. De la misma manera, a mayor ancho de banda, la información se obtiene con más rapidez. ADSL (Asymmetrical Digital Subscriber Line): Línea telefónica con velocidad de transmisión diferente, la mitad de la transmisión puede alcanzar valores de hasta 640 Kbps de subida, la otra mitad puede alcanzar velocidades de hasta 2.048 Mbps de bajada. CIR: Committed Information Rate (CIR) – Velocidad de información concertada (CIR): término definido para el servicio de transmisión de datos que define la velocidad promedio en que un usuario puede enviar datos y tener ancho de banda garantizado en la red. Las transmisiones que exceden a CIR en las horas PEAK tienen menos prioridad en la red o se descartan. Decibel: Es la unidad de medida utilizada para expresar ganancia o pérdida obtenida de la razón de potencias. Dieléctrico: Medio aislante. (no conductivo) EMI: Electromagnetic Interference, Es la interferencia que afecta a una señal eléctrica transmitida o recibida por la radiación de los campos eléctricos y magnéticos. La fibra óptica no es susceptible a las EMI. Firewall: Un nodo de red configurado como una barrera para evitar tráfico sin autorización de un segmento a otro. Los Firewalls se utilizan para mejorar el tráfico de la red, así como para añadir seguridad a la misma. Gigahertz: Una unidad de frecuencia igual a un billón de ciclos por segundo. Gateway: Un ordenador que realiza conversión de protocolos entre diferentes tipos de redes ó aplicaciones.

Hub: Dispositivo que conecta dispositivos en una red y une líneas de comunicación en una configuración tipo estrella. Indice de Refracción: Es la razón entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de la luz en el material específico. LAN (Local Area Network): Un sistema de comunicación de datos confinado en un área geográfica limitada con velocidades de datos moderadas (10/100/1000 Mbps). LED: Diodo emisor de luz. Un dispositivo óptico usado en un transmisor para convertir señales de eléctrico a óptico. Los LED´s tienen un amplio rango de potencia espectral. Longitud de onda: Es la distancia entre peaks de amplitudes sucesivas de una onda. Longitud de onda de corte: Es el valor a partir del cual una fibra monomodo puede transmitir un solo modo de propagación. Multiplexar: Combinación de varias señales para enviarlas por un solo canal de transmisión. Modo: Corresponde a una trayectoria de luz a través de la fibra óptica. OSI (Open System Interconnection): Un modelo de arquitectura desarrollado por la ISO para el diseño de redes con sistemas abiertos. Todas las funciones de comunicación son divididas en siete niveles estandarizados: Físico, Enlace de Datos, Red, Transporte, Sesión, Presentación y Aplicación. OTDR: Reflectrómetro óptico en el dominio del tiempo, es un equipo que inyecta un pulso de luz a la fibra y detecta las reflexiones, permite medir atenuación, longitud de un enlace y localización de fallas. PABX (Private Automatic Branch Exchange): Un sistema telefónico interno que interconecta las extensiones telefónicas entre ellas, así como las redes telefónicas externas. Reflexión: Proceso que ocurre cuando un rayo de luz que viaja en un material específico se intersecta con un material diferente, rebotando la señal completamente al interior del material original sin pérdidas de luz. Refracción: Proceso que ocurre cuando un rayo de luz que viaja en un material específico se intersecta con un material diferente, donde 86

parte de la señal cruza al otro medio que posee un índice de refracción distinto. Router: Un sistema de ordenador que almacena y traspasa paquetes de datos por medio de direcciones de red de una LAN o WAN a otra. ISDN (Integrated Services Digital Network): Red Digital de Servicios Integrados (RDSI). Es una red digital conmutada utilizada para transmitir voz, datos e imágenes. Servidor Proxy: Brinda la capacidad de conectar toda una red local a Internet, sin la necesidad de adquirir más líneas telefónicas. Permite almacenar en su memoria las páginas visitadas por los usuarios. Esto significa que cuando un cliente requiere tener acceso a un Sitio previamente visitado, se le muestra la copia de la página guardada en el Proxy; evitando así la habitual congestión de Internet y aumentando la velocidad de acceso. Forma una barrera entre el cliente y el servidor al que solicita información, lo que representa una navegación más protegida. Esto hace difícil la tarea de conocer o rastrear a quién está solicitando la información; y evitar con esto que lleguen mensajes no deseados vía correo electrónico por la actividad en el WWW. Permite definir perfiles y niveles de usuarios, con diferentes permisos de acceso; y con esto restringir los servicios de los cuales los usuarios pueden disponer. Se puede llevara a cabo el monitoreo del uso del sistema, así como de las conexiones establecidas. Transceiver: Es un equipo óptico que combina las funciones de emisión y recepción a una longitud de onda determinada. VLAN: Dispositivo de una red o redes que están configurados como si estuviesen conectados al mismo cable, cuando en realidad están localizados en un número diferente de segmento de red. WDM: Wavelenght Division Multiplexer, Multiplexor por división de longitud de onda. En estos sistemas se transmiten varias longitudes de onda en forma independiente. WAN (Wide Area Network): Una red de comunicación de datos separa geográficamente e incorporando un gran número de usuarios. Una WAN a menudo utiliza dispositivos de transmisión proporcionados por portadoras comunes. Un ejemplo de Wan incluyen: ATM, Frame Relay, Red IP, X.25, etc.

BIBLIOGRAFÍA

1.- Andrew S. Tanenbaum, "Redes de Computadoras", Pearson Educación, 2003. 2.- Paul E. Green, Jr, "Fiber Optic Networks", Prentice Hall, 1993. 3.- Wendell Odom, CCIE Nº 1624, "CCNA Intro", Cisco Press, 2004. 4.- Alonso & Finn, "Campos y Ondas, Vol. II", Addison-Wesley Iberoamericana, 1987.