Medios de Transmision - Yuliana Ruiz Borrayo

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i 90K LA CAPA Pisi
El resultado principal de Shannon es que la tasa de datos máxi d
ma e un canal ruidoso cuyoancho de banda es H Hz cu ' l " “ ' ' 'y ya ie acion senal a ruido es S/N, esta dada por
número máximo de bits/seg = H logg ( l + S/N)
Por ejemplo, un canal con un ancho de banda de 3000 H
, z y con una relación señal a ruido térmicode30dB(los ar' ' " " `p ametios tipicos de la pai te analogica del si te
s ma telefónico) no puede transmitirmás allá de 30,000 br ' ` ' ` ~ps, sin importar cuantos niveles de senal se ut`l`s i 1 iceii, ni con que frecuencia setoineii los muestreos. El resultad d i ` `o e Shannon se dedujo aplicando ai@ 1. . *gunientos de la teoría de la información y es válido para cual ' ' ` '* ` `quiei canal sujeto a ruido termico Los l¬ . ejemp os contrarios se deben clasificar en la misma cate oría d l 'g i e as inaquinas de movimiento perpetuo. Sin embargo, cabeseñalar que éste solamente es un límite superior y que los sistemas reales rara vez lo alcanzan.
2.2 ivinnios nn TRANSMISIÓN Giiixnos
El propósito de la capa fisica es transportar un flujo de datos puro de una máquina a otra. Es
posible utilizar varios medios fisicos para la transmisión real. Cada uno tiene sii propio nicho en
términos de ancho de banda retardo costo t` `l'd, , y aci i ad de instalación y manteniiniento. Los medios se clasifican de nianera general en medios guiados, como cable de cobre y fibra óptica, y
medios no guiados, como radio y láser a traves del aire A l'
_ na izaremos estos teinas en las siguien._ tes secciones.
2.2.1 Medios magnéticos
Una de las formas más comunes para transportar datos de una computadora a otra es almace
narlos en cintas magnéticas o medios extraíbles (por ejemplo, DVDs grabables), transportar físi
camente la cinta o los discos a la máquina de destino y leer dichos datos ahí. Si bien este método
no es tan avanzado conio utilizar un satélite de comunicaciones geosíncrono, con frecuencia es
más rentable, especialmente a l' `p ra ap icaciones en las que un ancho de banda alto o el costo por bittransportado es un factor clave.
Un cálculo simple aclarará este punto Una ` ta Ul '
_ cin trium estándar puede almacenar 200 gigabits. Una caja de 60 >< 60 >< 60 cm puede contener aproximadamente 1000 de estas cintas con una
capacidad total de 200 ~ ` `terabytes, o 1600 teiabits (1 6 et b 3. p a its). Uiia caja de cintas puede enviarsea cualquier parte de Estad U ' r*os nidos en 24 horas por Federal E "'xpress y otras companias. El anchode banda efectivo de esta t' ` " `iansmision es de 1600 terabits/86 400 s 19, eg o Gbps. Si el destino estáa sólo una hora por carretera el h ` ' `, anc o de banda se iiiciementa a casi 400 Gb
ps. Ninguna red decomputadoras puede aprovechar esto.
En el caso de un banco que diariamente tie
ne que respaldar muchos Oigabytes de datse und ' ' ' ` g os en unag a maquina (para poder continuar en caso d
e que suceda alguna inundación o un terremoto),es probable ue ni ° ' ' " " `q nguna otia tecnologia de transmisio d
n pue a siquiera acercarse en rendimiento ala cinta magnética. Es ' ' ` `cieito que la rapidez de las redes se est
á incrementando, pero también lasdensidades de las cintas. i
CA CAP. 2
E
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, 912.2 MEDIOS DE TRANSMÍSION GUIADOS
cn miC)
. ` ta Ultrium es~ rama similar. El costo de una cin
Si Vemos ahora el Costo, Oãtendle1niÍ;'á1iilpnÍ1á;oi'eo Una cinta puede reutilizarse al menos l0_ $40 cuan o se coii _ trosde aproximadamente _ A, _ de $4000 01. Caja, por uS0_ Agreguemos o
Veces, por lo que el costo de la cinta podria Íeiemos un Cølšto de más O menos $5000 pO1_a1ma_
r _ n$1000 por el envio (piobaqleinšiišqlïirï/nøqsšoyg Ceada gigabyte. Ninguna red puede Superar Gsm La
Esto equiva e a c Dcenai 200 TB.
, . /¬ 1' cintas que va ci. ~ , . l ~ l izzonczta repleta ae, _ ,_ .« ¿ ¿,;1¿›/1@ de banda de una crml\/zmcci subesrzme e
¡Oda velocidad por la ccirrerem
2.2.2 Par trenzado
' ' 1 ho de baiida de una cinta magnética son excelentes, las do
Aunque las Car&.lEClte'nSucasddetrakiììnisión se mide en minutos u horas, no on Ifllllsegundos Pa'etardo S011 P0bfeS~ uempo e_ f f ' s de transmisión más
ia inuchas aplicaciones se necesita una conexion eprìlššììïgllåïsïeeåïâsïíãlïìl dos alambres de con
Viejos” Y todavia el más Comun, es el gabi@ de pm 1 mbres se trenzan en forma helicoidal, igual
bre aislados, por lo regular de l mm de grueso. Loìkìisaalambres paralelos Constituyen una antena
que una mokïula de DNAID Esiilìiiïieliiieêicelalšøórìldišs de diferentes vueltas se cancelan, por lo que lasim le. Cuan o se trenzan os _ ›
fadåclón del Cable es menøs efectiva' d eii el sistema telefónico. Casi todos los
La aplicación más común del cablede par trenza odes lts un Cable de par trenzado. La distam
teléfonos están Conectados a la wmpagla telselïlciìjïi/šiciiiibekiïónietros sin necesidad de amplificar lascia ue se puede recorrer con estos ca es e _ . _ O ' hos Cables de ar,[ren_
Señg1eS° pero para distancias mayo@ Se rçqulelen'<ïl€1:ieb1f1(s)rbSon€iiapnoddiilálLóêr el caso de lóis cables
zado recorren de manera paralela distancias coiisi eia e~, telefónica Se Suelen atar en haces Y
de un edificio de departamentoS que van hacia la companåa Sms hacés pddflan Sufii1_interÍ_eren_
se cubren con una envolturadp1 otšpltqiíešllšršš Sdãiäilqluloåøen donde las líneas telefónicas Se
cias si no estuvieran treiiza os. _ _ . S haces de Varíøs Camp
instalan eii la parte alta de los postes, se obsei van frecuentemente dicho ,
metros de diámetro. .rr ra mnslnisión tanto analógica como digital
Los cables de Dar trenzado se pueden uti izar på 1 d_ tancia que femme; en muchos casøs
El 21110110 de banda depande del grosor. del Cable Y Gea lìlistancias de Pocos kilómetros. Debi
pueden obtenerse transmisiones de Vanps megablts/Sebl ende ar trenzado se utilizan ampliamen
do a su comportamiento adecuado Y bai@ Costo* los Ca es p
te y es probable que permanezcan por muchos anos. d 1 Cuales son importantes para las redes
Hay varios tipos de cableado do par trenzado, dos, e3 os nsísten en 2 alambres aislados que Se
de computadoras. Los cables de par trenzado categoria co an Or lo regular en una envoltura
trenzan de manera delicada' Cuatro de estos pares Se agiruãe lol; edificios de oficinas tenía un
de PIÉSÍÍCO Para SU Protección' Antes de 19889 la mailorda entral en cada piso hasta cada ofici
Cable de Categoría 3 que iba desde un gamnete'de cab ea 0 C o dos teléfonos de múltiples líneas
na ESÍ@ Gsfluema permitió que hasta wall O telefonos Corffunel fónica en el Gabinete de cableado.
en cada oficina se conectaran con el equipo do 121 C0mPan1a te e °
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92 LA CAPA Fisica CAP. 2
A comienzos de 1988 se introdujeron los cables de par trenzado categoría 5 más avanzados
Son similares a los de la categoria 3, pero con más vueltas por centímetro, lo que produce una ine
iior diafonía y una señal de mejor calidad d' '
a istancias más largas. Esto los hace más adecuados para una coinunicación más rapida entre com utado L
p ras. as siguientes son las categorias 6 y 7, quetienen capacidad para manejar señales con anchos de band d 2
. a e 50 y 600 MI lz, respectivamente(en comparación con los 16 y 100 MHZ de las categorías 3 y 5, respectivairiente).
Todos estos tipos de cableado 'coniunniente se conocen como UTP (Par Trenzado sin Blindaje), en comparación con los cables de ai t d
p ' renza o costosos, blindados y volumiiiosos que IBMintrodujo a principios de la década de 1980 los cual
, es no ganaron popularidad fuera de las instalaciones de IBM. En la figura 2 3 se muestra un cableado de par trenzado.
rá) rei
Figura 2 3. (a) UTP categoria 3. (b_) UTP categoria 5.
2.2.3 Cable coaxial
Otro medio común de transmisión es el cable coaxial
(conocido frecuentemente tan sólo coino “coax”). Este cable tiene mejor blindaje que el de par trenzado, así que puede abarcar tramos
más largos a velocidadesmayores. Hay dos clases de cable coaxial que soii las más utilizadas. Una
clase: el cable de 50 ohins, 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, pero se es
tá haciendo cada vez más importante con el advenimiento de Internet a través de cable. Esta dis
tinción se basa en hechos históricos, más que en técnicos (por ejemplo, las antenas antiguas de
dipolos tenian una impedancia de 300 ohms y era fácil utilizar los transformadores adaptadores
de impedancia 4: l).
Un cable coaxial consiste en un alambre de cobre ri 'd
gi o como núcleo, rodeado por un inaterial aislante. El aislante está forrado con un conductor cilíndrico, que con frecuencia es una malla
de tejido fuertemente trenzado. El conductor externo se cubre con una envoltura protectora de
plástico. En la figura 2 4 se muestra una ' ta ' ' '
vis en corte por capas de un cable coaxial.La construcción y el blindaje del cable coaxial le f`
con ieren una buena combinación de anchode 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 la señal de datos. Los cables modernos tienen
un ancho de banda de cerca de l GHz L bl
. os ca es coaxiales solían ser ampliamente usados en elsistema telefónico para las líneas de larva dista `
g ncia, pero en la actualidad han sido reemplazadospor la fibra óptica en rutas de distancias considerables Si b
_ n em argo, el cable coaxial aún se utiliza ampliamente en la televisión por cable y en las redes de área inetropolitana.
Éaf
e.
3.
É
§3' DOSMEDIOS DE TRANSMISION GUÍASEC, 2.2
CubiertaN' leo Mdtdddl ddrgdilddtdr protectoraUC ~ I'
de cobre ddldïd entrelazado de p as I
šr /› /'
_ V/dl /' › 'I <_/
Figura 2 4. Un cable coaxial.
2.2.4 Fibra óptica l
., lo rapido que está me. . nor ullecen de _
Muchas personas dd Id mdddddd dd ld ddmdtddlddlldšld/d id198d) se ejecutaba a una velocidad de, ' ` e .. ' esta area. La PC orlglfla _, ¬ › r ~tor de aiian
Jdddddd Id tddddlddhd ddt ños más tarde las PCS pueden correr a 2 GHZ, con un fac 8' MHZ. ein ea ›rel0 de 4 77 , , \
cia de 20 por década. No esta nada mal.” _ d d Í de área amplia pasó (ie 56 kbps K,ii,R_pANETinicacion e a os _ , . f ada, f
En el mlsmo pdn.ddd°,1d'ddmd)de1'na) Con un factor Cl@ ganancla de mas dd ldd pdl ddd d
a 1 Gbps (comunicacion âptica m asó de =10_5 por bit hasta casi cero. 1 V6
' la tasa e error P 1' 1135 físicos como a ~al mismo tiempo _ I do a apmxlmarse a un i ¬
f ' ' les estan empezan ' ctiialAdemas» las CPUS mdmddd 'f 1 r En contraste, con la tecnologia rr p
d la disipación de ca o . t Tb silocidad de la luz y los problemas C _ Í Stá por encima de los 5 0,000 Gbps (50 i ps,
_ alcanzable Clfiïlflmen e 6 ' ~ ' materia
dd dblddd dl dddhd dd bdidddesforzando arduamente para encontrar mejores t.ecnologiaS šgtra inca
Y muchas pdrddddd dd dd dd l` ación actual de aproximadamente 10 GUPS Se debe a b ¡atom
, . 1 ' I . í _ a O ~
135 El hmne pracdcd dd Sd a or rapidez las señales electricas a 0Pl1CaS› aunque en dnipacidad para convertir con g/ en una Sola fibra. I ación
dd hdd ddddddddd hdddd ldd G1 pdom utación Y la comunicación, esta última gano. La ãeljleì lími..
En la Compdtdndld dddd d d p ` 'n acostumbrados a pensar en térnllnos dd los djd .
dd dídddfiddd d idddmdrds' dd ddlddddddpdddrddl alambre de cobre aún no ha coinpfefldldo todas ïìäãéu , t vo
tds dd Nydddt y dhddddddddd rácticainente infinito (aunque no sin un costoi E11 nu@ C168 debe_ a ~ ~
phdddldddd ddl dddhd dd dddl pcomputadoras son desesperadamente lentas y que aslie d bandaI ' ' . ' . ' ecomun deberia sei que to as d Cómpuw a Cualquier precio, sin impoitar cuanto anc io t cnolo, e _ t f ' a e
dad dddd dd dvddr las ddddd' analizaremos la fibra Óptica para ver como funciona esse desperdicie. En esta seccion . d t S
gía dd ddddmidldd ' " ' tico tiene tres componentes: la tìiente de luz, el medlod ehfjlilnt . _ t
Ud dldtdmd dd ddndmldldd dpl ente un pulso de luz indica un bit 1 Y la ausencia 6 ra un. ., ona m _ . ene
mldldd Y dl ddtdddd Cddvdtddl misión ed una fibra de vidrio ultradelgada. El detectorå una fi' s e ~
dldd un dd dl El mddld ddl rdd 'de en él A1 aeregar una fuente de luz en un extr€_n1o . l uef nci U " ` ~ iona
pulso dldddddd dddddd Id dí lr se tiene un sistema de transmision de datos unidiiecc img labra óptica y un detector en e o r0,_ .t transmite mediante pulsos de luz y, 111630, YGCOHV
acepta una señal electrica, la COHVW 6 Y
~ ' ' el extremo f€C@Pl0fsalida a una senal electrica en
¬
94 LA CAPA rísicA CAP. 2
Este sistema de transmisión tendría fugas de luz y sería in '†`l l ' `
u.i en a practica excepto por unprincipio interesante de la física. Cuando un rayo de luz pasa por un medio a otro ~pór ejemplo,
de sílice fundida al aire , el rayo se refracta (se dobla) en la frontera de la sílice y el aire, como
se muestra en la figura 2 5(a). En ella vemos un rayo de luz que incide eii la frontera con un án
gulo oti y que emerge con un ángulo B1. El grado de refracción depende de las propiedades de los
dos medios (en particular sus índices de refracción). Para ángulos cóii incidencias mayores de cier
tos valores críticos, la luz se refracta nuevamente a la sílice; ninguna parte de él escapa al aire. Por
lo tanto, un rayo de luz que incide en un ' 0 l '
angu ó mayor ó igual que el crítico queda atrapado dentro de la fibra, como se muestra en la figura 2 5 lbg ' ( ), y se puede propagar por varios kilómetrosprácticamente sin pérdida.
Aire
FFOHÍGFH Reflexión interna
sílice/aire Bi/ B2 Ba\Ä7 Í X/ g g g /total
 /<l`< l l/\/\/\Ä
"Ce Fuente de luz
ta) ~ tb)
Figura 2 5. (af) Tres ejemplos de un rayo de luz procedente del interior de una fibra de sílice que
incide sobre la frontera de la sílice y el aire con dife nt '
' re es angulós. (b_) Luz atrapada por reflexióninterna total.
El diagrama de la seguiida figura únicamente muestra un ra ó at d
y rapa ó, pero puesto que cualquier rayo de luz que incida 1 f ' ' ' `en a rónteia con un angulo mayor que el crit. icó se reflejará internamente, muchos rayos estarán rebota d` ' ' ' `ii ó con aiigulós diferentes Se dice ue cadad . q rayo tiene uriinó ó diferente, por lo que una fibra ue tiei " ' ' 'q ie esta propiedad se denóinina fibra multimódó.Por otro lado, si el diámetro de la fibra se reduce a uj _ nas cuantas longitudes de onda de luz, la
fibra actúa como uiia 0 ' d 'guia e ondas y la luz se puede propa ai sólo l'p g ' en mea recta, sin rebótai', locual da como resultado una f`b 'i ra mónómódó Las fibras nióiiómódo son más. caras, pero se pueden utilizar en distancias iiiás grandes. Las fibras niónómódo disponibles eii la actualidad pueden
transmitir datos a 50 Gbps a una distancia de 100 km sin amplificación. En el laboratorio se haii
logrado tasas de datos todavia mayores a distancias más cortas.
Transmisión de la luz a través de fibra óptica
Las fibras ópticas se hacen de vidrio, que a su vez se fabrica con arena, una materia debajo
costó disponible eii cantidades ilimitadas. La fabricación de vidrio era conocida por los antiguos
egipcios, pero su vidrio nó ten' 'ia mas de 1 mm de espesor, porque de lo contrario la l uz nó podíaatravesarló Durante el Renacimiento f ". se órjó un vidrio suficientemente transparente para utilizar
ló en ventanas. El vidrio utilizado para fabric f`b' ' `
ar i ias opticas modernas es tan transparente que si
V _ ____í_,, _ í _
¿_ :_ __ï_d
, 95~ DE TRANsiviisioN GUiAóósSEC 22 ivinnios
' ` 'ble desde la suf ~d¢ agua el fondo del mai seria taii visif t iera llenó de este en lugar ,
el Ofçeãnø Íqsqóul/0 es el suelo desde un avión eii un día claro. d 1 1 ( , m0~ ° ¬i cópei icie co _, d del Vidrio dependg de la longitud de óiida e a uz as
Ta atenuación de la luz entró _ _ ión ara la Clase de~' _ « 2 6 se muestra la atenuac p _
de algunas propledades fislcas de1V¿jdn'%).1En1aiiClâllóìieti°ó lineal de fibra. La atenuación en deci¬ las fibras eii eci e es poVldnpque se usa en f ,
bgjes está dada por la fórmula.
potencia transinitida
Atenuación en decibeles = 10 lógm potencia recibida
¬ f 2 = 3 dB., ~ ltadó una atenuación de 10 lógm I _PO1. ejeinpló, un factor de perdida d€1Cl01ì gìršçänãefeìïectrø que es la que Se utiliza en la pmctp
La figura muestra la parte ceräanada indr 1_ J ameme más Cortas de 0 4 a 0.7 micras (1 mima es
' ' ' lónøitu es e 011 H 1361" ”, `ca. La luz Vlslble nene ° , . _ _ .f i cl de onda como 400 nm a
10"6 metros). Los puristas de la inetrica se iefeiiiian a ÍSHS 1011g1U es
i mos al usotradicióiia .700 nin, pero nósótiós nos apegalfi
B da deBanda de Baingâjde €±lli55ti20 «_ 0.85ii '
ndB/km
1.8
1.6
1.4
__, 12, _
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Atenuaco
10 O0
L ba _._"“"""_ `¬f>. _ Liin _L; ____@______ _L `\i Est'
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É .OÍ .(3CO _L. Í _; Í..L __; Í\J
Longitud de onda (micras)
_, _ ' " d infrarrojo.Figura 2 6. Atenuación de la luz dentió de una fibra en la region 6
_ _ . . d 1 itnd de onda, las cuales se centran en
Para las comunicaciones se utilizan treìbancllïiiïmï Äïgtienen buenas propiedades de atenua_
085” 130 y 155 mlcrasj reSpeCt<i;ame1jtš1.' asii) La banda de 0 85 micras tiene una atenuación
ción (una pérdida de menos de 5 0 por Q Ome 1 Q l ctrónicos Se pueden fabrif ' los láseres y los componentes e emas alta pero a esa longitud de onda, _ h d entre 25 000” _ . ' b das tienen una anc ura e icar con el mismo inaterial (aiseniuró de g21110) Las tres an
Y 30,000 GHZ d l l d luz transmitidos por una fibra aumeiita conforme se p1'0p21gaflLa longitud e OS pu SOS G . , d 1 1 n ¡md de, . › f t dde esta depende 6 21 0 gEste fenómeno se llama dispersión crómatica. La magm U
A 'I _ i
96 LA CAPA risiCA CAR 2
oiida. Uiia forma de evitar que se eiiciineii estos pulsos dispersos es incrementar la distancia entre
ellos, pero esto solamente se puede hacer reducieiido la tasa de transmisión. Por fortuna, se ha des
cubierto que al dar a los pulsos cierta forma especial relacionada con el recíproco del coseno hiper
bolico, casi todos los efectos de la dispersión se disipan y puede ser posible eiiviar pulsos a miles
de lolometros sin una distorsión apreciable de la forma. Estos pulsos se llaman solitones. Se está
iealizaiido un eiiorine esfuerzo de investigacion para llevar a la práctica el uso de los solitones.
Cables de fibra
Los cables de fibra óptica son similares a los coaxiales excepto por el treiizado La figura 7 7(a
niuestra una fibra individual vista de lado. Al centro se eiicuentra el núcleo de vidrio a través del
9
cual se propaga la luz. En las fibras multiinodo el diámetro es de 50 micras, aproximadamente el gro
sor de un cabello humano. En las fibras monomodo el núcleo es de 8 a 10 micras.
, Funda \ CubiertaN ucieo , v
(viano) af, @ ;;:
1 ` ' \ 1 @ @ fi. l
Flevesti ' ` _miento Cubierta
(vidrio) (plástico) Núcleo R@/eS†¡m¡en†0
ta) (bi 1
Figura 2 7. ( a) Vista de lado de una fibra iiidividual. (b_) Vista de extreino de una fuiida coii tres fibras.
El núcleo está rodeado por un revestimiento de vidrio con un iiidice de refracción menor que
el del núcleo, coii el fiii de mantener toda la luz en este últiino. A continuación está una cubierta
plástica delgada para proteger al revestiiiiiento. Las fibras por lo general se agrupan en haces, pro
tegidas por una funda exterior. La figura 2 7(b) muestra una funda con tres fibras.
' U Las cubiertas de fibras terrestres por lo general se colocan en el suelo a un metro de la super
ficie, doiide a veces puedeii sufrir daños ocasionados por retroexcavadoras o tuzas. Cerca de la
costa, las cubiertas de fibras transoceánicas se entierran en zanjas mediante uiia especie de arado
marino. Eii las aguas profundas, simplemente se colocan al fondo, donde los barcos de arrastre
pueden tropezar con ellas o los calaniares gigantes pueden atacarlas.
Las fibras se pueden conectar de tres formas diferentes Primera d_ . , pue en terminar en conec
tores e insertarse en enchufes de fibra. Los conectores pierden entre 10 y 20% de la luz pero fa
: u , . V . 9cilitan la reconfiguracion de los sistemas.
Seguiida, se pueden empalmar de manera inecáiiica. Los empalmes mecánicos acomodan dos
extremos cortados con cuidado, uno junto a otro, en una manga especial y los sujetan en su lugar.
La alineación se puede mejorar pasando luz a través de la unión y haciendo pequeños ajustes
para maximizar la señal. Personal especializado realiza los empalnies mecánicos en alrededor de
cinco minutos, y la pérdida de luz de estos empalmes es de 10%.
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s, ii”. ,
1 ¡fm í _ f
, _. , _ , ,.._ . , ......_._i..,.._.,.,... __.,.,,,__.r, _... ,. ..a._;.... ;_..._,_.:....'. .v1^.r:¿:'_H~1 ' ,« ~ ¿ 4 i `
` ~.i. ..... . , _ ._ «zu › '~~"' ""“'^“"`
SEC. ¿.
, 972 MEDIOS DE TRANSIVIISION GUIADOS
.. . ' 'da. Un. , rb' ara formar una conexion soli I
Tercera, se pueden fusionar ffufldlfi ¿OS tramos de 1 la p ' de atenuación.. , L ~ la fibra pero aun aqui hay un p0C0 fusion es casi tan bueiió como una so , fempalme por _ .
. . ipunto dei empalme y la filifirslffl' lme pueden ocuirii reflejos en eCon los tres tipos de empa
reflejada puede interferir la señal.
' ~ 5; LEDS (diodosPor 1@ email Se “Wa” df” de f“““e de “Í pÍÍͧ§šÃ°Íïšiåšiììnålisi un, Si
emisores dfi 1uZ)y1áSereS Selmconiluctoresl Éstas fueáìdïsaiistai' fìiediaiite la inserción de interfet
muestra eg li fiflìulrìitzógll/l3á<Íli1 giìtfdllál iãtlìeilìfle y lalfibra. Los iiiterferómetros Fa(l13i'yì Pe1'ot'inetros a ry e `““ . ' ~ . La luz inci e ema
ïšn cavidades simples de resonancia que consisteili en dicåsaãspåjãïaplïisalïpãitudeS de Onda que Ca
nera perpendicular eii los eSP@Jos. La longitud de paros de Machzehnder separan la luz en
ben en enajåun número ediáïáiïciáslišïfanïiïštendifeïáïtes. Se vuelven a combinar en el extremo ydos haces. stos viajan
quedan en fase sólo para ciertas longitudes de onda.
Láser semiconductorElemento LED
Baja \ Alta
Muitimodo o m0n0m0Cl0
Tasa de datos
ti/lultimódo
Corta
Largo
Tipo de fibra
I Distancia Larga
Corto
Considerabie ,
Tiempo de vida ~
L sensibilidad si ia iemnefafufa
S Costo
Menor
Bam L Elevado Í
., ' ' LEDs como fuentes de luz.de diodos semiconductores yFigura 2 8. Comparación
. ' lso eléc' ' ' t un fotodiodo, el cual emite un pu . _El extremo receptor de una fibra Opïlca Corijáštá ÍíÍ>ico de un fotodiodo es l nseg, lo que liiiii. sti ico cuando lo golpea la luz. El tiempo lfiåebps El mido térmico también es un problema, por 10
ta las tasas da datos a aprolllmadanfšnle te Polfeiicia Para Clue se pueda detectar. Al hacer que losluz debe evar su icien _ _ _ d bleque un pum de s uede disminuirse de manera consi era .
pulsos tengan suficiente potencia, 121 W521 de @ff0f@ P
Redes de fibra óptica
, ' ' de largo alcance, aun. , . ' ' ~ Ns asi como en transmisionesLa fibra optica se puede utilizaì.endLA e,a una Ethernet Una forma de Superar el problema
r O u ,
que Conectarse a ellas es mas çomp Ica qlidad una colección de enlaces punto a punto, como seea ies reconocer que una red de amnofes en Í da computadora pasa el flujo de pulsos de luz liacia el' _ `terazenca ._ _muestra en la figura 2 9. La in _, t dora ueda envlal y açeptai
" ' union T ara ue la compu a Psiguiente enlace y tambien sirve como P Cl
mensajes' ` t faz asiva consiste en dos derivaciones fusiónadas a la. ~ I ` _Se usan dos tipos deiinterƒfazéi Una i1uIeED gun diodo láser en su extremo (para transmmrj y
fibra principal. Una derivación iene u . ., ' leto y por lo. ' ' cion misma es pasiva por C0mP ›la otra tiene un fotodiodo (para 1'@01b1f) La dama
~ 93
, LA CAPA FÍSICA
CAP. 2 Cn ¡T1G 2.2 iviianios DE TRANSMISIÓN oUiADos 99
A/Cl@ la COÍTI Uladgfa , ,__ _Computadora D
inte f Cable de cobre K Receptor ,\\e de la faz
oe@ _
D_ Transmisor
irección de i^ 1 \ í I 1§t@te°@St
e compu o
Fibra RBC@ptor ,Ó ü Regenerador Transmisor
p C0 de senales Ó
/V, // \\
Fibra óptica interfaz
lfomdlodoi (eléctrica mm) (LED /
) W Cada fibra entranteFisura zo Annie' f , 1 . ' .¡bla OPUCEI con iepetidores activos,
mism0› 65 extremadame '
. j nteconfiable ¬ .H ,1 pues un LED o un fotodiodo descompuesto f i
no rompera elam 0, so o dejará fuera d 'e linea a una co
El otro tipo de interfaz mostrado Ilnpigtadoml, en a igura 2 9, es el ire ° .petidor activo La luz tconvi ~ ~ fei te en una senal electrica que se regenera a toda su intensd d ' . en rante Se
' a ' ' f .1 si se debilito y se retranstecomoli I ' ¬iz. ..a interfaz con la computadora es un alambre ordinari d b mi
o e co re que entra en el regenerador de señales. En la actualidad ta b"in ieii se usan los re `Pfiftldores puramente ó `pticos. Estosdispositivos no 'Iequieren las conversi ' '_ Ones optica a el' ' '0 ~ ectiica apei ai con anchos de banda muy a1f0S_ optica, lo que significa que pueden
Si falla un re ' 'A Pfiüdor activo el anillo,~ 1 _ _ j _ .» se rompe y la red s _121 _ _ _ 6 Cee Por otro lado, puesto que la sese iegeneia eii cada mterfaz los enlac ¬ dteneruna lo _ ,_ I , ' es in ividuales de com utad ~
iiiterfac flglïud de liilometros, virtualmente sin un limite Pará) l t Ola a computadora puedenes ~ ' _ e ~pasivas pierden luz eii cada unión, de modo que la cantd daïimno total del amno' Las
1 a e com utadoras 1alitud t t ' _ _ 'g o al del anillo se iestiingen en forma considerab1e_ P y on
La topolo ' 'gia de anillo no es la únjC21 manera de construir una LAN con fibra ó ` fptica. Tambienes posible tener difusión por hardware utiliza d 1i ii o a construcción de est 'Tella pasiva de la figura
2 10 En este di ` 'seno cada iiiterfaz t' ~ .d ,1_. _ i iene una fibia que cori 6 desde su transmisor h Í _ _
_ _ as a un cilindroe S1 10€, Con las fibras entrantes fusioi dfusignadas _ _ _ la as a un extremo del cilindro f '
intei faz :sil Otro exüemo del Clllndro corren hacia cada uno de l . En folmd Slmllaïš 1218 fibrasemi e un pujso de luz S . os receptores Sie difunde dent d ' empfe que Unace tores ° _ _ ro 6 la @SÍ1`€lla asiva ' .P , con lo que se alcanza la difusión. En efecto la estreliïi ` pala llummal a wdos los re
› pasiva combina todas las S `enalesentrantes y transmite el 1 esultado combinado por todas las lineas Puesto~ que la energía entrantese divide entre todas las jínSibihdad de los fotodiodos 635 f IU@ Salen, la cantidad de iiodos en la red está limitada por la se
. 11
C°mPa1`flC¡ÓI1 de la fibra ó 'A Ptlca Y el alambre de cobre
Es instructivo c0mP211'arla fibra con el 'cobre La fibra tiene muchas venta .Jas Para em ezarpuede inanear anchJ os de banda mucho mayores que el cobre Tan sólo po t ` P ,
r es 0 su uso seria indis . .pensable en iedes de alto rendimieiito. Debido a la baja atenu f i
acion S', olo se necesitan repetidøfescada 50 km a 'Proximadamente en lineas largas, Contra casi c̀ada 5 km cuando se usa cobre, lo que
`› la Pmpagación
de 'M12 i _ _ _
ilumina toda la
A estrella
i\ /i
Cada fibra saliente recibe
la luz de todas las fibras
entrantes
Figura 2 10. Conexión de estrella pasiva en uiia red de fibra óptica.
implica un ahorro considerable. La fibra también tiene la ventaja de que las sobrecargas de ener
gia, la interferencia electromagnética o los cortes en el suministro de energia no la afectan. Las
Sustancias corrosivas del ambiente tampoco la afectan, lo que la hace ideal para ambientes fabri
les pesados.
A las compañías telefónicas les gusta la fibra por una razón diferente: es delgada y ligera. Mu
lios conductos de cable existentes están completamente llenos, por lo que no hay espacio parac
a regar más capacidad. Al eliminar todo el cobre y reemplazarlo por fibra, se vacian los conduc3 e
tos y el cobre tiene un valor de reventa excelente para los refinadores de cobre quienes lo aprecian
' ' ' ` ' ' 'l blcomo materia prima de alta calidad. Ademas, las fibras son mas ligeras que el cobie. Mi ca es
' ` ' ` 'l 100 l 0 lode par trenzado de l kni pesan 8000 kg. Dos fibras tienen mas capacidad y pesan so o <g,
' ` ' ` ` uecual reduce de manera significativa la necesidad de sistemas mecanicos de apoyo que tienen q
inantenerse. Para las nuevas rutas, la fibra se impone debido a su bajo costo de instalación.
Por último, las fibras no tienen fugas de luz y es dificil intervenirlas y conectarse a ellas. Es
tas ro iedades dan a las fibras una seguridad excelente contra posibles espias.P P
Su arte negativa consiste en que es una tecnología poco familiar que requiere habilidades deP
las cuales carece la mayoría de los ingenieros, y en que las fibras pueden dañarse con facilidad si
se doblan demasiado. Debido a que la transmisión óptica es unidireccional, la comunicación en
ambos sentidos requiere ya sea dos fibras o dos bandas de frecuencia en una fibra. Por último, las
interfaces de fibra cuestan mas que las eléctricas. No obstante, el futuro de todas las comunicacio
' ' ' 'b' . P unnes fijas de datos para distancias de mas de unos cuantos metios claramente es la fi ia ara
análisis de todos los aspectos de la fibra óptica y sus redes, vea (Hecht, 2001).
,ion LA CAPA FISICA CAP. 2
za TRANSMISIÓN INALAMBRICA
En nuestra era han surgido los adictos a la informacióii: gente que necesita estar todo el tiem
po en línea. Para estos usuarios móviles, el cable de par trenzado, el cable coaxial y la fibra óptica
no son útiles. Ellos necesitan obtener datos para sus coinputadoras laptop, noreboo/r, de bolsillo, de
mano o de reloj pulsera siii estar limitados a la infraestructura de comunicaciones terrestre. Para es
tos usuarios, la comunicación inalámbrica es la respuesta. Eii las siguientes seccioiies veremos la
coniuiiicación iiialáinbrica en general, y vereinos que tiene otras aplicaciones iinportantes acleinás
de proporcionar conectividad a los usuarios que desean navegar por Web desde la playa.
Algunas personas creen que en el futuro sólo habrá dos clases de coiiiuiiicación: de fibra óptica
e iiialáinbrica. Todos los aparatos fijos (es decir, no móviles): computadoras, teléfonos, faxes, etcé
tera, se conectarán con fibra óptica; todos los aparatos móviles usarán coinuiiicación iiialámbrica.
Sin embargo, la comuiiicación iiialámbrica tainbién tiene ventajas para los dispositivos fijos
en ciertas circunstancias. Por ejemplo, si es difícil tender fibras hasta un edificio debido al terre
no (montañas, selvas, pantanos, etcétera), podria ser preferible un Sistema iiialámbr V l l
I ico. a e a penamencionar que ia comunicación digital inalámbrica moderna coinenzó en las islas de Hawai en
donde partes considerablemente grandes del océano Pacífico separaban a los usuarios el Siste
.¬ Yma telefónico era inadecuado.
2.3.1 El espectro electromagnético
1»
Cuando los electrones se mueven crean ondas electromagnéticas que se pueden propagar por1 .e espacio libre (aun en el vacío). El fisico británico Jaines Clerk Maxwell predijo estas ondas en
1865 l f' ' ' ` ` ' `y e isico aleman Heinrich Hertz las observo eii 1887 La cantidad de o `l '
. sci acioiies por segundo de una onda electromagnética es su frecuencia, ¡Í y se mide eii Hz (en honor a Heinrich
Hertz). La distancia entre dos puntos máximos (o minimos) consecutivos se llaina longitud de on
da y se designa de forma universal con la letra griega A (lambda).
Al conectarse una antena del tamaño apropiado a un circuito eléctrico, las ondas electromag
ét' dn icas pue en ser difundidas de inanera eficiente y ser captadas por un receptor a cierta distan
cia. Todalacom ` " ` ' ~` ` ` 'unicacion inalambrica se basa en este principio.
En el vacio, todas las ondas electroinagnéticas viajan a la misma velocidad, no iinporta cuál
sea su frecuencia. Esta velocidad, por lo general llamada velocidad de la luz, c, es de aproxima
sdainente 3 >< 10 m/seg o de un pie (30 cm) por nanosegundo. En el cobre o en la fibra óptica,
la velocidad b ` ` ` `aja a casi 2/3 de este valor y se vuelve ligerameiite depeiidieiite de l f
a recuencia. Lavelocidad de la luz es el limite ináxiino de velocidad Ningún objeto o señal puede movers '. e niasrápido que la luz.
La relacióii fundamental entreJ', Ã, y c (en el vacio) es:
ii/t= C (2 2)
Puesto que c es una constante, si conocemos el valor dejj podremos encontrar el de 9», yvice
versa. Como regla general cuando it se ex re, p sa eii metros yfen MHZ, Äfe 300. Por ejemplo, las
;~
liliTRANSl\/IISIÓN ll\lAl.Al\/IBRICASEC, 2.3
de 0.3' las de 1000 MHZ son. I I t s de longitud»das de 100 MHz son de aproxiiiiadaiiïšnï 5 rììrdna frecuencia de 3000 MHZ .
On _ ;l longitu ien dio microon. de 0.1 metros 1 e ' ' rciones de ra ›menos Y las ondazs H Se muestra el espectro ejgcuçgmagnetico. LaS_â1f)infOr1nación modujando la
Enfla figura luz Visible del espectro pueden servjj para pansmès Y Y los rayos gamma serian
das* ln remojo y ¬ d s La luz ultravioleta, os 1213/ 1 _ dular noa o fase de las on 21 f _ ' ' `1 de roducii y 1110 ›
amphiwl fi'eC usìndbbido a sus frecuencias mas altaS, pel@ SGH d1f.1$è§SLaS1ï;andas que se listan en
Íodavla meme 3 ' ' ' on eligrosos para los seres V1 1 S iøneitiides_ bien entre edificios y S P . . 1 d€ja1TU y se basan en a C, r _
se Pïøpagan ' '> 1 n los nombres oficia eS KH I Los ($11111_ ' ' de la figura .f.~l S0 ` damente 30 a 300 2) ,la Palm mfenol LF a de l a 10 km (aproxima ' Como podra
do que la banda V . ' alta respectivamentede onda, de mo 1 f 'ecuericias bala, medla y 7 ' 10 Ml lz pol'
HF se refieren a HS 1 . _ G Se Sobrepasarian los ›1105 LF' MF Y ~ inbres nadie eSp€1aba qu 'a muv alta),
~ do S@ 2lS1g11af0nl°S no ” f 0 bandas VHF (frecuenci .Obgeivai, cuan ' lras se les nombio com . t menda_
' te a las bandas mas a jm) TI IF (frecuencia re¡O que posterioimen _ 'a extremadamente a Y _ , Í alta
EHF frecuenci eiblemen e
UHF (frecuencia u1traaát§)doiiibre(s aparte de éstoS, Pero IHE AHF Y PHi11:ciá1)1?onaríaii bien.
mente a1.ta)' No hay m te alta frecuencia Y P1'odigÍ0Samem€ alta frewe
frecuencia, asombrosamen
0 2415 1018 '|Q2O lO2"j_lO js 101° 1012 1014 lo I0 102 104 106 10
Fiayoe gammau _ . UV Rayos XJ Radio Microondas lntrarrofl _ I
1/ LUZ \\\\_\
/' visible `\\
riuz) io
8 9 toi@ roll iolff io” 10” l01š\"lQ16,I 6 07 1Q lO , ì " `
l (HZ) 199 105 1? 1 R H satélite I ïì
` Par trenzado V › *"”_“*l'"** j Olïlllca
te coaxial ,_ Microondas
< I C i 'R terrestres
AM F\.4
Radio RãQl0
TV
<¬'_”_› I I ' I I |_ l__ __ al l
l l I l l l
I Marítima
4 _l_I~
, UHF sHl= EHF THF
, . comunicacioneS_ _ UGO y sus usos para. tio electioinagne. Figura 2 11. El espec
Banda
de trans ortar una onda electromflgfléllw Se re
ficar unos cuantos P' 1 es posible Codi1 te 19013 8CÍLl&su ancho de banda. Con a cno U j h Si 8 de modo que un cable coa
aero uedellegaf 3frecuencias altas el Hum P
_ _ _ . °. ' 2 lldebe
cuencias baJ21S, Per@ a arios ieabits/seg. La figula_ 50 MHZ puede transportar V iš_ e , .
xial con un ancho de banda de 7
ja fibfa optica._ , _ des je Gusta tantodejar en claro ahora Por que El la gente de le . ° 7» blenemos
ecto a , 0., , diferenciamos con resp, | 2 2 alcify laS1 resolvemos la ecuacion , l P
51/1: __”
ai iz
laciona C011. f ' freLa cantidad de informacion que pue P _ . . bus or hefllï a
1 laz LA CAPA I=isIcA
CAP. 2Si ahora usamos diferencias finitas eii lugar de diferenciales y sólo consideranios los valores
absolutos, obtenemos
A` . _Af= fl ,ii (2 si
Â..
Por lo tanto, dado el ancho de una ba d d l
ii a e ongitud de onda, AX, podemos calcular la bandade frecuencia correspondiente Af y a partir de ell l
, , a, a tasa de datos que puede producir la banda. Cuanto más ancha sea ésta, mayor será la tasa de datos. Por ejemplo, considere la banda de
1.30 inicras de la figura 2 6. Aquí tenemos A = l.3 >< l0`6 y Alt = 0.17 >< l0`6, de manera que A,/`
es de aproximadamente 30 THZ. A 8 bits/Hz, obtenemos 240 Tbps.
La inayoría de las transmisiones ocupa una banda de frecuencias estrecha (es decir, Af/f < lá)
a fin de obtener la mejor recepción (muchos watts/Hz). Sin embargo, eii algunos casos se utiliza una
banda ancha, con dos variaciones En el e_ spectro disperso con salto de frecuencia, el transmisorsalta de frecuencia en frecuencia cientos de veces por segundo. Es popular en la coiiiunicacióri mi
litar debido a que de esta manera es dificil detectar las transmisiones y casi imposible iiiterveiiir
las. Ufrece buena resistencia al desvanecimieiito por múltiples trayectorias debido a que la señal
directa siempre llega primero al receptor. Las señales reflejadas siguen una trayectoria más larga
y llegaii más tarde. Para ese entonces, tal vez el receptor ya haya cambiado de frecuencia y no
acepte señales de la frecuencia anterior, con lo que se eliinina la interferencia entre las señales di
rectas y reflejadas Eii años recientes esta t' '. , ' eciiica tanibiéii se lia aplicado comercialmente ~por
ejemplo, tanto 802.11 como Bluetooth la utilizan.
Como nota curiosa, la atractiva austriaca Hedy Lamarr la `
, priinera mujer que apareció desiiudaen una pelicula cinematográfica (el filme checoslovaco Exta.s'e de l933), colaboró en la invención
de esta técnica. Su primer esposo, un fabricante de armamento, le coinentó lo fácil que era bloquear
las señales de radio, las cuales eii ese entonces se utilizaban para controlar los torpedos. Cuando
descubrió que su esposo estaba vendiendo armas a Hitler, se liorrorizó y se disfrazó de criada para
escapar de él rumbo a Hollywood para continuar su carrera como actriz de ciiie. En su tiempo li
bre, inventó el salto de frecuencia para ayudar a los aliados eii la guerra. Su diseño utilizaba 88 fre
cuencias, el número de teclas (ly frecuencias) de un piaiio. Por su invento, ella y el compositor de
música George Antheil, su amigo, recibieron la patente 2,292,387 de Estados Uiiidos. Sin einbar
go, no pudieron convencer a la l\/lariiia de Estados Unidos de que su invento era útil y, por lo tanto,
nunca recibieron regalías. Años después de que la patente expirara, su invento cobró popularidad.
El otro tipo de espectro disperso, el espectro disperso de secuencia directa ~el cual dispersa
la señal a través una banda de frecuencia ancha~, está ganando popularidad en el mundo comer
cial. En particular, algunos teléfonos móviles de seguiida generación lo utilizan, y domiiiará eii los
de tercera generación, gracias a su buena eficiencia espectral, inmunidad al ruido y otras propie
dades. Algunas LANS inalámbricas también lo utilizan. Posteriormente volveremos al tema del es
pectro disperso. Si desea ver una historia fascinante y detallada de las comunicaciones por
espectro disperso, vea (Sclioltz, 1982).
Por el momento, supondreinos que todas las transmisiones utilizan una banda de frecuencia
estrecha. Ahora veremos cómo se einplean las distintas partes del espectro electromagnético de la
figura 2~l l, comenzando por la radio.
, 'lftñTRANSMISION INALAMBRICAsia@ 2 3
l9 3 2 Radiotransmisióii
etrar edificios_ _, . a ar distancias largas y pon . _
Las Ondas de radlo son tacfles de general, pllšdeiln V1 Jla comunicación tanto en interiores cof rzaoen › _sin problemas, y P0f 611° su “SO esta muy gšima Qmnidireccionales lo que Sigmflfia que “alann › . _nio GH exteriores' Las Ondas de radlo tamblenlso ie no es necesario que el transmisor y el recep_^ ' ` 'tir de la fuente, POÍ 0 qlas direcciones a Pal _
enfedencueiitren alineados fisicamente. Otras no lo es tanto. En la década de
tol lEn ocasiones la radio omnidireccional es buena, Y en con frenos amíbloqueo Commladøs
r ' . ' S ,1970 General Motors decidio equipar sus Cadilllacsdnpeìvo freno la Computadora accionaba los
_ ' e 6 8 6 . . _
ot Cbmpuladora' cuando el Conducta plsaba l) firmemente,Un buen día, un oficial que pap ~ ` termitente en lugar de bloquear 05 _ . , _ ,_ jej eneral y,frenos de manola IU . d" nuevo radio movil para llamar 21 SU Cuaf g f. . 1
de Ohio encen io su _ maña E10 mallaba las Carreteras _ . 1 ' rse de maneia muy G ,
ml l C dillac que iba junto a el omP€Z0 El C0mP0Íta _ 1 Conductor ¿lego
de repente, 6 É detuviera a un lado del camino Y, Cuando 1° hlzø* G« f torque sele indico al con uo abia vuelto low L
que él nada habia h€Ch0 que elcarm Se li los Cadillacs ocasionalmente se compoltabafl de ma'
C011 el tiempo empezo a surgir un patron. d Ohio y Sólo cuando alguna patrulla de Ca
~ † ' ` les carreteras c ,solo en las principa d 01. ue105 Qamllacsera muy @XU"ana› pero udo com ren or p C1 ,
n ÍHOS estaba Cerca Durante mucho üempo Genelal Motorsl no p minos sãcundarios de Ohio. DeSPuesm ' , ¬ ca
funcionaban bien en todos los demas estados e incluão ãnlos Cadillacs Consümía una excelente ww. ~ blea o e oS .f, cubrieron ue el ca _ _fl@ una busqueda miensa des q ` tema de radio de laS patrullas de caminos de 'Ohio
3 »ara la frecuencia que usaba el nuevo sis d 1 f ecuench A bajas frecuenclasj ¿Sas OnH _. _ ~ c. ..
lLas propiedades de las ondas de radio dependen e a I educa de manera drástica a medlda_ f la potencia se r , , ,
' er obstaculo pero _ , taS_ ¡as
das cruzan blen Casi Cualqul imadameiite en proporción a l/;~2 en el aire. A frecuencias alb ¿Ibiox f " s ' ~que se alfila de la fuente, am' r en lir ea recta y a rebotar en los obstaculos. Tambien son a 1 loq
' ' i , ' _ ` .,ondas de radio tienden a viílla f ecuemias las oridas de radio estan sujetas a interferencia PO
rdas por la lluvia. En todaì Ia; OS = ro
m0ï0f@S Y “TOS equipos 6 el 1 1 ag distancias la interferencia entre usuarios BS u_n p
Por la capacidad del radio de viajar alg 1 t ,Smctameme el uso de radmü_anSm1SO¡eSj_
' obiernos reg amen an eb1“m8"POr estaïazon' todo? lossginás adelante ' ilus
con una excepcion, que Velemo d ¿dio siguen la curvatura de la Tierra, como _S€ r
E l s bandaS VLF LF Y MP1” Ondas G Í f 1 n las frecuencias mas
n a ' 9 E tas ondas se Pueden detectar qlllza a 1000 mi e 01. enotra en la figura 2 l2(_a). s U I L difusión de radio AM usa la banda MF, y es p
bajas y a menos en frecuencias mas altas. a d ,T con facilidad en Nueva YO, k_ Las On, ' nes de radio AM de Boston no se pue en_o_i _ H los radíøs p0rtá_
que las estacro f 'jidad 103 edificios, y es por e o que
d' n estas bandas cruzan con aci _ .cación de datos esdas de ra lo e ' ' El oblema principal al usar bandas para coinunitiles funcionan en interiores. Pf _ I 3 ' _
' vea la ecuacion 2 ) . ' tierra. Sinsu ancho de banda bajo d s a nivel del suelo tienden a ser absorbidas por a T_
En las bandas HF Y VHF” las On a d rtículas carvadas que rodea a la ie
1 n la ionosfera una capa G Pa ° Seembargo” las Ondas que a Cama 9 se envían de regreso a nuestro planeta, como
lt a de 100 a 500 km, So r€fIaCÍfi1'1 Y , _ I 1 ueden .rebotar Varra a una a ur I E ' rtas condiciones atmosfericas, 1215 Sfifla es P .
muestra en la figum 2_12(t<)i). Irlcle ficionados usan estas bandas para conversar a larga distancia.. _ arias veces. Los operadores e ra io HF., . " sbandasHFyVEl ejercito se comunica tamblen ©1113
:ãsä __ ,
, , _ , , , _ ,,_ ._._.......___......__...._..n n _ _... ¬ __ __ `=,:._i›~ se ,, ,:^* . †:.,..= ,, *¬¬i.'. :.,._>' “',= ' ,._.,., __ ~
M4 LA CAPA risicn
CAP. 2
»", ""\`Onda f' oslera _ `*
/Í (\ f “ _ _ "_/`”`~ ` `
/ ¿f"_ / "š\_ `\terrestre / /f / \1 e \
1” /I \ \ \\\ / // \ \\
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,_,\>(' `\ \
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\ \\\ °.~ i `\. . 1\\.¬\` . . 0°Superficie Superficie
de la Tierra de la Tierra
(H) (bl
Figura 2 12. (a) En las bandas VLF LF y MF las o da dV , , n s e radio siguen la curvatura de la Tierra.
(b) En la banda HF las ondas rebotan en la ionosfera.
2.3.3 Transmisión por microondas
Por encima de los 100 MHZ las ondas viajan en línea recta l
y, por o tanto, se pueden enfocareii un haz estrecho. Concentr ' d ^' `ai to ala energia en un haz pequeno con una antena parabólica (co
mo el tan familiar plato de telev` " ' ` `ision por satelite) produce una relación señal a ruido muclio másalta, pero las antenas transmisora rec toy ep ra deben estar bien alineadas entre sí. Además, esta direccionalidad permite que varios transmisores al' d
inea os en una fila se comuniquen sin interferencia con varios receptores en fila, siempre y cuando se sigan algunas reglas de espaciado. Antes de
la fibra óptica, estas microondas formaron durante décadas el corazón del sistema de transmisión
telefónica de larga distancia. De liecho, MCL uno de los primeros competidores de AT&T después
de que esta coinpañía fue desregularizada, construyó todo su sistema utilizando las comunicacio
nes mediante microondas que iban de torre eii torre ubicadas a decenas de kilómetros una de la
otra. Incluso el nombre de la compañia reflejó esto (MCI soii las siglas de Microwave Communi
cations, liic.). Tiempo después, MCI adoptó la fibra y se fusionó coii WorldCom.
Ya que las microondas viajan en linea recta, si las torres están muy separadas, partes de la Tie
rra estorbarán (piense en un enlace de San Francisco a Amsterdam). Como consecuencia, se ne
cesitan repetidores periódicos. Cuanto niás altas sean las torres, más separadas pueden estar. La
distancia entre los repetidores se eleva en forma muy aproximada con la raíz cuadrada de la altu
ra de las torres. Con torres d 10 `e 0 m de altura, los repetidores pueden estar separados a 80 km de
distancia.
A diferencia de las ondas de radio a frecuencias niás bajas, las microondas no atraviesan bien
los edificios. Además, aun cuando el haz ued
p e estar bien enfocado en el transmisor, hay ciertadivergencia 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 asi la señal. Este efecto se llama desvanecimiento por múl
tiples trayectorias y con frecuencia es un problema serio que depende del clima y de la frecuen
cia. Algunos operadores mantienen 10% de sus canales inactivos como repuesto para activarlos
cuando el desvanecimiento por múlti les tr `p ayectorias cancela en forma temporal alguna banda defrecuencia.
I?
, 105
rRAi\isMisioi\i MLAMBRICAsec. 2.3
_ ' más altas. LaSt res a usai frecuenciasL Creciente deinanda de espectre obliga a los opeiado 1 de aproximadamente 4 GHZ Su, _a as .d df, hasta ii) GHZ ahora soii de uso rutinario, Pero 09111 t_ nen unos centimetros de longituds i ie .
ball;problema: soii absorbidas po1'el,fi8ru§1 Estas Omiïiasãoìstrklir un enorme homo dg mm Om
ge ll via las absorbe Este efecto seria util si se (W131 am la comunicación es un pfebleu _ ' ,. A ' ro .,
y la terno Para rostizar alos Palafos qu@ PHSGI1 Pol ahlll ptrayectorias la única solucion es¿as ex imiento por mu ip es = , .' 1 ue con el CleSVuu€C z' of etra trayectoria.rave. A1 lguu fl ' municacion p , _ma 3 ii ir los enlaces afectados por la lluvia y enrutar la cp to ara la Comunicación telefonica
' ui _, _ an"interš ïsumen 1a eemunicacion por micioondas se utiliãal Í lá'/ísión etcétera que ei espectro
n 1' ' " e = _
1 distancia los teléfonos celulares, la dlsmbucløn É a . íficamifas respecto a ia fibra. Laaroa 7 I ' ' S __
deb Ouelto muy escaso Esta tecnologlu llene Vanas Ventaja šm rar un terreno peque@ cadav ' _ . c .
Se' 8' al es que no se necesita derecho de Paso” hasta con l sisiieina telefónico Y Comumcarsel ' e 6 ~.r1351111 Py Constfuii' en él una torre de microondas para saltarS' _ dameme como una Compama nue
5 mi 1 ' establecerse tan rapi ,' Asi es como l\/[Cl Ogfu i fl* f rente: la fundo el ferroorina directa. _ . f talmente ii e _ _ I ,
en f ' ' d lar°& dÍSl2mC1a (Spnm Slgmo un Cammo to ~ hos de paso limitándoseya telefonica e R 1 dj que ya poseía una gran Canudad ¿ie delee ,
Paci ic a11`0ucarril Southern 1 I Ñ C v Í V _
a enterrar la fibra junto ablas vias.)1 elam/amante baratas. Eflgír dos torres Senclllasdrpedftieïinìei
' tam ien son . el una pue e cosLaS luïcmøndas f r antenas en ca 21 ~
, de reten) y pone Í la. ndes con cables ' re una moii aisimpleinente POSÍGS gra ' d un área urbana congestioiiada o sob _ í
6 emefraï 50 km de ñbra a naves e d l mpañia de teléfonoS, en especia1105 Clu f ' tar la fibra e a co . .f ' 111100 fluê ren ~itó cuando insbien puede ser mas econo _ ., 1 1 a O1. el Cobre que quY lam in leto la inversion ieci p
Si esta aún no ha recuperado por co P
taló la fibra.
, . néticeLas politicas del espectre electromag
. uién utiliza cuá
Para evitar el caos total, hay acuerdos nacítìïlâì Írlfišlliâïïigiiiailìs âáitedïiiiišiesCálta, también de
les f1`€Cl~1€nClaS Puestø que tO.dOS deSean`un§les asignan eSPectroS Para la radí0 Y la
sean más espectro. Los gurblšmos llaclon geralatšcompañiastelefónicas,1uP011Cla> lalnallilì”
televisión y los teléfonos moviles, asi como ì11OS Útros usuarios en eempetencia. A nivel inundia ,
la navegación, la milicia, el gobierno y iiiciìiiccoordinar esta asignación de manera quelse puedan
uuu agencia de la ITUR (WARC) nata' e s aises Sin embai'g0› 105 Países no estan atados a
fabricar los disposimds liiuiìT(lij(lïa11J1oÍf1ldìiCi¡LïSl(á FPCC (Comisión Federal de ComiinlâÍ:lÍ›lnï)delLl§las recomendaciones e ' _ asionalmeme 135 recomen
hace la asignación para Estados Unidos, ha rãïìïieqopìäían a a1gún grupo políticamente podem
ITU R (por lo general, porque estas recoinen
so que cediei ei una parte del espectro). h asignado para un uso en parücuial , Ceeqe para los
Incluso (mande una parte del espectro se 1221€ Cïlál empresa portadma tiene permitido utilizai
teléfonos móVil€S, GXÍSÍG el aspecto agicloåía tes algoritmos. El más antiguo, llamado concurso
cuáles frecuencias. En el pasado se utiliza alå 1 m rasa portadora explique POT qué su pllopušsta
de méFìt0S (ÓGCWW Conïem” Ñiqulere quàcei a 6 Iïespués los funcionarios del gobierno declden
es la que sirve mejor para los intereses pub icos.
1 ' CAR2
cuál de todas esas historias los convence más Debido a l
. que a guno de estos funcionarios otorgaban propiedad valuada en miles de millones de dólares a la compañia de su preferencia, esto
conducía a soborno, corrupción, nepotismo, etcétera. Además, incluso un funcionario escrupulo
samente honesto que piense que una compañia extranjera podria hacer mejor trabajo que cualquie
ra de las nacionales, tiene que dar inuchas explicaciones. V
Esta b " `o servacion nos lleva al segundo algoritmo, en el que se realiza un sorteo entre las coin
pañias interesadas. El problema con esta idea es que las compañías que no tienen iiiiigún interés
en utilizar el espectro, pueden entrar al sorteo. Por ejemplo, si un restaurante de comida rápida o
una cadena de Zapaterías gana, puede revender el espectro a una empresa portadora, sacando una
ganancia inmensa y sin ningún riesgo.
La concesión de ganancias inesperadas a compañias atentas, aunque aleatorias, ha sido seve
ramente criticada por muchos lo ue ll ` ' ¬
, q nos eva al algoritino 3. subastar el ancho de banda al inejor postor. Cuando en el año 2000 Inglaterra b ' ` ` `
su asto las frecuencias necesarias para los sistemasmoviles de la tercera generación, esperaba obtener aproximadamente $4 mil millones. En realidad
recibió $40 mil millones debido a que las empresas portadoras cayeron en la desesperación ante
la posibilidad de perder el mercado móvil. Este evento despertó la avaricia de los gobiernos veci
nos y los motivó a llevar a cabo sus propias subastas. Funcionó, pero también dejó a algunas ein
presas portadoras con deudas enormes que ahora las tienen al borde de la bancarrota. Incluso en
los mejores casos, les tomará muchos años recuperar la inversión eii la licencia.
Un enfoque totalmente diferente para asignar frecuencias es no asigiiarlas por coinpleto. Tan
sólo se deja que todos transmitan a voluntad, pero se regula la potencia utilizada de inaiiera que
las estaciones tengan un rango tan corto que no interfieran entre ellas. Por consiguiente, la mayoria
de los gobiernos han apartado algunas bandas de frecuencias, llainadas bandas HSM (industriales,
médicas y científicas) de uso no autorizado. Los dispositivos para abrir puertas de garaje, teléfo
nos inalámbricos, juguetes controlados por radio, ratones inalámbricos y muchos otros dispositivos
inalámbricos domésticos utilizan las bandas lSl\/l. Para minimizar la interferencia entre estos dis
positivos no coordinados, la FCC exige ue tod ` ` ` ' `
g q os los dispositivos que utilizan las baiidas ISM utilicen tecnicas de espectro disperso En alfrunos ot '
. g r ros paises se aplican reglas siinilares.La ubicación de las bandas ISM varia un poco de ' '
pais a pais. Por ejemplo, en Estados Uiiidoslos dispositivos cuya potencia este debajo de l Watt ueden t`l`
, p u i izar las bandas que se muestran enla figura 2 13 sin requerir una licencia de la FCC. La ba.nda de 900 MHZ funciona mejor, pero es
tá atestada y no está disponible t d
en o o el inundo. La banda de 2.4 GHZ está disponible en la mayoría de los paises, pero está su'et '
j a a interferencia por parte de los hornos de microondas einstalaciones de radar Bluetooth al u d. y g nas e las LANs inalámbricas 802.11 operan en esta banda. La banda de 5.7 GHz es nueva y no se ha d `
esarrollado del todo, por lo que el equipo que lautiliza es costoso, pero debido a que 802.1 la la t`l' *` ' `
u 1 iza, se populaiizara con rapidez.
2.3.4 Ondas ínfrarrojas y milimétricas
Las ondas infrarrojas y inilimétricas no 0 ` d
guia as se usan mucho para la coinunicación de corto alcance. Todos los controles remotos de los tel `
evisores, grabadoras de video y estéreos utilizancomunicación infrarroja. Estos controles son relativa ` ` ' ` `
mente direccionales, economicos y fáciles de
4 ¿L `.:¿:.u.
E67f i_AiviBRicArRAi\isMisioN INA
06 LA CAPA Fisica ¬ SEC. 2 3
125
26 sas Mi iz ¡_
/inche de ii/¡Hz i,__M__Z___. I
band@ _ f E
5.860to 902 sas 2.4 Zâiì GHZFrecuencia
Z
MHZ MHZ GHZ
Unidos._ bandas ISM de Estados¡Hgm 3 2 13. Las
. 1 ' ese entre,. b etos solidoS (Par' iveniente importante: no atraviesan 1oS O1] conformo paS&m0S de la. ' 1 nera. fo tienen un inc@ _ f 10113 _ En ge , Í aC0nSmu.1'pey su control remoto Y vea si todavia fun@ ) _ d mas como la luz Y Cad
su televisor _ .
oitan C21 21 Vezlas ondas se compla luz visible,. da iarga hacia1'aCl1O de On . . f. f s sólidas tam
vez menos como la f21d10 ¬ ' ` o atraviesen bien las paredc
l d ue las ondas infiaiioJ21S11 t de un edificio no iiiter1116610 G C1 . f 0'@ en un Cual' 0 ~ .Po1`0l101adO°e sistema in rarl' J .^ (1 estos sistem2iS
~ fica que un _ f 1 Se uiidad ff .., a, Esto $18,111 ia razon H g _ _bm , es una venta] Similar en Cuartos adyacentes. Por €S_ Adepšlás no es necesario obtener li
ferirá C011 un.S1SÍe'ma me`or que la de los sistemas de radio. p te CO›n los Sistemas de ramo? quecontra el espionaje es J r un Sistema infrarrojo, eii contras _ f O] a tiene un uso limitado
, ra ' " in rarrobierno para OP@ municacion unCanela del g ' ' fuera de las bandas lSl\/l. La co i'tiles c impresoras, äulïflue no esdeben tener licencia a d or a
1 ara conectar computa oras P_ . o _ ien el escmonoa por eJ1emp l Ípego de la comunicacion.. ' ' io C JU, Vista principe ~nprotag011
2 3.5 Transmisión PM “Mas de mi
~ `lizó señaliza. f 'lizado durante SígÍ0S Pau1_ReVãiÍau§1f>1icación másLa señalización Ópflca sm gl' nas Se ha `uSto antes de su famoso \/1211€' s azoteas. La
ción Óptica bínaria desde la llšlïóadgdìtïficioë P01`mediO de lásçlaes moïfaãïnefïdìuque cada edimgderna es conectar las LA Son láseres es ínherentemente unidireccionfrèce un ancho de banda
señalización Ópïlca Coherefnte C su propio fotodetector. Este esquemëì 0. a difereiicia de las mi
i ficio necesita su propio laser rfambién es rejativainente fácil de insta ai Y,
muy alto Y un Costo muy bajo'_ . I _, ' ' d_ Apun_ . 1 la de la FCC ' b es una debilidaçroondas, no requiere una icenc,
ho aqui tam 1€” oo de, un haz muy estrec 1 alfiler a 5 mSin embargo, la Ventala del me 1 co del tamano de la Puma df: un ~ lentes al
f 1 mm de anchura a un blan Por lo general, Se anadentar un ray@ laser C1@ I 1 d rna.
eAnnie Oak GY mounteria (16 unadistancia requlefe la p
. . ro nor. ' ente C1 13Y0 _ ' a niebla d€11.Sâ, P@sistema para desenfocai ligei am ueden enetml la jju ,/13 ni l
Una desventaja es que los rayos lásdr mb? embaïcio en una ocasión el autor asilstiótìnlólizóiïodle. ' ea os. in e »I 'eron 21 amalmente funcionan bien in tiiilaìgllšullopa en el que los organizadores ttiïërreo electrónico du
erno o e ' s le eran su _
ferencla en un lleno de terminaleS Para que los asistente iëïba diSPuesta a instalar un granesPføporclonal un Sa'On s aburridasPuesto que la PTT local 110
ie 'rante las presentacioi
108
LA CAPA Fisica
CAP. 2número de lineas telef' ` 'onicas solo para tres d'
1213, ÍOS organizador@S coloc '¿iron un laser eii el techolo apuntaron ' ' 'al edificio de cie `iicias d f .e la computacion de su universidad, el cual está a o ' ,
nos cuanto¬
kilómetros de 'alli' lo ro .° P bamfl la noche anterior a la conferencia y func` ' à
iono a la perfección. Alas9amdelsi ' ,' ' guleme dl@ que era irritante° Y Soleado, el ,1 »en ace fallo por completo y peI.ma_necio caido todo el d'121. Esa noche loss organizadores volvieron a robar .P C011 mucho cuidado elenlace y de nuevo f ,_ , _ unciono a l 'f ,identica. a perfeccion El Pëllrorr se repitió durante dos d' 'ias mas de formaDespués dela conferencia los ¬ '1 d 1 1 _ _ ¿ organizadores descubrieron el problema D f
r , j ~ . urante el dia, el eaOf e so causaba corrientes de conveW011 011€ se elevaban .desde el techo del edificio, como ¬muestra en la fi ura 2 1 _3 ,4. Este aire tur bulento desviaba el ra o V j 1 f se
Y 0 iacia danzar alrededor deldetector Un “ 'a vista” atmosféri¬ca corrio ésta hace tir' Jilar a las estrellas ,~ (y es la razon por la cuqllos astrónomos one ' ' .P n sus telescopios en las cimas de las montaña ~ ¢
S, para quedar tan arriba en laatmósfera como s ' iGa posible) Este fer 'i iomeno es también l a ca _,usa del aspecto tiemulo de las carreteras en un día. caluroso v d ' fcaliente. J 6 las Imagenes ondulantes cuando se 'mira sobre un 1 adiadol.
\_ \ Í /
20//
2,/ 1
El Fai/0 láser no coincide
Con el detectorFotodetecto . ,/ r Region de visión
turbulenta /
L ,Ñ .d V: Y ///// /
" ` Aire caliente que Ifs `:¦:ë.'i¦¦.. _ :_ _. Sube del edificio|I'
iiiiiiiiiiigiII¦'¦¦'
i!i!¡!isiq ¦¡n¡illiilltiittiii iiiiiiiiiiitititiitit||"ititit!¡!¦!¦!i!i!i!¦i¦i¦!I
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Figura 2 14. Las corrierites de conve "
091011 Pufiden iiiterferi 'r los sistemasláser A ' '01118@ ilustra un siste ' ' ' de coi ' ", numa bidireccional con dos laseres. mcaclon por
4 #11" f ^"""”:±¬ _ ~ . me
ei.. ,
I, .
SATÉLITES DE COMUNICACIONES H@SEC. 2.4
2.4 ssrnrirns nn eoivinnicnciorms
En la década de 1950 y principios de la de 1960, hubo intentos por establecer sistemas de co
municación mediante el rebote de señales sobre globos climáticos. Por desgracia, las señales que
Se recibían eran demasiado débiles para darles un uso práctico. Entonces, la l\/latina de Estados
Unidos descubrió una especie de globo climático en el cielo la Luna y desarrolló un sistema
de comunicaciones por repetición (o de barco a tierra) que rebotaba señales de él.
Progresos posteriores en el campo de las comunicaciones por el cielo tuvieron que esperar
hasta que se lanzó el primer satélite de coinunicaciones. La principal diferencia entre un satélite
artificial y uno real es que el primero puede amplificar las señales antes de mandarlas de regreso,
convirtiendo lo que parecia una idea estrafalaria en un poderoso sistema de coinunicaciones.
Los satélites de comunicaciones tienen algunas propiedades interesantes que los hacen atrac
tivos para muchas aplicaciones. En su forma más simple, uir satélite de comunicaciones se puede
considerar como un enorme repetidor de microondas en el cielo. Contiene numerosos transport
dedores, cada uno de los cuales se encarga de uiia parte del espectro, amplifica la señal entrante
y a continuación la retrairsmite 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 es
' ` ' " et o. Este modo de operación setrechos, y abarcar sólo algunos cientos de kilometros de diain r
conoce como de tubo doblado. _
' ' d 'btal de un satélite varía según el radio de la órDe acuerdo con la ley de Kepler, el perio o oi i
' ' ' ' 'l`t más largo es el periodo. Cerca de la superfibita a la 3/2 potencia. Errtie mas alto este el sate r e, g
cie de la Tierra, el periodo es de aproximadamente 90 minutos. En consecuencia, los satelites con
órbitas bajas desaparecen dela vista coii bastante rapidez, aunque algunos de ellos son necesarios
` ' ' ' t' ua. A una altitud de cerca de 35,800 km, el periodo es depara proporcionar una cobertura con in
24 horas. A una de 384,000 km, el periodo es cercano a un mes, como puede atestiguar cualquie
ra que haya observado la Luna con regularidad.
' ' ` l ' ' unto para determinar dóndeEl periodo de un satelite es importante, aunque no es e unico p
` ' d V Allen capas de particulas altacolocarlo. Otro aspecto es la presencia de los cinturones e an ,
' ' 'tico de la Tierra. Cualquier satélite quemente cargadas de energia, atrapadas por el campo magne
' ' ' " ` r las articulas con una alta carga de energia.vuele dentro de ellas seria destruido rapidamente po p
' ' ` tr re iones para colocar con seguridad los satelites.Del analisis de estos factores resulta que hay es g
' 1 unas de sus propiedades. Enseguida describiremosEn la fivura 2 15 se muestran estas regiones y a gO
brevemente los satélites que habitan cada una de estas regiones.
2.4.1 Satélites geoestacìonarios
n , h C Clarke calculó que un satélite a una a
' 1 a arentaria peirnanecer inmovil en e cie ,pde 35 800 km en una órbita ecuatorial circu ar p
` ' ` '" stema de comu1945) Se dio a la tarea de describir un si
7
ue no sería necesario rastrearlo (Clarke, .
' rios incluyendo
0
nicaciones completo que utilizaba estos (tripulados) satélites geoestaciona ,
1 . %
E 1945 el escritor de ciencia ficción Art ur . ^ ltitud
'* ""ll`loorlo
110 LA CAPA PtsicA
CAP. 2
T' L i ' sAiiiiuri (i< 'po a emma (ms) atélites necesariosm) __ ¶ A
35,000 ¬ la lT¿< GE@ 270 3
30,000
25,000
20,000 ¬i
Cinturón superior de Van Allen
15,000
1o,ooo a}\U iviEo ss es io
5,000
T Cinturón interior de Van Alien
o ,gs ' 1 7 so
iigrågfiiii LEO
Figura 2 15. Satélites de comunicaciones y algunas de sus propiedades, entre ellas: altitud sobre
la Tierra, tiempo de duración de un v' 'e de id
iaj a y vuelta y la cantidad de satélites necesarios paraabarcar toda la Tierra.
las órbitas, paneles solares, radiofrecuencias y procedimientos de lanzamiento. Desafortu d
mente, llee' l " ' ' ' na ago a a conclusion de que los satelites no er ' ` 0an practicos debido a la imposibilidad deponer en órbita amplificadores de tubos catódicos fri<>ile
r g s que consumian una gran cantidadde energia, por lo cual nunca le dio seguimiento a esta idea, aunque escribió algunos relatos de
ciencia ficción al respecto;
La invención del transistor cambió las cosas, y el primer satélite de comunicaciones artificial,
Telstar, fue lanzado en julio de 1962. Desde entonces, los satélites de comunicaciones se han con
vertido en uir negocio multimilloiiario y en el único aspecto del espacio exterior altamente renta
ble. Con frecuencia a estos sat'l`t ', e 1 es que vuelan a grandes alturas se les llama satélites GEO
(Orbita Terrestre Geoestacionaría).
Con la tecnología actual, es poco aconseable ut'l`
j 1 izar satélites geoestacionarios espaciados amenos de dos grados en el plano ecuatorial de 360 grados para evitar interferencia. Con un espa
ciamiento de dos grados, sólo puede haber 360/2 = 180 de estos satélites a la vez en el cielo. Sin
embargo, cada transpondedor puede utilizar múltiples frecuencias y polarizaciories para incremen
tar el ancho de banda disponible.
Para evitar el caos total en el cielo la ITU asi iia l
, g a posición orbital. Este proceso tiene fuertes connotaciones politicas, y países que apenas están saliendo de la edad depiedra deinandan
“sus” posiciones orbitales (coii el propósito de alquilarlas al mejor postor). No obstante, algunos
países sostienen que la propiedad no se extiende a la Luna y que ningún país tiene derechos lega
les sobre las posiciones orbitales ue s
q e encuentran arriba de su territorio. Por si esto no fuera suficiente, las telecomunicaciones comerciales no l ' ' '
son a unica aplicacion. Las compañiastelevisoras, los gobiernos y la milicia también quieren su tajada del pastel orbital.
Los satélites modernos dpue en ser bastante grandes, pesar hasta 4000 kg y consumir varios kilowatts de electricidad producida ¬ '
por paneles solares. La gravedad del Sol, la Luna y los planetas
. 5 L., ._ .¿." ' Í~` †`~¬,¬>.~c.,†,.1. .,,,
iii, iouns ~sArELrrEs DE coi\/IUNICACsec. 2 4
` t ` es asignadas efecto contrarrestado por, f ' ¬ rien acion ›_ lites de sus orbitas Y 0lazar a los sate' üaüw _ _ _ oomo control def ¬ tividad de &JUSte Se Conoce _tien (1 S de los satelites. Esta ao _ 1 tiene, turbo integra 0
1 combustible de los motores, por o ,,,do se termina e. › ' Sin embargo, Guamn orbital
' t ti
, . ' les necesario deseo. . edio or lo cua
la p0lSml)0 años el satélite navega a la deriva Y cae sin rem , Pos ' incendia o eii_ f . a a la atmosfera y Soral 3 el tiempo la órbita se deteriora Y el Satehte lemgres
7varlff Cosas@ est; ella contra la Tierra. d la discordia También 10 son las frecuen_
ocaslofle _ b' la única manzana G '~ ~ tales no sonosrciones oi 1 . 4 ` de' ren con los usuariosLas p l s transmisiones de los enlaces descendentes 1n.totf1€debido 21 que 3 i
' cíficas a_ das de frecuencia e Sp@mas, d 'sientes En consecuencia, la ITU ha asigna@ haneximicroofi as
da C fue la prime. . la figura 2 16. La ban _ . __ ' ' _ L s rrncipales se muestran on .1 S usuarios de satélites 21 P _
l inferior palo_ i 1 os de frecuencia» ffO d t' ó al tráfico comercial por satelite. Tiene dos rar fé _ ' ` dsin . f '
ltrafico ascen onl atelite) y ol Supemf para 6'f'co descendente o de balada tprovemente de S _ 'dos al mismo. _ . . f floya en ambos Sontlel tiai _ _ i p ya ermitir que el trafico' hacia el satelite) o Pe de subido t
f * das debido' . das estan sobresatuiate ' ren dos canales uno Pam cada Sentido' Estas ban. 1€; › . .Uempo, se rofilu t
' das terrestres. LoSlaces de microon" lizan para los entambien las utlresas portadoras N3 qu@ las emp
' l No obstando internaciona _0 mediante un acueren el ano 200bandas L y S fueron incorporadas
te, son estrechas y saturadas.
ho de bandaEnlfifie a$°e"denÍe A Am . o aturadaT Banda E""Í='°° descendente 0 1 e ei iz is ivii iz Bai@ each@ de W' a' S
T 1.5 GHZ ' `L
l H Bajo ancho de banda; saturadaL M Z q2.2 GHZ 7°, 1.9 GI lzS
500 MHZ interferencia terrestre q i
, 6.0 GHZA C 4.0 GHZ
|\/lHz Lluvia
__ 14 ei iz 50°
11 GHZ
| i o, K” L so oi iz esoo MHZ Lluvia, coste rie equ pi Ka 20 GHZ
Problemas
. ' bandas de satélitflFigura 2 16. Piincipal€S
' ` nes es la ban. . s de telecoinuiiicacio _L ' ente banda más ancha diSP0n1b1e para los Operacìfore ncias es Posible espaclaf los Saa Sigur f d gr estas recue _. ' ta satura Et, Y LEsta banda aun no eSda Ku (K ãlï>€1l0)
ania iiuvia. Ei este BS “H glt , ha otro problema.télites a cerca de un grado. No Obslan 6 y . las tormentas Seor lo general. buena noticia es qu@ Pondas cortas. Laabsorbente de estas m1C1”0 . " de varias esn la instalacionblema se soluciona oo. ' r lo ue el PTOconfriian a sitios especificos, PO (l
d la al costo de más antenas, cables y~ v . ' e Q_ ficiente separacion en Vtaciones terrestres con SU . , " ha aSÍgtra. Tambien Se. » de una estacion a 0, . ar ra rdamentoaparatos electronicos que Pefmltan pas p
l equipo. f ' banda Ka (K arrrbaih pero C _,f ' rcial por satelite en la _nado ancho de banda Para tramo come
' d tas bandas comerciales, tambien hay. . ' caro. Ademas G 65' lizar esta banda aun esnecesario para uti
ilitares. 1 de bandamuchas bandas gubernamentaleïrå/dïïdor de 40 tranepondedores, cada uno con un anc ro
Un satélite moderno troll@ 21
lgunos satélitubo doblado, pero ador opera como un _ ., »S1.e_ada tfäflsponde eracion mode 80 MHZ' Por lo generëä (dde rocesamiento a bordo, lo cual les permite una op OS Satélites elf mer
tes reclemes tienen capaln et ns pondedores en canales era estatica en los pri_ . . ., rafinada. La division do OS P
112 LA CAPA Fisica
CAP. 2a.nclio de banda se d' ' ' 'ividia simpleniente en bandas de fre ' ~cuencia fija En nue _ ,stios dias cad, a hazdel transpoiidedor se divide en ranuras tempo lra eS› Y Varios usuari 'os su turnan para util'izarlo. Mástarde eii este mis 'mo Capitulo analizarenios eii detalle est 'as dos tecnicas in ' ¬ . .( u1UP1@X1oii por divisiónde frecuencia 'Ymultiplexión ' ' 'f' P01 division de tieinpo).Los primero ' 's satelites 060C, estacionarios teiiiaH un solo haz es aci 'al .P que iluminaba cerca de untercio de la su ' 'i Perficie de la Tierrar » . al cual se lcion en precio tamfif . ° e conoce como h10 . uella. Co _vuelto p0Sible,una Est yiequãiimieiitos de energía de los eoiiiponeme 11121 colnsideiable redug
ra e ia ` " , s inicroe e ~' '1 g < e difusion mucho mas refinada Cada Satélite tfïïlenicos, se ha
' es a €<lUÍl3äd0 con
niú tiples antenas
Y U`anSP011Cledoi'es C' ' ~ ada haz descendente se uede c . ,P oncentrai en un area @0_grafica pequeña, de tal ferina que C .bl
S Posi e llevar a cab ' ' 8o simultaiieame111;@ Lina Gran cantidad detransmisiones h 'acia fydesde el satelite. Normalmente estos haces C0 .d s
” › 11001 os coino haces reduci(103, tienen for ' 'ma eliptica Y Pueden ser tan ~pequenos coino al 'gunos cien ' ' _tos de kilometros Por lotš@11€1`ä1, un satélite de ~Comunicació Wlos 48 est _ nes para los Estados Un' , . _ados contiguos y haces 1 eduCidos para Alaska Y Sp;America tiene un haz ancho para
Un avance rec'iente en el inund d f
tacioiies de ba' O 6 los Satehtes de 00111 `¬ `JO Costo unicaciones es _ .
2000) Estas diniiniitas iéìiiiifals VSATS (Terminales de Apertura Nïüšlgããarlgllio (dí mlcroesa es tienei' f ¬t O “ella bramcon ¡OS 10 metros _ i ai. enas de un inerf , N son,que inide una antena G i 0 0 mas pequenas »EO estándar) (en Compäfâelenued ~ 'Y P en producir alrededor de un Watt deenergía P01' 10 general el_ , enlace ascendente fun ` iciona a l9.2 kbPS, pero el enlace descendente funcioiia coii fi~@¢uencia a 512 kbps o más La r 1 ' '
e evisión de difusió `ii directa por satél' ' 'ite utiliza estatecnología f . _is para transniision unidireccional
En inuchos s'istemas VSAT l ', as inicroestaciones 'no tienen suficieiit '6 POÍBHCIE1 para comunicarse directamente una con la otra tar f , .t. 1 f. _ _ raves del satelite, por Supuesto). En vez de ello en
" . i mo se mues_
ia en a iguia2 17 es necesan
con una antena g1_an›de ar a una estacion especial en tierra la estación
9 . ' ` ' ' . f . 5 ". P a ietiansinitii el trafico entre VSATS En est denctllaia que cuenta
' e m0 0 G 0 eración elemisor o el rece '_ ptoi tieneii una aiitena gi ande y un ampfificadol. pote Í L P ,
ii e. 21 desventaja es queexiste un retardo i 'nas prolonaados al coiitar con estao'iones de usuario má f ›s economicasLas VSATS tieiieii un futuro ~ 'pi oinetedor en las zonas rural 'es. Aun no tienen una amplia aceptación P@1`0 más de la `* mitad de la población del inundo viv@ a una h ' ,ora de distancia del telefonomás cercano. El tendido d , _d 1 e redes telefonicas a miles de pequeñas p0`b1¿1C10neS
excede el presupuesÍO C 21 1113 f 'yoria de los gobiernos del tercer mund0» Pero lo que si es f 'act ' ~fible es la instalacion deantenas VSAT de un met .A, ro aliin r ¬ _gla que enlazará al mundo _ en adas por celdas solares. Las VSATS pro or ' '
P cionai an la tecnolo_Los satélites d ~ ee comunicaciones tie 'nen diversas 'propiedades radicalme ' 'nte distintas a las C1e losenlaces terrestres de puiito a punto P. ara einpezar aun› Cuando las señales h `ama Y desde un satél'1te Vialän a la velocidad de 1a luz (cerca de 300 0001
° im/Seg) el largo via' '' > Je de ida y vuelta provoCa un retardo sustancial
estación terrestre asi coiiióadlolSatehtes GEO Dependiendo de la distancia
un extremo al Otro es de entre 353 el3eg/äcion del satélite en el horizonte el tiïåtfe Í11 usuario y la
Sistema VSAT _ I Y mseg. Un valor com' ” PO e transito de
Con Propósciiïls Ldléaeestaclen central). un es de 270 mseg (540 mseg Para un., Omparacióii los e 1 ipagacion de casi 3 ” H 3068 terrestres de micro d 'Hseg/km, en tanto que los enlaces de cable coaïiblaó lleliìn un retardo de pm
21 i ra óptica tienen un
«~. T.
SH; 2,4 sariäiiras
¿E%¢
s
¡Hifi l= H* (.93DE COMUNICACIONES
Satélite de
/comunicaciones
1 4
/,
/
/
c išc
3 2
4 VSAT
Estación central
Figura
/km El último es más lento que el primer
2 17. VSATS con una estación central.
oi debido a que lasretardo de aproximadamente 5 ttseg _ L
señales electromagnéticas viajan más rápido en el aire que en materiales sólidos. 
Otra propiedad importante de los satélites es que son esencialmente medios de difusión. No
cuesta más enviar un mensaje a miles de estaciones dentro de la huella de un transpondedor de lo
" ' ' d nu útil para algunas aplicaciones. Porque cuesta enviarlo a una sola estacion. Esta piopieda es i y
` ' ` ` ' ` W b o ulares a los cachés de una gran cantiejemplo, es posible que un satelite difunda paginas e p p
dad de computadoras diseininadas en un área amplia. Aun cuando la difusión se puede simular con
líneas punto a punto, la difusión por satélite es mucho mas econóinica. Por otro lado, los satélites
son un verdadero desastre en el aspecto de seguridad y privacidad: cualquiera puede escuchar to
do. La encriptación es esencial cuando se requiere seguridad.
` ` d transmitir un mensaje es inde~Los satélites también tienen la propiedad de que el costo e
' ' l d del océano tiene el mismo cospendiente de la distancia que se recorra. Una llamada al otio a o
to que una al otro lado de la calle. Los satélites también cuentan con excelentes tasas de error y
l de manera casi instantánea, un aspecto importante para las comunicacionesse pueden desp egar
militares.
2.4.2 Satélites de Órbita Terrestre Media
Los satélites MEO (Órbita Terrestre Media) se encuentran
` ` ' st satélites se desplazan lentamented Van Allen Vistos desde la Tieria, e os
' 'as
tre los dos cinturones e . .
` l la Tierra. Por consiguiente, es necesario id d de seis horas para dar la vue ta a
h ll mas e
y tardan alre e or
res ue los GEO, tienen una ue a pf e se desplazan Puesto que son meno q
tilizan para
trearlos con orm .
` ` te ara alcanzarlos. Hoy en día no se use re uieren transmisores menos poten s p
GPS (Sistema de Po
queña y q V
telecomunicaciones, por lo cual no los examinaremos aquí. Los 24 satélites
` l de satélites MEO.sicionamiento Global) que orbitan a cerca de l8,000 km son eiemp os
a altitudes mucho más bajas, en
f sArEi_i'rEs DE CoiviuNiCACioNEs HS
114 LA CAPA risior
CAP 2 src 2 4 _
En una altitud ' 'mas baja enc
la rapidez d 7 . Oflïramos a los satélit L 'e su movimient es E0 (Orbita Ter _Completo. Por Otro lado coo, se requieren grandes cantidades de ellos arafestrìe Baja). Debido ¿1
, mo los satelites se eiicuentran tan cercano p CO.n Omar un Slstema
S a la T191`1`a› las estacionesterrestres no necesii. 2111 mucha potenc`nos milise und _, 1a› Y el retardo del via'e d ` Y A * a' s _šš os. En esta seccion emminaremost _ J e ida y vuelta es de tan sólo al u ps C ¿ *?lå'¡.(.Q/}"\'§\~tl`, ..«\¡;__,,å rnres ejemplos dos b ' g C o A A \\1;¡«\_ ~¶¡1¡ä.'.ì ,.¡.¡¢i, so ie las comunicacioiies de i
40' '~'Í`* 03 o. 'á "09'Ó . _ , ',_( su
VOZ un _ . .Y O sobre el Sei vicio de Internet.
Iridium
Como °ya mencionamos du ib 1 , rante los primeros 30 anos de la era de lo ' 's satelites casi no se utili_Za aii os satélites de órbit 'a baja por ,roroia abrió un nuev _ que alïarecian y desapa1.eC†0 Cammo al S01. . _ iaii con mucha rapidez E 1
de Estados Unidos icitar permiso ala FCC (Comi f ' n 990, Mo, . sion F .l Para lanzar 77 satelites de órbita baja Para el . edelal cie Comumcacïøn 93
ployecto Iridium (el iridio es elelemento 77) E1 .' Plan fue modificado más tarde para utilizar '1 55 f
SO O Satehtes POT 10 que el io oo
to debió haberse 1 @nombr d _a o coino Dysprosium (elemento 66), pero quizá e i p Y
S e nombre sonaba deniasiado a enfennod¿1Cl.Elp1'0 ' `10 ¡eem , POSIÍO era que tan r .Plazaria Esta ro p onto como un sat'1u f , 9 lle SeP p esta desato un freriesi entre otras compañías D perdiera de vista, otro
. C * ,pi onto, todos querian
›
C\¬, € _:ll8?!' \\\!šs' I'
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2 4 3 Satélites '' ' de Úrbita Terrestre Baja
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(el _ (bl
Figura 2 18. (a) Los satélites Iridium forman seis collares alrededor de la Tieria. (b) l628 celdas
eii moviiniento cubren la Tierra.
Cada satélite tiene un máximo de 48 celdas (haces reducidos), con un total de 1628 celdas so
I8 lb) Cada satélite tiene una capa
lanzar una cadena de satélit ' 'es de orbita b 'Después de . ~ aja.siete anos do jm _ .pi ovisación de socio ' ' 'S ' _ . . . .Y financiamiento, los socios lanzaron los Sa bre la superficie de la Tierra, como se muestra en la figura 2 ( _
_ d d 3840 canales o 253 440 en total. Algunos de estos canales se utilizan para localización
télites Iridium en 1997 El ser ` `vicio de comunic `aciones e ' ' .mpezo en noviembre de 1998 Por desgra cida e , ,
d ersonas y navegación, eii tanto que otros, para datos y voz.
` " tre clientes distantes tiene lu
cia, la demanda co 'mercial de ' _ , .telefonos poi satelite Grand d f › . . _ ' 6 p
' ` d Iridium es que la comunicacion en
` ' 1°' *a
red telefónica m' 'ovil habia ` ° GSY P€Sa os ue increcido de manera espectacular desde l990 E Significante porque 1a
n consecuencia el io
yecto Iridium no fue rentable b
, ue ' .rativos mas espectaculares del qh' 10. en agosto de 1999 en lo que fue .uno de 1 lo › P _
de dólares) ñ a istoria. Los satélites ' OS racasos COTPOieron adquiridos . Y otros activos (oo 1 _
Posteriorme t ' › H Va oi de 5000 m`ll93199016 de venta de ' U 6 por un inversion' t ' 1 Onesgaraje extraterr . . IS a en 25 millones de d 'l
El negocio d . €Sl¿re. El servicio Irid' ' f O ares en unae Iridium era ( * lüm se reinicio en mar d
través de dis ' ' Y 68) ofrecer servicio d zo e 2001'posmvos de bolsm e telecoiiiunicacio
. _ 0 que se co ' nes en todo el mu dmona Semcw de V munican directam . n o a_ oz datos búg ente con los satélitesl '(1'
tierra, mar ` , ” queda de personas f f H mm Pf0P0fY aire. Entre sus cl' = ¿X Y navegacion 'tes est” 1 ' en Cualquier a ttrolera asi lan 311 as industria ' ' p r e= Sea en, como Personas ' ' Smamlma dela ` ". Cllle viajan a t ' avlaclon Y €Xplora "municaciones ( ' par es del muflde ~ Clon pe'por qemplo desi que caiecen de i 1°_ tos m ~ n raestructura d i 1
Los satélites I ` ` a er › Olltanas selvas 1 ' e 6 eco'ridi ' _ ° Y El gunos apuestos en forma d uiã estan a una altitud de 750 km en Órbit P lsles del tercer mundo).
e co ar de norte ° as po ares circular E ' 'completa Se Cubre _ a sui, con un satélite es. stan dis
con seis collares a cada 32 grados d 1 ', como se aprecia en l ' C amud' La TleffaH flsura 2 is a ~( l Quienes no tengan muchos. conocimientos sobre química puede .
prosio, con la Tierr H Pensar que esta d' ' ¬21 001110 núcleo , _ ÍSPOSICIOH GS 1111 ' .y los satelites com gran atomo de do electrones 1S`
l V ' 7 ` .. Q
.........._,.,..._, "¬**~ ' we 11.me _.†; =.,.r,,i,_.,.,,, _ _____ __
 .
Una propiedad interesante e
' ` ' ` 1 uiente, como se muestra en la iguigar en el espacio, con un satelite retransmitiendo datos a sig
` ' el Polo Norte y hace contacto con un satélite que se2 l9(a). Aquí vemos que quien llaina esta eii
' ' 'l. L llamada se retransmite a través de otros satelites y por úlencuentra directamente arriba de e a
timo es entregada al destinatario en el Polo Sur.
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