26 May
REDES DE
COMUNICACIO N
CONTENIDOS
- Coexistencia de redes de comunicación
- Estructura de las redes de telefonía
- Arquitectura de las redes de comunicación
- La red complementaria
- Redes de acceso usuario. Bucle local
- Elementos que constituyen la red de acceso usuario
1. COEXISTENCIA DE REDES DE COMUNICACIÓN
Una red de comunicación es una estructura compuesta de medios y equipos cuyo fin es el de transmitir información (imagen, datos o voz) entre dos o más usuarios localizados en puntos diferentes.
La evolución tecnológica de las redes y la aparición de nuevas empresas operadoras han modificado el panorama de las comunicaciones en España. Así, la liberalización del bucle de usuario y de las llamadas locales en el año 2000 ha obligado a la coexistencia de redes de diferentes tecnologías y, como consecuencia, de distintas prestaciones.
Tomaremos como punto de referencia las antiguas operadoras con equipos todavía en servicio, con su estructura de red de usuario basada en cables de pares de cobre y equipos de conmutación analógicos que no posibilitan elevadas velocidades de transmisión, hasta sistemas de red inteligente con aportación de modernos servicios añadidos.
La Red Conmutada de Paquetes de Datos (envío de información dividida en partes y sin ruta determinada), diseñada a finales de los años setenta, ha evolucionado hacia redes de más alto rendimiento. En la década de los ochenta surge la Red Digital Conmutada para empresas (IBERCOM), servicio público para comunicaciones avanzadas de voz y datos, que permite la constitución de redes privadas virtuales, haciendo uso de la infraestructura de la Red Digital Integrada (RDI).
La comunicación de datos de tecnología analógica a través de módem (9.600 bits/s) demanda mayor velocidad y calidad, creándose redes digitales punto a punto cuya estructura presenta medios de transmisión capaces de proporcionar conexiones digitales permanentes de amplio espectro de velocidad, a partir de interfaces de usuario normalizadas e independientes del medio de transmisión.
En este mismo período de tiempo se desarrolla la Telefonía Móvil Automática (analógica).
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Con este panorama se comienza la digitalización de la red de transmisión (enlaces entre
centrales) mediante sistemas de multiplexación digital y cables en fibra óptica (RDI). La red de
interconexión de usuarios (conmutación) se digitaliza permitiendo la Red Digital de Servicios
Integrados (RDSI) como medio de comunicación digital conmutada de usuario a usuario.
La telefonía móvil da paso a la segunda generación (GSM), la “red conmutada de datos” (envío
de información troceada, paquetes, y por el mismo o diferente camino), ya obsoleta en
velocidad, evoluciona hacia procesos más completos y rápidos, con soportes de comunicación
de mayor velocidad. Las técnicas de transmisión digital no paran de desarrollarse: hasta hace
poco, la máxima velocidad era de 2,5 Gbits/s, y actualmente ya se utiliza a 10 Gbits/s, ya que la
fibra óptica que actúa como soporte de la comunicación, de momento, no limita la velocidad.
Figura 1. Modelos de redes actualmente en servicio.
Las nuevas operadoras basadas en tecnología digital ofrecen soluciones variadas, desde el
paquete completo (imágenes, datos y telefonía) con soporte mixto, en cables de fibra, coaxial
y pares, hasta el bucle local vía radio, con tecnologías de comunicación avanzadas
denominadas Red de Voz y Datos IP (Internet Protocol), paquetes de información
direccionada y con capacidad de transmisión, velocidad y ancho de banda variable según el
tipo de información a procesar.
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2. ESTRUCTURA DE LAS REDES DE TELEFONÍA
Uno de los motivos, aunque no el único, de la existencia de Centros de Conmutación (CC) en el
área de comunicaciones es el de ahorrar en el excesivo número de conexiones que se deben
efectuar desde los aparatos telefónicos de usuario.
En efecto, imaginemos que queremos conectar entre sí todos los aparatos telefónicos de un
área determinada: el número de conexiones será el de cada uno de los usuarios con todos los
demás; y esta solución es inviable desde el punto de vista práctico. Piénsese, además, que
cada usuario ha de tener acceso a todos los demás usuarios de su nación y, en último término,
a todos los usuarios del mundo, con lo que el valor del número de conexiones sería
excepcionalmente alto.
Los centros de conmutación (nodos) de comunicaciones aparecen, pues, como el punto
donde se reúnen las conexiones de todos los equipos terminales de comunicación de una
determinada área, que se denomina “área local” o “área del nodo de conmutación”.
El sistema que efectúa únicamente la misión de conectar usuarios entre sí se denomina
“centro (nodo) de conmutación local”. En él, y más concretamente en el “equipo de
conmutación”, reside la inteligencia necesaria para direccionar adecuadamente la
comunicación desde su origen (usuario llamante) hasta su destino (usuario llamado). Esto se
hace teniendo en cuenta las cifras que selecciona (marca) el usuario llamante (obviamente, las
del usuario llamado), y considerando también los “criterios de encaminamiento”.
Cada una de estas uniones puede estar materializada por un par de conductores
Convenientemente aislados, y que se denominan “par de usuario” o “línea de usuario”, o por
un circuito inalámbrico. Al conjunto de elementos necesarios para unir un centro local de
conmutación
con sus usuarios, tales como cables, canalizaciones, cajas de conexión, etc., se le denomina red
de usuarios.
La desregulación del mercado del bucle local de usuario, con su liberalización y el avance de
nuevas tecnologías, ha permitido la aparición de operadoras con el diseño del bucle local vía
radio, en el que el par de usuario ha sido sustituido por conexiones en esta tecnología, con una
estructura diferente.
3. ARQUITECTURA DE LAS REDES DE COMUNICACIÓN
El dimensionado de la arquitectura de una red de comunicaciones dependerá del volumen de
usuarios y de las zonas de implantación. Coexisten redes de diferentes topologías, y es que la
estructura general de una red está determinada por sistemas funcionales:
• Red de acceso. Permite la conexión del usuario a la red troncal, dispone de nodos de
pequeña y media capacidad con diferentes tecnologías de acceso.
• Red troncal. Constituida por dos niveles: la red nodal de conmutación y tránsito y la
red de transporte.
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Como sistemas de apoyo se cuenta con una red inteligente y la gestión de la red, para
rentabilizar los recursos de la red citada anteriormente. No obstante, se desarrolla a
continuación el pasado (red en árbol) y el presente (red en anillo) en el área de redes de
comunicación.
Si en la red jerarquizada en árbol los centros de conmutación local (nodos finales) no
estuvieran conectados entre sí, solamente podrían comunicarse aquellos usuarios
pertenecientes a la misma área local. Es necesario, por tanto, conectar entre sí los centros
locales. Pero el número de centros locales en alguna operadora podría ser excesivamente alto
para conectarlos todos entre sí. Por consiguiente, es necesaria la existencia de un centro de
conmutación de rango superior al local, de mayor categoría, y que conecte entre sí los centros
locales. Estos centros se denominan centros de conmutación primarios (nodos terciarios).
Un centro primario con su zona se define como el conjunto de áreas locales, correspondientes
a los centros locales, que dependen del mismo centro primario. Cada centro local necesita de
un centro primario. Sin embargo, de un centro primario dependen varios centros locales. La
misión primordial del centro primario es, por tanto, la de conectar los centros locales entre sí,
cursando llamadas de tránsito, es decir llamadas correspondientes a usuarios que le son
ajenas. La unión entre un centro local y el centro primario del que depende se denomina
sección primaria y está compuesta por un conjunto de circuitos individuales llamados enlaces.
Cada enlace entre centros es capaz, en un momento dado, de ser soporte de una
comunicación. Como los usuarios de distintas zonas primarias han de tener también la
posibilidad de comunicarse, deben interconectarse entre sí
los centros primarios. De acuerdo con el volumen de usuarios y su implantación, provincial o
nacional, se estructurará la red. Si el número de centros primarios es excesivamente alto para
conectarlos todos entre sí, se hace necesaria la existencia de un centro de mayor categoría,
que interconecte los centros primarios. Este centro se denomina centro de conmutación
secundario (nodo secundario). Un centro secundario, con su zona, se define como el conjunto
de zonas primarias correspondientes a los centros primarios que dependen del mismo
secundario (casi siempre, una zona secundaria
Coincide con una división administrativa, normalmente con una provincia o una comunidad
autónoma). Cada centro primario depende solamente de un centro secundario. Sin embargo,
de un centro secundario dependen varios primarios.
Por tanto, la principal función del centro secundario es conectar a los primarios entre sí,
cursando llamadas de tránsito. A diferencia del centro primario, en este caso no hay
excepciones, puesto que ningún tipo de centro secundario tiene usuarios propios. La unión
entre un centro primario y el secundario del que depende se denomina sección secundaria.
Para comunicar a los usuarios de distintas zonas secundarias (implantación regional) y
diferentes operadoras, de nuevo hay que recurrir a un centro de rango superior, pues el
número de centros secundarios continúa siendo excesivo para su interconexión total, y en la
interconexión con otras operadoras, actuará de pasarela. Dicho centro es el centro de
conmutación terciario (centro nodal o nodo primario). Un centro terciario, con su área, se
define como el conjunto de áreas secundarias correspondientes a los centros secundarios que
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dependen del mismo centro terciario. Una zona terciaria suele coincidir al menos con una
región, y por ello recibe también el nombre de
«región nodal». Cada centro secundario depende de sólo un centro terciario. Sin embargo, de
un centro terciario dependen a la vez varios secundarios.
La función del centro de conmutación terciario es la de conectar los centros secundarios entre
sí, cursando llamadas de tránsito. A esto se limita su función, puesto que ningún centro
terciario tiene usuarios propios. La unión entre un centro secundario y el terciario del que
depende se denomina sección terciaria.
Figura 2. Red jerarquizada en árbol.
Para comunicar entre sí los usuarios de distintas áreas terciarias (implantación nacional) no
hay que recurrir a centros de rango superior, puesto que los centros terciarios son inferiores a
diez en el caso de las distintas operadoras. Las uniones entre centros terciarios se denominan
secciones nodales, y constituyen las rutas nacionales.
La red jerarquizada en anillo recibe otras denominaciones, como se muestra en la Figura 3.
Resumiendo, podemos definir la arquitectura de centros de conmutación como una red
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jerárquica en la que el conjunto de terminales de usuario y los centros de conmutación
automáticos están unidos todos, de manera que cada uno de ellos dependa de una categoría
inmediatamente superior, encontrándose los centros de máxima categoría unidos todos entre
sí. No obstante, esta estructura se podrá minimizar de acuerdo con la implantación y el
volumen de usuarios de la operadora.
Figura 3. Red jerarquizada en anillo.
4. LA RED COMPLEMENTARIA
Las operadoras de implantación nacional y amplio número de usuarios diseñan redes de unión
de sus CC, por red jerárquica entre usuarios, y se realizan a través de anillos finales, anillos
terciarios, etc. Para comunicar a dos usuarios pertenecientes a la misma operadora a través de
la red
Jerárquica, el camino para hacerlo puede ser único y se denomina ruta final.
Ruta es, pues, el conjunto de anillos que constituyen la conexión entre dos usuarios
determinados a través de la red jerárquica. La longitud de la ruta depende de la “distancia” a la
que estén situados los usuarios en esta red jerárquica. Sin embargo, muy a menudo y debido al
análisis de tráfico realizado, se establece que determinadas áreas locales se comunican de
forma reiterada con otra área local o zona secundaria, y así puede hacerse un encaminamiento
de llamada más corto, lo que significa ahorro económico y mejor grado de servicio (menos
llamadas no completadas).
Este encaminamiento se realiza a través de la red directa o complementaria. La red
complementaria se superpone y conecta a la red jerárquica. Y se compone,
fundamentalmente, de secciones directas.
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Una sección directa es un conjunto de enlaces que une dos centros de conmutación, a los
cuales, desde el punto de vista de la red jerárquica, no les correspondería estar directamente
unidos. Las secciones directas pueden establecerse no sólo entre centros locales entre sí, sino
también entre centros primarios y entre centros secundarios, respectivamente.
Además, está permitida la existencia de secciones directas entre centros de distinta categoría,
siempre que no difieran en la jerarquía de la red en más de un grado. Ejemplos de secciones
directas pueden ser:
• De centro de conmutación local a centro local.
• De centro primario a centro primario.
• De centro local a centro primario, del que no dependa jerárquicamente.
• De centro primario a centro secundario, del que no dependa jerárquicamente.
La existencia de la red complementaria supone que el camino entre dos usuarios ya no es
único, como lo sería si sólo estuviera la red jerárquica, sino que, en general, hay varios caminos
posibles entre los que los centros tendrán que decidir el encaminamiento. Esta red
complementaria se encuentra tan extendida que, para ciertos tipos de tráfico, cursa la mayor
parte de las llamadas (por ejemplo, para las llamadas entre zonas secundarias distintas).
Figura 5. Red complementaria en árbol.
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5. REDES DE ACCESO USUARIO. BUCLE LOCAL
Las redes telefónicas estructuradas necesitan dos tipos de redes: la de enlace, formada por
circuitos que unen los centros de conmutación entre sí, de utilización común para todos los
usuarios, y que, según su ámbito, serán urbanos o interurbanos, apoyándose en los sistemas
de transmisión. El segundo tipo de red es el de acceso usuario o bucle local, siendo este
conjunto de elementos el que permite la conexión eléctrica entre los equipos de usuario con el
centro de conmutación local al que pertenecen, de forma que cada uno de ellos tiene asignado
un circuito o canal de comunicación para su exclusivo uso.
La red de bucle local debe cumplir ciertas condiciones que garanticen su correcta utilización y
funcionamiento, y que son las siguientes:
• Cubrir las necesidades del desarrollo y servicios para el periodo que se ha
proyectado.
• Tener la flexibilidad suficiente para poder seguir ampliando la red en sucesivos
períodos de tiempo, con una estructura mínima que deberá ser sustituida.
• Contar con la suficiente capacidad tecnológica para una correcta utilización entre los
dos periodos de ampliación.
• Poseer una adecuada calidad de transmisión, de forma que se cumpla la normativa
de la UIT
(Unión Internacional de Telecomunicaciones).
• Ha de estar proyectada para que la relación inversión/rentabilidad sea la adecuada.
La estructura de las redes puede ser diferente según el tipo de servicio de la
operadora:
• Bucle local de usuario por cable tradicional.
• Bucle local de usuario multiservicio.
• Bucle local de usuario inalámbrico (LMDS).
Se definen, además, elementos comunes en las redes por cable, utilizados para todos los
servicios, como:
• Repartidor de usuarios. Es el elemento de la estructura que se encarga de realizar la
conexión entre la red exterior y el equipo de conmutación. Su función principal es hacer que
cualquier par de cable de la red pueda ser interconectado con cualquier acceso de usuario del
equipo de conmutación, y sus componentes son:
• Armazón. Estructura metálica vertebradora del resto de los componentes del
repartidor.
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• Lado con disposición horizontal de las regletas. En él se encuentran las
regletas de conexión al equipo de conmutación (números de usuarios).
• Lado con disposición vertical de las regletas. Donde se montan las
regletas en las que conectar la red exterior; éstas están dotadas de descargadores para
la protección de descargas eléctricas procedentes del exterior.
• Hilo de puentes. Está formado por un par de conductores metálicos aislados, para
interconectar cada par de la red exterior (regleta vertical izquierda) con un número del
centro de conmutación (regleta horizontal superior).
• Cámaras de registro. Componente de la infraestructura que permite el acceso a los cables
subterráneos para facilitar su empalme o derivación hacia canalizaciones laterales. En la red de
enlaces o nodos de operadoras multiservicio también podrá contener los repetidores de
equipos del sistema de transmisión.
Figura 6. Regleta de repartidor de usuarios.
Cajas terminales. Pueden ser de interior o de exterior, según su disposición en el interior de
edificios o en sus fachadas; en ellas comienza la red de dispersión: cableado hacia el usuario
mediante acometidas adecuadas según el tipo de instalación o ambiente que permite acceder
hasta el usuario. En este último elemento se encuentra el Punto de Acceso al Usuario (PAU), en
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el que básicamente termina la responsabilidad de la operadora, ya que a partir de ahí se
encuentra la instalación interior de usuario.
5.1. Bucle local de usuario por cable tradicional
Ofrece servicio de telefonía y datos. Los elementos básicos de la red, además de los ya
mencionados, son los siguientes. Desde el repartidor, y pasando por la cámara de cables, en la
planta inferior y hasta la primera cámara (CR 0), se encuentra la sección de cables terminales,
de gran capacidad. A continuación aparecen los cables de alimentación, con segregaciones
rígidas (empalmes) a otras secciones posibles (distribución) y en otras cámaras de registro. Las
secciones mencionadas de los cables se encuentran presurizadas para una mejor protección y
aislamiento, estando dotadas de un sistema de alarmas para detectar las fugas del gas a
presión.
Figura 7. Red de acceso de abonado.
También cabe destacar un punto de interconexión, constituido por armarios de
subrepartición, a los que acceden cables de gran capacidad procedentes de la red de
alimentación y del que parten cables de menor capacidad que constituyen la red de
distribución, rellenos de gel para su protección. Estos armarios están dotados de regletas de
inserción que permiten la interconexión flexible mediante puentes de hilo pareado de ambas
partes de la red.
Para la ordenación de tal cantidad de pares que acceden a un repartidor, éstos se numeran en
bloques de cien unidades, constituyendo los “grupos”, es decir, que con la información de
grupo y par (del 1 al 100) podemos localizar un par en el repartidor, y estando debidamente
numeradas las cajas terminales, localizarlo también en éstas. Para una previsión de red, los
proyectistas deben considerar la dedicación y edificabilidad del suelo, residencial o industrial,
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un entorno socioeconómico en el primer caso y el número de parcelas en el segundo; de
cualquier forma y de manera aproximada, se puede indicar un coeficiente entre 1,5 y 2 en la
generalidad de los casos.
Figura 8. Armario de subrepartición.
Cuestión 1. Se dimensiona el cableado de la red de dispersión de una zona
residencial con grandes dificultades para la obtención de la licencia de
obra, por lo que es necesario realizar una previsión a largo plazo. ¿Cuál
sería la mejor solución?
5.2. Bucle local de usuario multiservicio
Suelen ser operadoras de ámbito provincial, que distribuyen señales de televisión con canal de
retorno y dan servicio de transmisión de datos, telefonía y de valor añadido. La arquitectura de
sus redes son soluciones propietarias, generalmente híbridas de fibra y cable coaxial en la
parte final de distribución. Partiendo del centro de distribución y por anillos redundantes de
fibra óptica y nodos jerarquizados (primario, etc.), se amplía su cobertura según su
implantación. La estructura básica se denomina “red troncal”. El anillo primario puede
contener los nodos con los centros de conmutación y las pasarelas de conexión con otras
operadoras, y todo está constituido por cables de fibra óptica de gran capacidad, que
transportan los servicios. Partiendo de cada uno de los nodos, se sitúa el anillo secundario de
características parecidas al anterior y que permite, mediante nodos de dicha jerarquía,
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establecer los anillos terciarios en los que se encuentran los nodos ópticos finales, donde se
sitúan multiplexores digitales (dispositivos de concentración de usuarios).
La fase final se realiza con cables mixtos (coaxiales y pares) hasta su acceso a la estructura
común de comunicaciones. La señal de televisión se distribuye en red árbol, rama con
amplificadores telealimentados (a 50 Hz desde el nodo) y derivadores. El acceso de telefonía se
realiza por cables de pares y distribución de exterior o interior, según la red del edificio. Lo
indicado son soluciones individuales, aunque también se ofrecen soluciones integrales
mediante equipamiento específico que permiten los productos mencionados y datos en alta
velocidad.
Figura 9. Red de distribución de telecomunicaciones por cable.
5.3. Bucle local de usuario inalámbrico (LMDS)
Cada usuario o grupo de usuarios estará dotado de unidades internas que, a través de la
estructura común de comunicaciones del edificio, se encuentran adjuntas a la unidad de
usuario externa, constituida por un sistema de transmisión de radio digital y una antena
direccional integrada que le permite conectarse mediante esta tecnología a la estación base. El
sistema permite distancias de hasta quince kilómetros de la estación base, pero con
disminución de la velocidad de transmisión digital. En la estación base un sistema de
comunicación encamina el tráfico hacia el centro de conmutación mediante enlaces en fibra
óptica. Dependiendo de las zonas y el volumen de estarán dotados de pasarelas para su
conexión a otras redes.
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Debido a las tecnologías empleadas para las comunicaciones (radio y redes IP, protocolo
empleado en las redes de datos), se ofrecerán al usuario diferentes anchos de banda
(velocidad de transmisión digital) para satisfacer las necesidades del usuario.
Las concesiones de frecuencias adjudicadas se encuentran entre los 3,5 y 26 GHz, con tres
operadoras en cada una de las bandas y con un ancho de banda para cada operadora de 20 y
56 MHz, respectivamente.
Figura 10. Esquema básico de red LMDS.
Cuestión 2. ¿Es posible distribuir señales de comunicaciones por la red
eléctrica?
6. ELEMENTOS QUE CONSTITUYEN LA RED DE ACCESO USUARIO
A continuación se exponen los distintos elementos y sus tipos más específicos que conforman
una red de comunicaciones, así como el proceso a seguir en su construcción:
• Cables. Los elementos que conforman un cable para telefonía son:
• Conductores. De número variable según el tipo de red y la previsión que se realice,
son ce cobre electrolítico recocido de sección circular y de diversos calibres en función
de la distancia al usuario final al que darán servicio; pero en la mayoría de los casos
son de 0,405 mm de diámetro, si bien en grandes distancias se precisan 0,51 mm. Se
integran en pares adecuadamente aislados para evitar el contacto entre ellos. El
aislante es de plástico de dos tipos: polietileno (PE) o policloruro de vinilo (PVC).
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• Cubiertas. Una vez agrupados, es necesario proteger los cables del exterior y darles
una resistencia mecánica.
• Puntos de conexión. Son necesarios para posibilitar la separación de la red de alimentación
de la distribución, y de esta forma obtener una red de distribución dimensionada para cubrir la
demanda a largo plazo y una red de alimentación con menor número de pares con objeto de
atender las peticiones a corto plazo. Dependiendo del modelo de red que se diseñe, los puntos
de conexión serán rígidos o flexibles y podrán localizarse en cámaras y/o arquetas
subterráneas o en intemperie (fachadas de edificios).
• Diseño de la red. Se opta por un modelo de ampliación de red, en una zona de nueva
construcción, dimensionando la red de distribución adecuadamente y haciendo uso de puntos
de conexión; si la red de alimentación no contara con los recursos suficientes, se ampliaría de
acuerdo con las necesidades de la distribución. Básicamente, para realizar el diseño es
necesario disponer del proyecto general de la zona con los planos de ubicación de los edificios
y su naturaleza, parcela sin edificar y distribución de zonas industriales si procede, planes de
urbanización, etc., con los que se puedan evaluar las futuras necesidades y las fechas de
terminación. Con todos estos datos se realizará la previsión de la demanda, cálculo destinado a
evaluar las necesidades a corto y a medio plazo. Esta previsión de la demanda permite realizar
la planificación.
Pares mínimos = No de usuarios · Coeficiente de uso (según tipo)
Previsión a medio plazo = Pares mínimos · 1,4
Una vez calculada la previsión a medio plazo, se consulta la tabla de capacidad de los cables,
seleccionando el inmediatamente superior. Con el cálculo realizado, se desarrollará la red de
distribución. En el caso de cables sin conectar, quedarán en los empalmes debidamente
señalizados para realizar futuras ampliaciones. Se añade un par por cada 100 que se utiliza
como línea de servicio y aparecerá multiplado en cada caja terminal de distribución.
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7. MEDIDAS EN TRANSMISIÓN
7.1. ADAPTACIÓN DE IMPEDANCIAS
Comenzaremos enunciando una definición básica de impedancia: “parámetro que engloba
resistencia y reactancia capacitiva e inductiva, siendo estos los factores limitativos de una línea
de comunicaciones”. En general, la corriente para una determinada tensión de CA queda
determinada por este concepto.
Definimos la impedancia como el cociente entre la tensión eficaz o de cresta aplicada a un
circuito y la corriente eficaz o de cresta producida por dicha tensión:
. Esta ecuación representa la ley de Ohm para una línea eléctrica con componentes resistivos,
inductivos y capacitivos, aunque se recalca que solamente se aplica a valores eficaces o de
cresta. La unidad empleada es el ohmio.
Los circuitos de comunicaciones en su equivalente eléctrico están formados por elementos
básicos de circuito en número muy elevado, que se unen unos a otros; siendo la impedancia de
estos la que determina sus características eléctricas (dispositivos) y mecánicas (cables).
Para poder estudiar qué es lo que ocurre en la línea (red), necesitamos un modelo que sea fácil
de utilizar. En este punto vamos a desarrollar dicho modelo, necesario para estudiar la
adaptación de impedancias. Con el fin de que la señal pueda llegar a la carga, las secciones
están unidas. A la impedancia seleccionada en el generador la denominamos Z1, y la de la
sección medida hacia la carga es Z2.
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Figura 7.1. Equivalente eléctrico de una pequeña longitud de par de cable.
7.2. COEFICIENTE DE REFLEXIÓN
Como consecuencia de la conexión del generador (Vg) al punto de unión de las dos secciones
del circuito, llega una señal que denominamos onda incidente. Si Z1 y Z2 no coinciden, cuando
esta señal llega a la unión, parte de la señal (la onda transferida) es transmitida a la sección
contigua, mientras que otra parte de la señal original es reflejada hacia atrás. Esta parte de la
señal se denomina onda reflejada (véase la Figura 7.2).
Figura 7.2. Señales originadas por la desadaptación de impedancias.
Como la potencia de la inda incidente se reparte entre la potencia de la onda transferida y de
la onda reflejada, resulta que este fenómeno presenta dos aspectos perjudiciales:
• El primero es la generación de una onda reflejada de características idénticas a la señal
incidente que se propaga en sentido contrario y produce ecos e inestabilidades en las líneas.
Para cuantificar este fenómeno se ha desarrollado el concepto de coeficiente de reflexión.
Se denomina coeficiente de reflexión de tensión, en cualquier punto de la línea de transmisión,
al coeficiente que relaciona la tensión de la onda reflejada respecto de la tensión de la onda
incidente. Del estudio de la propagación de las señales en línea se deduce que el coeficiente de
reflexión es igual a:
De igual forma obtenemos, con la inversión de los términos, el coeficiente de reflexión en
intensidad:
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. De lo que se deduce que ρv=−ρi•
Si Z1 = Z2 → ρv = 0 → No existe onda reflejada.
• Si Z1 = ∞ → ρv = 1 → Existe reflexión total en fase.
• Si Z1 = 0 → ρv = -1 → Existe reflexión total en oposición.
• El segundo fenómeno perjudicial que se produce como consecuencia de la no adaptación de
impedancias es que la potencia transferida es inferior al incidente, o lo que es lo mismo, se
produce una atenuación de la señal transmitida debida a la reflexión. Son las llamadas
pérdidas de reflexión:
Si Z1 = Z2, no existe reflexión pero no se transmite toda la potencia posible a la carga. En
aplicaciones como acoplamiento del transmisor hacia la antena, se provoca la desadaptación
para mejorar el rendimiento a costa de la existencia de señales reflejadas.
La potencia transmitida a la carga es: PT=Pi−Pr=Pi [1−ρv2 ] .
Otro parámetro muy utilizado es el de pérdidas de retorno, que representa la atenuación de la
onda reflejada en un punto de desadaptacion respecto de la incidente. Su valor viene dado por
la expresión:
Las pérdidas de retorno se utilizan muy a menudo para cuantificar la calidad de una adaptación
de impedancias. Cuando la adaptación es perfecta, las pérdidas de retorno son infinitas, lo que
quiere decir que no hay onda reflejada, siendo este el caso más favorable.
Por el contrario, el caso más desfavorable se produce cuando las pérdidas de retorno se
anulan, lo que quiere decir que toda la señal se refleja. Esto ocurre cuando la impedancia de
carga se hace cero o infinito, es decir, cuando la línea termina en cortocircuito o en circuito
abierto.
7.3. MEDIDAS DE SEÑALES EN TRANSMISIÓN
Cuando queremos conocer el nivel de una señal en un circuito de comunicación, tenemos que
realizar la medida de dicho nivel. Un principio básico de toda medida es que al medir no se ha
de influir en el circuito sobre el que se está midiendo. Vamos a ver a continuación que
condiciones se precisan para cumplir este principio en la medida de señales:
• Medidas en paso. Es el tipo de medidas más habitual en los circuitos que se encuentran en
funcionamiento. En este tipo de medida lo que hacemos es conectar el equipo de medida en
paralelo al circuito. Para que la medida sea correcta y no se influya sobre el circuito, el aparato
de medida debe estar en alta impedancia (mayor de 50 KΩ).
• Medidas en terminación. En este tipo de medidas, lo que hacemos es seccionar el circuito en
el punto de medida y conectar el equipo de medida en la sección donde está el generador.
Ahora, el medidor tiene que comportarse eléctricamente como la sección terminal del circuito.
Por tanto, el aparato se dispondrá en terminación, con una impedancia igual a la del punto del
circuito en el que estamos seccionando.
En función de los equipos utilizados, las medidas también pueden realizarse en plano,
entendiendo como tales aquellas que se efectúan con todo el ancho de banda para el que esta
diseñado el equipo; y en selectivo, mediante la aplicación de un filtro que selecciona un
estrecho margen de frecuencias.
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Figura 7.3. Disposición de equipos para medidas en paso y terminación.
7.4. EL DECIBELIO. CARACTERÍSTICAS
El logaritmo decimal del cociente de dos potencias expresa su relación en la unidad
Logarítmica Belio, denominada así en honor de Graham Bell. Dos potencias difieren en N
Belios
Cuando:
Decimos que una señal de potencia P2 tiene un nivel de N Belios respecto a otra señal de
potencia P1 cuando: (
)Belios .
Como el Belio es una unidad muy grande, se utiliza el decibelio, una unidad derivada de valor
Diez veces menor, cuya notación abreviada es dB: (
) dB . Así, el decibelio
presenta las siguientes características:
• Es una unidad logarítmica derivada de los logaritmos decimales.
• Solo nos indica la relación entre dos potencias.
Cuando calculamos el rendimiento de una parte del circuito, lo que evaluamos es un cociente
de potencias. Lo mismo ocurre cuando estudiamos el comportamiento de un filtro a una
determinada frecuencia. Es en estos casos donde se puede aplicar directamente el decibelio
como unidad logarítmica relativa.
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Tabla 1. Comparación entre relación de potencias y dB.
7.4.1. El dBw y el dBm
Cuando utilizamos el dB para expresar la relación entre dos potencias, con objeto de conocer
una de ellas, necesitamos conocer la otra.
Si fijamos una potencia de referencia determinada P0 y expresamos la otra potencia en dB
respecto a P0, habremos conseguido una unidad logarítmica absoluta de potencia derivada del
decibelio. El valor de P0 depende del orden de magnitud de las potencias que utilicemos.
Cuando trabajamos con potencias superiores al vatio, se toma como potencia de referencia el
vatio. La unidad derivada del decibelio resultante se denomina dBw. La unidad en dBw de una
potencia viene dada por la expresión: ( ) (
) .
En transmisiones de señales en comunicaciones, el vatio es una unidad de potencia demasiado
grande por lo que se ha elegido una más pequeña, la mili vatio. Cuando se utiliza, la unidad
derivada del decibelio es el dBm: ( ) (
7.4.2. El dBr
Si queremos comprobar que una línea de comunicaciones funciona adecuadamente, hay que
introducir en la entrada una frecuencia de prueba, al nivel PE (dBm) y medir la potencia de
salida PS
(dBm); la diferencia entre ambas será la ganancia o pérdida en decibelios. Solo queda una
cuestión por determinar: .con qué nivel de potencia de entrada tenemos que realizar las
pruebas? Este problema y otros se resuelven con la utilización de una unidad logarítmica de
nivel de referencia denominada dBr. En el caso del atenuador (ejemplo), su pérdida de
Inserción es de 3 dB (–3 dB), luego, sea cual sea el nivel de la señal a la entrada, el nivel
relativo a la salida es de 3 dBr. El dBr es una unidad que indica en una línea cual es el nivel en
dBm de la frecuencia de prueba que deberá indicarse en el esquema de niveles de la misma
(equivalente de transmisión).
7.4.3. El dBm0
Es una unidad relativa de potencia que surge como una consecuencia del dBr. Expresa el nivel
de una señal en un punto de la línea referido al nivel de la frecuencia de pruebas. La expresión
de -10 dBm0 de una señal nos indica que esta tiene un nivel de 10 dB inferior al nivel del tono
de pruebas en este punto: dBm = dBm0 + dBr.
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Esto tiene dos aplicaciones muy importantes: • La especificación de niveles de señales que
tienen una relación fija en dB respecto a la frecuencia de prueba (por ejemplo, pilotos de
referencia y de señalización, etc., que tienen la característica de que en las partes del circuito
en que coexisten con el resto de las señales tienen un nivel fijo en dB respecto al tono de
pruebas, y estando este especificado por los dBr, basta conocer el nivel constante en dBm0 en
todo el circuito).
• Otra aplicación tiene que ver con la relación señal/ruido, ya que siendo S el valor de la señal
de la frecuencia de referencia, tenemos: (
(
( ) ( )
De esta manera podemos calcular la relación señal/ruido en dB sin necesidad de inyectar tono
de prueba (PTP). Si nos fijamos en la siguiente expresión:
(
( ( ) ) ( ) De donde se deduce que la relación señal/ruido
coincide en valor con el nivel del ruido en dBm0, pero tiene distinto signo.
7.4.4. El dBv
Unidad derivada del decibelio, nos permite presentarlo en unidades de tensión (V). La fórmula
que expresa en dBv una señal es:
( ) (
En esta fórmula, V representa la tensión eficaz. Se utiliza el valor de 0,775 voltios como
referencia porque es la tensión que, aplicada a una impedancia de 600 Ω, desarrolla una
potencia de 1 mW.
El dBv es muy utilizado en telefonía ya que la impedancia característica de las líneas clásicas
telefónicas es de 600 ohm.
Existen otras unidades logarítmicas, como el neperio (tomando como base los logaritmos
neperianos) y el VU, utilizada esta última unidad más en sistemas de grabación y programas de
radiodifusión (baja frecuencia), ya que este tipo de señales presentan picos muy variables y no
se podría utilizar el decibelímetro, pues las fluctuaciones de la medida impedirían una lectura
practica
.7. 5. FILTROS EN COMUNICACIONES
En esta Unidad, dedicada a las medidas en transmisión, es conveniente incluir una reseña
Dedicada a los filtros de señales, de amplia utilización en comunicaciones para eliminar o dejar
paso a señales (frecuencias) en determinados procesos. El principio sobre el que se basan es el
de la resonancia eléctrica de los circuitos de comunicaciones (variaciones de la impedancia que
presenta la línea en función de la frecuencia). No analizamos ahora sus características, pero si
sus consecuencias. Cuando el dispositivo presenta la máxima impedancia a una u otra banda
de frecuencias, son atenuadas al máximo, y cuando presente la mínima, lo hace al mínimo.
Existen diferentes modelos dependiendo de la banda de paso de salida con respecto a la de la
entrada. En función de lo expresado, podemos definir de forma general cuatro tipos de filtros
en comunicaciones, el paso bajo, paso alto y paso banda, así como su inverso: elimina banda.
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Figura 7.5. Parámetros de un filtro.
Los parámetros fundamentales de un filtro son:
• Frecuencia central (FC). Valor de la frecuencia situada en el punto medio de la banda, siendo
la referencia del filtro.
• Frecuencia de corte. Aquella en la que su atenuación es de 3dBm0 (3 dB por debajo del
medido para la FC). Los puntos definidos como frecuencias de corte representan, así, puntos
en que la potencia de la señal es la mitad de la señal en su punto máximo.
• Ancho de banda. Diferencia entre la frecuencia de corte superior y la inferior ( = F2 – F1). El
filtro es de paso bajo cuando solo tiene frecuencia de corte superior y lo es de paso alto
cuando únicamente presenta frecuencia de corte inferior. Si se asocian en cascada dos filtros
paso alto y un paso bajo con frecuencias de corte distintas, el resultado es un filtro paso
banda.
ACTIVIDADES
1. Definir los siguientes conceptos: servicios de portador, red
telefónica conmutada, red digital conmutada (IBERCOM), red digital
integrada, red digital de servicios integrados (RDSI), red IP
(Internet Protocol), red mixta, ruta complementaria, red de
dispersión, red multiplada, red CTV, pares “muertos”.
2. Razona la necesidad de una estructura jerarquizada en las redes de
comunicación.
3. Enuncia las ventajas de la red complementaria.
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4. Describe los componentes de una red inalámbrica.
5. Interpreta las características del cable con código 6-CBFs.
6. En la zona comercial de una ciudad dependiente de una central local
se ha observado un tráfico muy intenso con una determinada zona
dependiente de una central primaria de otra población. ¿Cómo se puede
mejorar el rendimiento de la red?
7. En una red de cable tradicional, ¿qué operaciones son necesarias
realizar para dar servicio a un abonado y qué datos necesita el
técnico para efectuarlas?
8. En el bucle local de usuario multiservicio por cable, razona el
modelo de red de distribución de telefonía en su solución integral.
9. En una cámara de registro, el técnico encuentra un cable etiquetado
de la forma siguiente:
60 – 69
12 – BBD
¿Se encuentra el cable ocupado en su totalidad? Explica las
características y servicio del cable en función de su capacidad.
10. Realiza el diseño de una red para un área mixta de viviendas y una
zona comercial con oficinas. La zona residencial comprende 200
viviendas de nueva construcción distribuidas en bloques de 40; y la
zona comercial, un centro con 20 locales en diversas plantas. El cable
de alimentación al que se puede empalmar la ampliación es un 12-CBB
con 600 pares libres en la cámara de registro más próxima a la zona.
11. Definir los siguientes conceptos: generacion de ondas reflejadas,
ondas estacionarias, coeficiente de reflexion, equivalente de
transmision, errores de medicion en plano, resonancia serie,
resonancia paralelo, filtros activos y pasivos.
12. .En que situacion se realizan las medidas en alta impedancia?
13. .Por que se utilizan expresiones logaritmicas en el calculo del
rendimiento de un circuito?
14. Enuncia una aplicacion practica del dBm0.
15. Para medir ruido electrico en los canales de comunicacion, di en
que unidad lo expresarias.
16. Explica la utilidad del dBv.
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17. En una linea de transmision el esquema de niveles indica que en un
punto determinado hay un nivel de -5 dBr. Explica que quiere decir
esta expresion.
18. .Como disenarias un filtro “elimina banda” con frecuencias de
corte F1= 255 MHz y F2 = 257 MHz?
19. En la medida de la diafonia de dos pares de un cable, las tablas
suelen indicar “a 10 MHz corresponden 57 dB”. .Que quiere expresar
ese dato? .Seria necesario indicar el nivel de senal del generador?
20. A la salida de un dispositivo la tension eficaz es 7,75 V. Expresa
el nivel en dBv que indicaria un medidor tarado en estas unidades.
21. En la curva de respuesta en frecuencia de un filtro, la potencia
de la frecuencia de corte es la mitad de la potencia de la frecuencia
central. Indica la diferencia en dB de los dos puntos.
22. Dados los datos de la Figura 7.6, calcula:
a) La potencia en cada uno de los puntos en dBw.
b) La atenuacion o ganancia de cada uno de los dispositivos.
c) El rendimiento del circuito.
23. Dado un circuito con un generador conectado que da una potencia de
1 mW y una linea de transmision con un rendimiento de -7 dB, queremos
saber en dB la potencia en la carga.
24. Se ha dispuesto la conexion de un sistema de transmision a traves
de una linea sin perdidas,cuya impedancia caracteristica es de 75 Ω,
a una antena con impedancia de carga de 150Ω. Si la potencia
transferida medida en la antena es de 10 dBm, .cual es la potencia
- incidente al final de la linea?
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