Sistemas de Comunicación

Electrotecnia. Transmisión por radio. Fibra óptica. Red telefónica. Cableado

  • Enviado por: Ángel Labrador
  • Idioma: castellano
  • País: España España
  • 23 páginas
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UNIVERSIDAD DE ALCALÁ DE HENARES

SISTEMAS DE COMUNICACIÓN

PRACTICA 2:

MEDIDAS EN CABLES DE FIBRA ÓPTICA

Medidas iniciales

Conectando el medidor OPM 1 al emisor OLS 1, aparece el dato -22.0 dBm. Según las especificaciones, la fuente óptica emite una señal de potencia -19 dBm, con lo cual, podemos considerar que la atenuación que introduce la bobina es de 3 dBm.

Medición de la atenuación por el método de las pérdidas de inserción

Conector OPM-SMA

Medidas:

850 nm

1300 nm

OLS - Latiguillo ST-SMA - OPM

Medida: -19 dBm

At: 0 dBm

Medida: -19.7 dBm

At: 0.7 dBm

OLS - Bobina - OPM

Medida: -22.3 dBm

At: 3.3 dBm

Medida: -22.1 dBm

At: 3.1 dBm

Balance de potencias:

Latiguillo: Sistemas de Comunicación

Bobina: Sistemas de Comunicación

Balance de potencias: Sistemas de Comunicación

Podemos hacer esta aproximación dado que la bobina es mucho mayor que el latiguillo, y por tanto, su atenuación será mucho mayor.

Para 850 nm ! bob = 22.3 - 19 = 3.3 dB

Para 1300 nm ! bob = 22.1 - 19.7 = 2.4 dB

Conector OPM-ST

Medidas:

850 nm

1300 nm

OLS - Latiguillo ST-SMA - OPM

Medida: -20.6 dBm

At: 1.6 dBm

Medida: -21.9 dBm

At: 2.9 dBm

OLS - Bobina - OPM

Medida: -23.5 dBm

At: 4.5 dBm

Medida: -23.4 dBm

At: 4.4 dBm

Balance de potencias:

Latiguillo: Sistemas de Comunicación

Bobina: Sistemas de Comunicación

Balance de potencias: Sistemas de Comunicación

Podemos hacer esta aproximación dado que la bobina es mucho mayor que el latiguillo, y por tanto, su atenuación será mucho mayor.

Para 850 nm ! bob = 23.5 - 20.6 = 2.9 dB

Para 1300 nm ! bob = 23.4 - 21.9 = 1.5 dB

Con este método logramos poder medir los datos anteriores independientemente del tipo de conectores de que disponemos. Sin embargo, estamo limitados por el tipo de conectores y adaptadores de que disponemos. Además, podemos observar que hay mayor atenuación que en el caso anterior, esto es debido a que hemos introducido otro conector y otro latiguillo adicionales, los cuales, producen ciertas pérdidas de potencia.

Según la teoría de atenuación en la fibra óptica, debe haber menos atenuación en la segunda ventana (longitud de onda 1300 nm, espectro infrarojo) que en la primera ventana (longitud de onda 850nm, espectro visible). Esta afirmación podemos observarla en los resultados obtenidos.

Localización y caracterización de fallas en la fibra óptica

Datos obtenidos en el OTDR

850 nm

1300 nm

Fin de fibra

301 m

303 m

Detección de “eventos”

Distancia

150 m

150 m

Atenuación

0.9 dB

1 dB

Mediciones software desde un extremo de la bobina

Gráfica IEG11.DMM

850 nm

1300 nm

Atenuación kilométrica

3.2 dB

1.8 dB

Fin de fibra

300 m

300 m

Zonas muertas

Distancia: 0-12 m

Causa: Conector de la fibra al OFL-100

Distancia: 0-36

Causa: Conector de la fibra al OFL-100

Distancia: 149-162 m

Causa: Empalme mecánico

Atenuación: -1.28 dB

Distancia: 149-189 m

Causa: Empalme mecánico

Atenuación: -1.11 dB

Mediciones software desde el otro extremo de la bobina

Gráfica IEG13.DMM

850 nm

1300 nm

Atenuación kilométrica

2.6 dB

2.4 dB

Fin de fibra

302 m

302 m

Zonas muertas

Distancia: 0-18 m

Causa: Conector de la fibra al OFL-100

Distancia: 0-67

Causa: Conector de la fibra al OFL-100

Distancia: 150-164 m

Causa: Empalme mecánico

Atenuación: -0.91 dB

Distancia: 151-187 m

Causa: Empalme mecánico

Atenuación: -0.66 dB

En ambos casos podemos observar:

  • Que la gráfica de 1300 nm está siempre por encima de la de 850 nm.

  • Que las zonas muertas son mas anchas a 1300 nm.

Comparación de ambas gráficas

Podemos observar que las gráficas (en ambas longitudes de onda) son iguales, sin embargo, la segunda (Ieg13.dmm) tiene más atenuación debido a que hemos colocado un adaptador en la salida del OFL-100, lo que provoca que a la salida de la primera zona muerta haya mayor atenuación respecto al caso anterior.

S-345 Tutorías: X 19-21, L 16-17

91- 8856724

TEMARIO

1.- Introducción

línea

2.- Sistemas de transmisión

radio

3.- Tráfico. Diseño y dimensionado de redes telefónicas

Introducción. Concepto de telefonía celular

4.- Comunicaciones móviles Vocoder

Planificación celular

BIBLIOGRAFIA

  • Transmisión por líneas y redes. Hernando.

  • Telecom Switching. Traffic and Networks. J.E. Flood

  • Comunicaciones y redes de computadores. W. Stalling

Estructuras de las redes telefónicas

Red de telecomunicación nacional

Componentes principales de la red telefónica:

  • Sistema de transmisión: cables, repartidores, fibra

  • Sistema de conmutación: conmutadores

  • Sistema de señalización: inicio, fin de llamada, tarificación…

Servicios de la Red

  • Red de telefonía pública conmutada (PSTN)

  • Red telegráfica pública conmutada (Telex)

  • Redes privadas de voz y/o datos

  • Comunicaciones móviles celulares

  • Red pública de datos conmutada (RDSI)

  • Servicios específicos bajo demanda

Los servicios prestados pueden ser:

  • Teleservicios: la forma y naturaleza del servicio depende del aparato terminal (teléfono, teletipo…)

  • Servicios de portadora: el usuario alquila una capacidad de transmisión, y él mismo se organiza las funciones

  • Terminología

    No existe una terminología única, ni siquiera en países con la misma lengua.

    Regulación

    Es estrictamente necesaria una "reglamentación" para evitar monopolio. Por las grandes inversiones que se requiere para implantar un servicio telefónico, el peligro de monopolio es inmenso.

    Normativa (standars)

    Es imprescindible que exista una normativa internacional que defina muchos de los parámetros de las redes telefónicas, para que estas conecten a usuarios de diversos países.

    El ITU (International Telegraph Union) fundado en 1985, es la agencia más veterana de la ONU.

    El ITU tiene dos grandes ramas:

    • ITU-T (Telecomunicaciones). Incluye:

    • Estudio de cuestiones técnicas

    • Establecimiento de métodos operativos

    • Recomendaciones de tarifas.

    • ITU-R (radio)

    • Enlaces punto a punto

    • Comunicaciones móviles

    • Radio-difusión

    Asociado al ITU-R está el IFRB que regula la asignación de frecuencias.

    El ITV es un consorcio de gobiernos, operadores y fabricantes. Tiene reuniones plenarias, y los resultados no son obligatorios, pero conviene seguir las recomendaciones.

    Otras organizaciones:

    • ISO (International Estándar Organization)

    • ETSI (European Telecomunication Institute)

    • ANSI

    • IEEE

    • Grandes compañías: IBM, BELL

    Encadenamientos

    Criterios:

  • Si hay sección directa se encamina por esta, si no, se encamina por la sección más corta, y sino, por la sección final (la jerárquica), esto último es tráfico desbordado.

  • Si no se puede encaminar por una lateral, no se hace por otro

  • Si no se puede encaminar por la final, se pierde.

  • Las ------ son conexiones no jerárquicas

    Caminos:

    A-B-C-G-H

    Lateral 1 ocupado

    A-B-C-D-F-G-H

    Lateral 2 ocupado

    A-B-C-D-E-F-G-H

    Ejemplo:

    Origen

    Final

    Ruta1

    Ruta2

    Ruta3

    Ruta4

    A

    H

    ABCGH

    ABCDFGH

    ABCDEFGH

    -----------

    H

    A

    HGCBA

    HGFCBA

    HGFECBA

    HGFEDCBA

    M

    H

    MLKDFGH

    (la lateral tiene que ser directa, C no vale)

    MLKDEFGH

    -----------

    H

    M

    HGFDKLM

    HGFEDKLM

    -----------

    A

    M

    ABKLM

    ABCKLM

    ABCDKLM

    -----------

    M

    A

    MLKBA

    MLKDCBA

    (si un lateral está desbordado, no vale por otro)

    -----------

    SISTEMAS DE TRASMISIÓN

    Medios de transmisión

    Se clasifican en:

    • guiadas: cable, fibra óptica, par trenzado

    • no-guiadas: radiadas

    El medio de transmisión caracteriza los parámetros de transmisión:

    • Guiadas: Ancho de banda, perdida por propagación, distorsión, diafonía.

    • No-guiadas: diagrama de antenas, interferencias, polarizaciones.

    Para ambos medio hay que optimizar la velocidad de transmisión y la distancia entre repetidores (abarata el coste).

    0 103 104 109 1011 1013 1015

    Voz, música

    Par trenzado

    Cable coaxial

    Tx radio fibra óptica

    Espectro electromagnético

    En el teléfono mandamos 3,4KHz, que es suficiente.

    Para bajas frecuencias en radio necesitaríamos antenas muy grandes, no se utiliza.

    A más de 100GHz los componentes de la atmósfera absorben la propagación electromagnética (pérdida de energía), y además disminuye la potencia por unidad de superficie.

    Características de los medios guiados

    Medio de tx

    Velocidad de tx

    Ancho Banda

    Separación entre repetidores

    Pérdidas

    Par trenzado

    4 Mbps

    3 MHz

    2 a 10 km

    3 dB/km

    Cable coaxial

    500 Mbps

    350 MHz

    1 a 10 km

    2 dB/km

    Fibra óptica

    25 Mbps

    2 GHz

    10 a 100 km

    0,2 dB/km

    El teléfono va a 4KHz (impuesto por la centralita). Según el teorema de Shanon, por cada Hz puedo transmitir 2 símbolos, por lo tanto, tengo 8 Ksímbolos. Si hacemos varios niveles, podemos aumentar el número de bits por símbolo, el límite están el receptor al reconocer los distintos símbolo sin equivocarse.

    En las pérdidas, el coaxial es similar al trenzado porque el primero es utilizado a frecuencias muy altas, con lo que aumenta el efecto pelicular, y por tanto su resistencia.

  • Par trenzado

    • aislado

    • trenzado (a veces embutido) conjuntamente

    • se instala en los edificios de nueva construcción

    Si hay un campo magnético (B) variable, se produce una corriente (I), que produce interferencia.

    En 1 y 2, el campo induce una corriente de sentido contrario, por lo que con muchos bucles se hace casi nulo.

    La corriente produce un campo externo, al ir trenzado estos campos se anulan y el par no produce interferencias al exterior (pe a otro hilo).

    El paso de trenzado d(distancia en el cambio de hilo) seuele ser aleatorio, ya que si ponemos 2 cables paralelos con los mismos cruzes y en el mismo sentido, se pueden sumar las fuerzas electromotrices.

    Eléctricamente es mejor poner distancias pequeñas, ya que se consiguen campos magnéticos más pequeños y por lo tanto se consiguen velocidades binarias mayores.

  • Cable Coaxial

    • se instala en las casas para TV

    • a veces el conductor esterno es solo una malla

    No radia anada al exterior y no es interferible por ningún campo magnético externo, es apantallado.

  • Fibra óptica

    • la energía va principalmente por el núcleo (y algo por el revestimiento)

    • se instala en grandes empresas

    • está reemplazando al cable coaxial

    El diámetro es aproximadamente 1 micra, ya que tiene que ser aproximadamente de la longitud de onda, que depende del semiconductor que transmita la energía (luz).

    PAR TRENZADO

    • Descripción física

    • En aplicaciones de larga distancia se llegan a embutir cientos de pares

    • El trenzado disminuye la diafonía

    • Para larga distancia pasos entre 5 y 15 cm. Grosor de hilos entre 1 y 2 mm.

    • Aplicaciones

    • el más usado en el bucle "local" y en las comunicaciones interiores de edificios (es el más barato y fácil de instalar)

    • El más utilizado en comunicaciones digitales. Admite fácilmente 64 Kbps en comunicaciones telefónicas. También a 100 Mbps y en largas distancias a 4 Mbps.

    • Características técnicas

    Señal analógica (amplificadores cada 5 o 6 km) y señal digital (amplificadores cada 2 o 3 km)

    Desventajas frente a coaxial y fibra óptica:

    • mayores atenuaciones (no mucho mayor del doble)

    • mayores diafonias

    • menos inmune a interferencias y todo tipo de ruidos

    • más fácil de "pinchar"

    COAXIAL

    • Descripción física

    • diámetro 1 a 2,5 cm

    • poco susceptible a diafonía e interferencias

    R2/R1 depende de los 50 ohm del cable. A mayor R, las pérdidas son menores y la potencia máxima será mayor. Con 2 cm podemos transmitir cientos de vatios.

    • Aplicaciones

    Es muy versátil. Su gran ancho de banda permite:

    • distribución de TV

    • telefonía a larga distancia

    • conexión con periféricos a corta distancia

    • redes de área local

    Se utiliza en redes locales en topología en bus o anillo.

    • Características técnicas

    • atenuación

    • ruido térmico

    • dispersión

    • intermodulación: pérdida por la oxidación de la superficie del cobre

    • se comporta peor al subir en frecuencia

    Para señales analógicas repetidores hasta 10 km. Para señales digitales cada kilómetro.

    FIBRA ÓPTICA

    • Descripción física

    • Medio flexible y fino (de 2 a 125m). Pérdidas menores con fibra de Si fundido ultrafino, que son difíciles de fabricar.

    • Las fibras de cristal multicomponente tienen más pérdidas pero son más baratas.

    • Las fibras de plástico tienen más pérdidas pero son más baratas, se utilizan en las distancias cortas.

    NOTA: se transmiten varios modos, cada modo va a una velocidad, al final llega cada uno a un tiempo ! dispersión.

    • Aplicaciones

    En comunicaciones digitales de banda ancha y de larga distancia. También en LAN local. Ventajas:

    • Ancho de banda hasta 100 Gbps

    • Menor tamaño, peso y atenuación

    • Muy inmune a interferencias electromagnéticas (están en GHz y la fibra en TeraHz)

    • Características técnicas

    Rango de frecuencias 150 THz - 400 THz (espectro infrarrojo, el más barato y robusto de hacer).

    Fuentes de luz: LED; ILD (inyección, más barato y con menor velocidad).

    TRANSMISIÓN POR RADIO

    • Por debajo de 300 Mhz las antenas son poco directivas (están limitadas físicamente). El espectro radioeléctrico se emplea para redes de difusión y servicios especiales.

    • En la banda de 300 Mhz a 2 Ghz, las antenas son moderadamente directivas (tamaños moderados). Para comunicaciones móviles, difusión de TV y servicios especiales.

    • Por encima de 2 Ghz antenas directivas. Servicios de enlace punto a punto. Los sistemas más económicos y de despliegue más rápido. En el futuro se usará también en difusión directa en entornos locales y TV por satélite.

    • El espectro de radio es terriblemente escaso y está sujeto a una estricta regulación. Los sistemas de radio requieren un diseño esmerado respecto a la utilización de espectros.

    Antenas

    La función directividad está normalizada respecto al valor medio. Indica en que dirección la antena es más sensible. Si no viene normalizada, la normalizo:

    Las antenas tienen el mismo comportamiento en transmisión que en recepción.

    Si transmiten igual en todas las direcciones, se les llama antenas isotrópicas

    Enlaces de guiaonda

    Para conectar dos nodos se utilizan cadenas de radioenlaces. Estos tienen que estar ubicados en sitios altos y tienen que ser accesibles (radioenlaces de 30 a 40 km).

    A frecuencias de gigaherzios tienen una ganancia aproximada de 50 dB. Es necesario que halla visión directa. Existe el problema de que no se pueden poner en línea recta, hay que apuntar muy bien a la siguiente etapa.

    La temperatura de la atmósfera es diferente para distintas alturas (cambia la compresión del gas y el índice de refracción).

    Si la atmósfera fuese homogénea, no habría conexión directa entre los dos puntos siguientes.

    Cuando tenemos un radioenlace, otra cosa que hay que hacer es que la frecuencia hay que ir variándola de radioenlace en radioenlace.

    La potencia de un radioenlace puede ser de cientos de vatios (aprox 50 dBm). La antena receptora irradia 60 dBm (1kw). El sistema transmisor radia 160 dB por encima de la señal. No será posible transmitir y recibir a la misma frecuencia, ya que habría serios problemas de compatibilidad electromagnética.

    Aplicaciones: las microondas y los radioenlaces se utilizan para largas distancias y compite con cierta ventaja frente a la fibra y al coaxial ya que no hay que cavar zanjas. Por el contrario, cuando llueve hay pérdidas de propagación muy fuertes.

    Características de transmisión

    Cuando la reflexión en el suelo es despreciable, las pérdidas de propagación vienen dadas por:

    En sistemas guiados, las pérdidas son lineales con la distancia, en sistemas no guiados, la dependencia es logarítmica, al doble de distancia, 6dB más. Esta dependencia es mucho más débil que las anteriores.

    10 km

    20 km

    40 km

    línea

    30 dB

    60 dB

    120 dB

    Radio-enlace

    120 dB

    126 dB

    132 dB

    Las “pocas pérdidas” tienen por el contrario el inconveniente de las interferencias. Tiene que haber visión directa entre las dos antenas.

    La absorción atmosférica es grande con la lluvia y a mayor frecuencia, sin embargo, tendré antenas más pequeñas. El problema se compensa porque al subir en frecuencia, hemos visto que aumenta la ganancia y será siempre mayor que la absorción.

    Enlaces de microondas por satélite

    Los satélites “enlace” son geoestacionarios a una altura de 35784 km y en un plano próximo al ecuador. Los de comunicaciones están en órbitas bajas para disminuir la potencia de señal ascendente.

    Para que los satélites no se interfieran mutuamente, hay que separarlos de unos 3 a 5 grados y en diversas órbitas.

    Aplicaciones

  • Difusión de TV: transmisión a un centro de reenvisiones de distribución; difusión directa de TV por satélite (DBS).

  • Transmisión de teléfono a larga distancia: satélite radioenlace para canales de larga distancia y mucha capacidad (entre continentes).

  • Redes privadas de alquiler: sistemas VSAT que utilizan equipos de transmisión/recepción de bajo coste (100.000 ptas) y con antenas pequeñas (tamaño maletín).

  • Perturbación en la transmisión

    • Atenuación y distorsión de atenuación

    • Distorsión de ruido

    • Ruido

    Las dos segundas se corrigen con filtros y/o ecualizadores. Evitamos las distorsiones en frecuencias en las transmisiones analógicas y las interferencias entre símbolos en las señales digitales.

    Ruido

    Clasificación según su origen

    • Térmico. No puede eliminarse, cubre todo el espectro de frecuencias, y para 1 Hz vale N0 = KT

    N0: densidad de potencia de ruido en Wat/Hz

    K: cte de Boltzman 1,38 10-23 J/ºK

    T: temperatura en grados Kelvin

    En comunicaciones analógicas se requiere una S/N = 30dB ! S = N+30 =

    = -103,6dBm (cifra típica de receptores analógicos no enfriados).

    • Intermodulación: aparecen en sistemas no lineales. Aparición de frecuencias no múltiplos de las de entrada.

    • Diafonía: producido en los pares trenzados

    • Impulsivo: producido a ráfagas (encendido, chispas...) perjudicial en las transmisiones digitales.

    • Cuantificación: en el muestreo de las señales

    Capacidad del canal

    En un canal exento de ruido, la capacidad en bits/seg vale:

    M: número de niveles en la modulación M_aria.

    El ruido también limita la capacidad máxima de un canal. Según la fórmula derivada por Shannon vale:

    Practica 2: medidas en cables de fibra óptica

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