Aplicación de las Telecomunicaciones Edgar Eduardo Renovato Contreras

14/08/2015

Sistemas de comunicación por fibra óptica.

Comunicación por fibra óptica es un método de transmisión de información de un

lugar a otro enviando señales de luz a través de fibra óptica. La luz en forma

de ondas electromagnéticas viajeras es modulada para transmitir información.

Desarrollados en la década de 1970, los sistemas de comunicación de fibra óptica

han revolucionado la industria de las telecomunicaciones y han desempeñado un

papel importante en el advenimiento de la era de la información. Debido a sus

ventajas sobre la transmisión eléctrica, la fibra óptica ha sustituido en gran medida

las comunicaciones mediante cables de cobre en las redes del mundo

desarrollado.

El proceso de comunicación mediante fibra óptica implica los siguientes pasos:

creación de la señal óptica mediante el uso de un transmisor;

transmisión de la señal a lo largo de la fibra, garantizando que la señal no

sea demasiado débil ni distorsionada;

recepción de la señal, lo que consiste en la conversión de ésta en una señal

eléctrica.

Sistemas de transmisión por fibra óptica y sus componentes

Enlaces de datos de fibra óptica

Los sistemas de transmisión de fibra óptica utilizan enlaces de datos que

funcionan de forma similar a la que se ilustra en el diagrama de arriba. Cada

enlace de fibra consta de un transmisor en un extremo de la fibra y de un receptor

en el otro. La mayoría de los sistemas operan transmitiendo en una dirección a

través de una fibra y en la dirección opuesta a través de otra fibra para así tener

una transmisión bidireccional. Es posible transmitir en ambas direcciones a través

de una sola fibra pero se necesitan acopladores para hacerlo, y la fibra es menos

costosa que ellos. Una red FTTH óptica pasiva (PON) es el único sistema que

utiliza transmisión bidireccional sobre una sola fibra porque su arquitectura de red

ya utiliza acopladores como base.

Analógico o digital

Las señales analógicas son continuamente variables y la información contenida en

ellas está en la amplitud de la señal con respecto al tiempo. Las señales digitales

se muestrean a intervalos de tiempo regulares y la amplitud se convierte a bytes

digitales, por lo tanto la información es un número digital. Las señales analógicas

son la forma más común de transmisión de datos, pero sufren degradación por el

ruido presente en el sistema de transmisión. Debido a que la señal analógica se

atenúa en un cable, la relación señal-ruido empeora y en consecuencia la calidad

de la señal se degrada. Las señales digitales pueden transmitirse en largas

distancias sin que se degraden ya que son menos sensibles al ruido.

Fuentes para transmisores ópticos

Las fuentes utilizadas para transmisores ópticos deben cumplir con varios criterios:

operar en la longitud de onda adecuada, ser pasibles de modularse lo

suficientemente rápido para transmitir datos y poder acoplarse de forma eficiente a

la fibra.

Comúnmente se utilizan cuatro tipos de fuentes: LED, láser fabry-perot (FP), láser

de retroalimentación distribuida (DFB) y láser de cavidad vertical y emisión

superficial (VCSEL). Todos ellos convierten las señales eléctricas en señales

ópticas, pero son muy diferentes entre sí. Los tres son minúsculos dispositivos

semiconductores (chips). Los LED y VCSEL se fabrican sobre pastillas de material

semiconductor para que puedan emitir luz desde la superficie del chip, mientras

que los láser F-P y DFB emiten luz desde el lateral del chip, desde una cavidad del

láser creada en el medio del chip.

Especificaciones estándar de fuentes de fibra óptica

Tipo de

dispositivo

Longitud de

onda (nm)

Potencia dentro

de la fibra (dBm)

Ancho de

banda

Tipo de fibra

LED 850, 1300 -30 a -10 <250 MHz multimodo

Láser Fabry-

Perot

850,1310

(1280-1330),

1550 (1480-

1650)

0 a +10 >10 GHz multimodo,

monomodo

Láser DFB 1550 (1480-

1650)

0 a + 13

(+25 con

amplificador

óptico)

>10 GHz monomodo

VCSEL 850 -10 a 0 >10 GHz multimodo

Microondas

Se denomina microondas a las ondas electromagnéticas; generalmente de entre

300 MHz y 300 GHz, que supone un período de oscilación de 3 ns (3×10−9 s) a

3 ps (3×10−12 s) y una longitud de onda en el rango de 1 m a 1 mm. Otras

definiciones, por ejemplo las de los estándares IEC 60050 y IEEE 100 sitúan su

rango de frecuencias entre 1 GHz y 300 GHz, es decir, longitudes de onda de

entre 30 centímetros a 1 milímetro.

El rango de las microondas está incluido en las bandas de radiofrecuencia,

concretamente en las de UHF (ultra-high frequency - frecuencia ultra alta) 0,3-

3 GHz, SHF (super-high frequency - frecuencia súper alta) 3-30 GHz

y EHF (extremely-high frequency - frecuencia extremadamente alta) 30-300 GHz.

Otras bandas de radiofrecuencia incluyen ondas de menor frecuencia y mayor

longitud de onda que las microondas. Las microondas de mayor frecuencia y

menor longitud de onda —en el orden de milímetros— se denominanondas

milimétricas.

Ventajas del enlace Microondas

•Alta velocidad Comunicación

•Velocidad en descargas.

•Acceso a videoconferencias tiempo real.

•Alta calidad de señal.

•Conexión permanente.

•Comunicación equipos diferentes edificios

Características

● Son sistemas punto a punto

● Operan en el rango de frecuencia de los GHz

● La longitud de onda está en el rango de los milímetros. De ahí su nombre.

● Con frecuencias tan altas, las señales son susceptibles a atenuación, entonces

deben ser amplificadas o repetidas.

● Necesitan rayos bien enfocados.

● Tecnología con línea de visión.

● Susceptible al fenómeno de atenuación multicamino.

● Necesita una zona libre en forma de una Elipse de Fresnel

Frecuencias

Frecuencias usadas para las redes de microondas segun la International Tele-

communications Union Radiocommunications Sector (ITU-R)

Ancho de Banda Los sistemas de microondas ofrecen un ancho de banda

sustancial. Los sistemas digitales de microondas, con los cuales cuentan la

mayoría de sistemas contempor´neos, se ejecutan usualmente con tasas de

señales de 1.544 mbps y 2.048 mbps, con muchas operando en tasas de 34 mbps

y 45 mbps. Los sistemas digitales emplean técnicas de modulación sofisticadas

para incrementar la eficiencia del espectro, al empaquetar múltiples bits en cada

hertz disponible.

Distancia La microonda está claramente limitada en cuanto a distancia,

especialmente en las altas frecuencias. Como un punto a punto, los sistemas de

radio LOS, diseñan consideraciones incluyendo topografía, la altura de la antena,

el clima y la curvatura de la tierra.

Las ondas microondas

Aunque se deberíamos seguir un orden a la hora de explicar cada tipo de onda

electromagnética (generalmente de frecuencia mas baja a mas alta o viceversa),

voy a seguir el orden que mas nos interesa, a las hora de desarrollar mas tarde

ejemplos y explicaciones del uso y funcionamiento de estas; así pues, voy a dar

una breve explicación de las ondas microondas.

Se denomina microondas a las ondas electromagnéticas definidas en un rango de

frecuencias determinado; generalmente de entre 300 MHz y 300 GHz, que supone

un período de oscilación de 3 ns (3×10-9 s) a 3 ps (3×10-12 s) y una longitud de

onda en el rango de 1 m a 1 mm. Por así decirlo, su frecuencia va desde los mil-

millones de hercios hasta casi el billón. Se encuentran, a nivel de frecuencia, por

encima de las ondas de radio, pero por debajo de las ondas de infrarrojos.

Se producen en oscilaciones dentro de un aparato llamado magnetrón.

Las microondas pueden detectarse con un instrumento formado por un rectificador

de diodos de silicio conectado a un amplificador y a un dispositivo de registro o

una pantalla.

Las microondas tienen muchas aplicaciones: radares, meteorología, radio y

televisión, comunicaciones vía satélite, medición de distancias, investigación de

las propiedades de la materia, preparación de alimentos.

Las microondas están dentro de una gama de frecuencia de 300 MHz (longitud de

onda 1 m) a 300 GHz (longitud de onda de 1 mm).

Son ejemplos de la aplicación de éstas ondas:

Aeronáutica:

- tripulación de aviones

- lanzamiento de misiles

Comunicaciones:

- televisión

- telemetría

- sistema satelital

- radionavegación

Medicina:

- diatermia

Uso doméstico:

- hornos y calentadores

Investigación:

- meteorología

- física nuclear

Efectos por exposición:

La exposición a la radiación tiene en cuenta la intensidad y tipo de emisión; las

características del medio y del objeto expuesto (tales como tamaño, forma,

orientación, propiedades eléctricas, etc.).

La cantidad y localización de la energía absorbida por un cuerpo expuesto a la

radiación de microondas dependerán del tamaño del cuerpo y de la longitud de

onda de la radiación, así como también de la posición del primero en el campo de

la radiación. En general, las ondas más cortas se absorben en superficie, mientras

que las de mayor longitud producen un calentamiento más profundo. Cuando la

longitud o el grosor de una parte del cuerpo son ligeramente inferiores a la longitud

de onda de la radiación, se producen formas muy complicadas de dispersión y

absorción. La radiación de microondas se absorbe de manera tan irregular que

pueden formarse puntos calientes. Algunos autores consideran que los efectos de

estas radiaciones no son sólo térmicos, sino que puede actuar de alguna forma

sobre el sistema nervioso (Suess, M.J., 1985).

(*) La interacción de cierta radiación electromagnética con cuerpos conductores

produce calor. Este hecho es utilizado por la medicina para realizar “diatermia”.

Terapia que consiste en la aplicación de emisiones controladas de

radiofrecuencias y microondas para calentar distintos tejidos. Es utilizado en

tratamientos de tejidos cancerosos, cuyas células son sensibles a temperaturas en

un rango de 42º y 43º C. Los aparatos utilizados deben ser testeados para evitar

“escapes” de campos electromagnéticos que provoquen lesiones irreversibles.

Los equipos de alta potencia como radares pueden someter a sus operadores a

riesgos de incidencia de tumores malignos.

En los tiempos actuales en que el espectro para radiofrecuencia está quedando

pequeño para la creciente demanda de telecomunicaciones, la incursión en el

campo de las microondas es natural.

Hay que tomar en cuenta también que existen algunas aplicaciones que son

exclusivas de las frecuencias de microondas

Aplicaciones de las microondas

Durante la segunda guerra mundial, hablar del Radar era sinónimo de microondas.

En esta época el desarrollo de sistemas de microondas recibió un gran estímulo,

debido a la necesidad de un radar de alta resolución capaz de detectar aviones y

barcos enemigos.

Radiofrecuencia

Radiofrecuencia (RF) es a frecuencia o índice de oscilación dentro de la gama de

cerca de 3 Hertzio a 300 gigahertz. Esta gama corresponde a la frecuencia

decorriente alterna señales eléctricas producir y detectaban ondas de radio.

Puesto que la mayor parte de esta gama es más allá de la tarifa de la vibración

que la mayoría de los sistemas mecánicos pueden responder a, el RF refiere

generalmente a oscilaciones adentro circuitos eléctricos o radiación

electromágnetica.

Características especiales de las señales eléctricas del RF

Las corrientes eléctricas que oscilan en el RF tienen características especiales no

compartidas cerca corriente directa señales. Una tal característica es la facilidad

con la cual puede ionizar el aire para crear una trayectoria conductora a través del

aire. Esta característica es explotada por las unidades “de alta frecuencia” usadas

en eléctrico soldadura de arco. Otra característica especial es una fuerza

electromágnetica que conduce la corriente del RF a la superficie de conductores,

conocida comoefecto de piel. Otra característica es la capacidad de aparecer

atravesar las trayectorias que contienen el material aislador, como dieléctrico

aislador de un condensador. El grado de efecto de estas características depende

de la frecuencia de las señales.

Denominado espectro de radiofrecuencia o RF, se aplica a la porción menos

energética del espectro electromagnético, situada entre unos 3kHz y unos

300 GHz, son usados extensamente en las comunicaciones.

El hercio es la unidad de medida de la frecuencia de las ondas, y corresponde a

un ciclo por segundo. Las ondas electromagnéticas de esta región del espectro, se

pueden transmitir aplicando la corriente alterna originada en un generador a

una antena.

Mientras más alta sea la frecuencia de la corriente que proporcione un oscilador,

más lejos viajará por el espacio la onda de radio que parte de la antena

transmisora, aunque su alcance máximo también depende de la potencia de salida

en watt que tenga el transmisor.

Muchas estaciones locales de radio comercial de todo el mundo aún utilizan ondas

portadoras de frecuencia media, comprendidas entre 500 y 1 700 kilociclos por

segundo o kilohertz (kHz), para transmitir su programación diaria.

Esta

banda de frecuencias, comprendida dentro de la banda MF (Frecuencias

Medias), se conoce como OM (Onda Media) o MW (Medium Wave). Sus

longitudes de onda se miden en metros, partiendo desde los 1 000 m y

disminuyendo progresivamente hasta llegar a los 100 m. Por tanto, como se podrá

apreciar, la longitud de onda disminuye a medida que aumenta la frecuencia.

Cuando el oscilador del transmisor de ondas de radio genera frecuencias más

altas, comprendidas entre 3 y 30 millones de ciclos por segundo o megahertz

(MHz), nos encontramos ante frecuencias altas de OC (onda corta) o SW (Short

Wave), insertadas dentro de la banda HF (Altas Frecuencias), que cubren

distancias mucho mayores que las ondas largas y medias. Esas frecuencias de

ondas cortas (OC) la emplean, fundamentalmente, estaciones de radio comercial y

gubernamental que transmiten programas dirigidos a otros países. Cuando las

ondas de radio alcanzan esas altas frecuencias, su longitud se reduce,

progresivamente, desde los 100 a los 10 metros.

Dentro del espectro electromagnético de las ondas de radiofrecuencia se incluye

también la frecuencia modulada (FM) y las ondas de televisión, que ocupan las

bandas de VHF (Frecuencias Muy Altas) y UHF (Frecuencias Ultra Alta). Dentro

de la banda de UHF funcionan también los teléfonos móviles o celulares, los

receptores GPS (Sistema de Posicionamiento Global) y las comunicaciones

espaciales. A continuación de la UHF se encuentran las bandas SHF (Frecuencias

Superaltas) y EHF (Frecuencias Extremadamente Altas). En la banda SHF

funcionan los satélites de comunicación, radares, enlaces por microonda y los

hornos domésticos de microondas. En la banda EHF funcionan también las

señales de radares y equipos de radionavegación.

Las ondas de radio son un tipo de radiación electromagnética. Una onda de radio

tiene una longitud de onda mayor que la luz visible. Las ondas de radio se usan

extensamente en las comunicaciones.

Varias frecuencias de ondas de radio se usan para la televisión y emisiones de

radio FM y AM, comunicaciones militares, teléfonos celulares, radioaficionados,

redes inalámbricas de computadoras, y otras numerosas aplicaciones de

comunicaciones.

Por convención, la radio transmisión en la banda entre 3 Mhz y 30 Mhz es llamada

radio de alta frecuencia (HF) u ondas cortas. Las bandas de frecuencia dentro del

espectro de HF son asignadas por tratados internacionales para servicios

específicos como movibles (aeronáutico, marítimo y terrestre), radiodifusión, radio

amateur, comunicaciones espaciales y radio astronomía. La radio de HF tiene

propiedades de propagación que la hacen menos confiable que otras frecuencias;

sin embargo, la radio de HF permite comunicaciones a grandes distancias con

pequeñas cantidades de potencia radiada.

Las ondas de radio de HF transmitidas desde antenas en la tierra siguen dos

trayectorias. La onda terrestre (groundwave) sigue la superficie de la tierra y la

onda aérea (skywave) rebota de ida y vuelta entre la superficie de la tierra y varias

capas de la ionosfera terrestre. Es útil para comunicaciones de hasta cerca de 400

millas, y trabaja particularmente bien sobre el agua. La onda aérea propaga

señales a distancias de hasta 4,000 millas con una confiabilidad en la trayectoria

de 90 %.

La trayectoria de propagación de las ondas aéreas es afectada por dos factores

El ángulo y la frecuencia. Si la onda radiada entra en la capa ionizada con un

ángulo mayor que él (ángulo crítico) entonces la onda no es reflejada; pero si el

ángulo es menor que la onda será reflejada y regresara a la tierra. Ambos efectos

son mostrados en las siguientes figuras.

RADIOCOMUNICACIONES

RADIOASTRONOMIA

RADAR

OTROS USOS DE LAS ONDAS DE RADIO

•Calentamiento

• Fuerza mecánica

•Metalurgia:

•Templado de metales

• Soldaduras

• Industria alimentaria:

•Esterilización de alimentos

•Medicina:

• Implante coclear (implantes de oído)

•Diatermia (enfermedades reumáticas y de artritis)

Satélite y Telefonía celular

• Telefonía Móvil: El teléfono móvil es un dispositivo inalámbrico electrónico

para acceder y utilizar los servicios de la red de la telefonía celular o móvil.

Se denomina celular en la mayoría de países latinoamericanos debido a

que el servicio funciona mediante una red de celdas, Donde cada antena

repetidora de señal es una célula.

• La comunicación telefónica es posible gracias a la interconexión entre

centrales móviles y públicas, según las bandas o frecuencias en las que

opera el móvil, podrá funcionar en una parte u otra del mundo.

La telefonía móvil consiste en la combinación de una red de estaciones

transmisoras o receptoras de radio (repetidoras, estaciones bases y una serie de

centrales telefónicas de conmutación de primer y quinto nivel (MSC Y BCS)

respectivamente)

En su operación el teléfono móvil, establece comunicación con una estación base

y a medida que se traslada los sistemas conmutacionales que administran la red

van transmitiendo la llamada a la siguiente estación de base de forma

transparente para el usuario.

Características de satélites

Son cuerpos que giran alrededor de otro astro, generalmente alrededor de los

planetas. Su trayectoria no puede ser modificada.

Son sólidos, unos son brillantes, otros opacos y algunos son de gran tamaño.

Los planetas poseen distinta cantidad de satélites, que se mantienen unidos por

fuerzas de gravedad recíprocas. Casi todos los planetas del Sistema Solar tienen

al menos un satélite, a excepción de Mercurio y Venus.

Existen varias teorías sobre el origen. Algunos astrónomos señalan que se

formaron junto a los planetas. Otros que son cuerpos capturados por la gravedad

o que han evolucionado junto al planeta.

Composición y estructura

La composición de los satélites es incierta, se cree que algunos de ellos están

formados de rocas y hielo.

La Luna, el único satélite natural de la Tierra, está compuesto de helio, argón,

sodio y potasio.

La estructura interna de la Luna es parecida a la de la Tierra, pero la externa es

rocosa, según información proporcionada por el Apolo 11.

Movimientos

Los satélites describen trayectorias alrededor del planeta que se mueven. Algunos

giran en dirección opuesta a la rotación de los planetas

En la actualidad se conocen más de 160 satélites naturales que pertenecen al

Sistema Solar.

Muchos nombres de satélites, o lunas, provienen de la mitología griega, romana o

de personajes de obras literarias.

Gamínedes es el nombre del satélite más grande del Sistema Solar, gira alrededor

de Júpiter.

Satélites artificiales

Características

Son vehículos espaciales colocados alrededor de la órbita de la Tierra o de otros

astros. Son construidos por el hombre y su trayectoria puede ser modificada.

Están provistos de aparatos apropiados que se encargan de obtener información y

transmitirla a la Tierra.

Los satélites pueden tener distintos usos, entre ellos: la comunicación,

navegación, asuntos militares, meteorológicos, de estudio, biosatélites, de

reconocimiento y de observación terrestre.

Composición y estructura

Los satélites artificiales alimentan su energía de células solares o generadores

nucleares enviados al espacio por cohetes llamados “lanzadores”. Están provistos

de radiorreceptores, cámaras, circuitos electrónicos y radares.

Movimientos

Describen órbitas alrededor de cometas, asteroides, planetas, y el Sol.

Dependiendo del tipo de órbita que realicen en la Tierra, pueden ser: de órbita

baja, polar, geoestacionaria o elíptica.

Telefonía celular

Es un dispositivo inalámbrico que permite comunicarse casi

Desde cualquier lugar con su función principal siendo esta la

Comunicación de voz.

Aunque con el tiempo y los avances tecnológicos, se le han

Incorporado funciones como cámara fotográfica, agenda,

reproductor de video y música e incluso acceso a internet

Las pantallas LCD están formadas por partículas

de cristal líquido que al aplicar una corriente eléctrica

dejan o no pasar una luz procedente de una lámpara

situada detrás. Consumen cantidades muy bajas de energía

eléctrica.

Las carcasas de los móviles contienen

Polímeros, materiales sintéticos ligeros

que pueden ser duros o blandos,

semitransparentes u opacos.

habitualmente se usan policarbonatos

derivados del petróleo.

Bibliografía:

http://www.thefoa.org/ESP/Sistemas.htm

https://es.wikipedia.org/wiki/Microondas

http://blog.utp.edu.co/shannon/files/2012/02/Microondas.pdf

http://www.cricyt.edu.ar/enciclopedia/terminos/RadioyMicro.htm

http://unicrom.com/Art_microondas.asp

http://es.slideshare.net/danilofernando91/presentacion-radiofrecuencia

http://es.slideshare.net/dayanacubas/presentacin-power-point-de-telefonia-movil

http://es.slideshare.net/JeyaHenao/telfono-mvil-presentacin-3515610