Aportación de la Revista RED,
La comunidad de expertos en redes
Febrero 2003

Introducción

La comunicación es la transferencia de información de un lugar a otro, mientras que la información es un patrón físico al cual se le ha asignado un significado comúnmente acordado. El patrón debe ser único -separado y distinto-, capaz de ser enviado por un transmisor y de ser detectado y entendido por un receptor. Así, la información es transmitida a través de señales eléctricas u ópticas utilizando un canal de comunicación o medio de transmisión.

El medio de transmisión es el enlace (eléctrico u óptico) entre el transmisor y el receptor, y sirve de puente de unión entre la fuente y el destino.

Este medio de comunicación puede ser un par de alambres, un cable coaxial o hasta el aire mismo. Pero sin importar el tipo, todos los medios de transmisión se caracterizan por la atenuación, el ruido, la interferencia, el desvanecimiento y otros elementos que impiden que la señal se propague libremente por el medio; son factores que hay que contrarrestar al momento de transmitir cualquier información al canal.

En este artículo describiremos los medios de transmisión más importantes, los cuales se clasifican en dos tipos: los medios alámbricos y los inalámbricos. Cabe aclarar que "medios alámbricos" -es así como la mayoría los conocemos- no es el término más correcto, debido a que no siempre el medio de conducción de las señales se constituye de alambres: un ejemplo es la fibra óptica, que se conforma con un material de fibra de vidrio; otro el la guía de onda, construida de un material metálico. La mejor manera de clasificar este tipo de medios es como medios tangibles confinados sobre conductos de cobre, fibra de vidrio o contenedores metálicos. Una de sus principales características es que se ven limitados por el medio y no salen de él, excepto por algunas pequeñas pérdidas.

Por otro lado, existen los medios no físicos (o no confinados), que son los que no están contenidos en ninguno de los materiales descritos anteriormente y en los cuales las señales de radiofrecuencia (RF) originadas por la fuente se radian libremente a través del medio y se esparcen por éste –el aire, por ejemplo-. El medio, aire, es conocido técnicamente como el espectro radioeléctrico o electromagnético. Comúnmente conocemos a este tipo de medios como medios inalámbricos.

El primero de los medios confinados: el alambre

Entre los medios confinados tenemos, en primer lugar, al alambre sin aislar. Éste fue el primer medio de comunicación empleado tras haberse inventado el telégrafo, en 1844. Hoy en día los alambres vienen protegidos con materiales aislantes. El material del conductor puede ser cobre, aluminio o algún otro material conductor.

Éste se emplea en diversas aplicaciones, como conducción de electricidad, telefonía, redes, etc.

El grosor del cable es medido de diversas maneras, aunque el método predominante en Estados Unidos y otros países sigue siendo el estándar de diámetro de cable americano (AWG, por American Wire Gauge Standard), mediante el cual se puede distinguir un cable de otro a partir de su diámetro.

Los grosores típicos de los conductores utilizados en cables eléctricos para uso residencial son de 10 a 14 AWG; los que sirven para cables telefónicos pueden ser de 22, 24 o 26 AWG; y los usados en cables para aplicaciones de redes son de 24 y/o 26 AWG. En este sistema, entre mayor sea el número AWG, menor será su diámetro.

Asimismo, el grosor del cable determina que otras características eléctricas importante, como la resistencia o impedancia.

Cable coaxial, con doble forro

Este tipo de cable consta de un conductor central fijo (axial) sobre un forro de material aislante, que después lleva una cubierta metálica en forma de malla como segundo conductor. La capa exterior evita que la radiación electromagnética o las señales de otros cables afecten la información conducida a través suyo.

El cable coaxial puede transmitir información tanto en frecuencia intermedia (IF) como en banda base. En IF, este cable es útil en aplicaciones de video, ya que resulta ser muy adecuado para enviar los canales de televisión en los sistemas de televisión por cable.

En banda base, en tanto, el coaxial fue muy utilizado en aplicaciones de datos en redes de área local (LAN), así como en redes Token Ring o Ethernet.

Los dos tipos de cables coaxiales más empleados para aplicaciones de LAN son el lOBase5 y el lOBase2. El primero es conocido generalmente como cable coaxial grueso, mientras que el segundo se conoce como cable coaxial delgado.

Par trenzado. Ventajas y desventajas

El cable par trenzado está compuesto por conductores de cobre aislados por material plástico y trenzados en pares.

Dicho trenzado, que en promedio abarca tres trenzas por pulgada, ayuda a disminuir la diafonía, el ruido y interferencia, para mejores resultados, el trenzado debe ser variado entre los diferentes pares.
Este tipo de cables tienen la ventaja de ser económicos, flexibles y fáciles de conectar, entre otras propiedades que no presenta el coaxial en las aplicaciones de redes. No obstante, como medio de comunicación existe la desventaja de tener que usarse a distancias limitadas (menos de 100 metros), ya que la señal se va atenuando y pudiera llegar a ser imperceptible si se rebasa el límite mencionado.

Los cables de par trenzado más comúnmente usados como interfaces de capa física son los siguientes:

• 10BaseT (Ethernet)
• 100BaseTX (FastEthernet)
• 100BaseT4 (Fast Ethernet con 4 pares)
• 1000BaseT (Gigabit Ethernet)

Existen dos tipos de cable par trenzado: el cable par trenzado sin blindaje (UTP, por Unshielded Twisted Pair Cabling) y el cable par trenzado blindado (STP, por Shielded Twisted Pair Cabling).

Tecnología en torno a la fibra óptica

Este medio de comunicación utiliza la luz confinada en una fibra de vidrio para transmitir grandes cantidades de información en el orden de los gigabits por segundo.
Debido a que el láser trabaja a frecuencias muy altas, entre el intervalo de la luz visible y la infrarroja, la fibra óptica es casi inmune a la interferencia y el ruido.

Para transmitir los haces de luz se utiliza una fuente de luz -como un LED (Light-Emitting Diode) o un diodo láser- y en la parte receptora se emplea un fotodiodo o fototransistor para detectar la luz emitida. También será necesario colocar un conversor de luz (óptico) a señales eléctricas al final de cada extremo.

La transmisión óptica involucra la modulación de una señal de luz usualmente apagando, encendiendo y variando la intensidad de la luz sobre una fibra muy estrecha de vidrio llamado núcleo: el diámetro de una fibra puede llegar a ser de una décima del diámetro de un cabello humano.

La otra capa concéntrica de vidrio que rodea el núcleo se llama revestimiento. Después de introducir la luz dentro del núcleo, esta es reflejada por el revestimiento, lo cual ocasiona que siga una trayectoria en zig-zag a través del núcleo.

Las dos formas de transmitir sobre una fibra son conocidas como transmisión en modo simple y multimodo.
En el modo simple (también llamado monomodo), se transmite un haz de luz por cada fibra y, dadas sus características de transmisión, es posible que el haz se propague a decenas de kilómetros.
Por ello, este tipo de fibra es muy común en enlaces de larga distancia, como la interconexión de centrales telefónicas.

En una fibra multimodo, en cambio, más de un haz de luz puede ser transmitido. Esta versión se usa para distancias más cortas y sirve para interconectar LANs entre edificios, campus, etc.

La tecnología de la fibra óptica ha avanzado muy rápidamente; tanto, que hoy en día es posible incrementar la capacidad de una fibra y aumentar la distancia de propagación. Por ejemplo, los amplificadores de fibra dopada con erbio (EDFA, por Erbium-doped Fiber Amplifiers) son repetidores/amplificadores que dopan a la fibra con el metal erbio a intervalos de 50 a 100 kilómetros.

La introducción de los EDFA ha hecho posible que los sistemas de fibra óptica actuales operen a 10 Gbps.
También abrieron el camino para la multicanalización por división de longitud de onda (WDM, por Wavelength Oivision Multiplexing), que es el proceso de dividir el espectro de la fibra óptica en un número de longitudes de onda sin traslaparse una con la otra.
Cada longitud de onda es capaz de soportar un canal de comunicaciones de alta velocidad.

Otra tecnología innovadora en las fibras ópticas es el DWDM (WDM Denso), que soporta más de 16 longitudes de onda; por ejemplo, los sistemas.OC-48 (Optical Carrier, 2.5 Gbps) pueden soportar entre 60 y160 longitudes de onda y aún existen sistemas que soportan más de 320 longitudes de onda, lo que equivale a 320 canales de alta velocidad por fibra.

Por el momento Bell Labs está trabajando para que en un futuro cercano, se puedan transmitir más de 15,000 longitudes de onda por fibra con la tecnología "Chirped-pulse WDM", con la cual las fibras ópticas tendrán una capacidad inimaginable.

Los cables de fibra óptica submarina son otro ejemplo de la gran capacidad que existe en este medio. El primer cable submarino con fibra óptica (el TAT-8) fue puesto en servicio en 1988 y utilizaba tres pares de fibra con repetidores espaciados cada 65 millas.

Su capacidad es de 40,000 circuitos de voz bidireccionales. En el 2001, fue instalado otro cable trasatlántico: el AC-2, que ofrece una capacidad de 10 Gbps en 32 longitudes de onda sobre 8 pares de fibra para un total de 2.5 Terabits por segundo utilizando WDM.

La fibra óptica como medio de transmisión en el área de las telecomunicaciones ha demostrado su potencialidad al cursar por éstas casi todo el tráfico de voz y datos del mundo, así como el de Internet. Pero también en el campo de la medicina la fibra óptica tiene un uso muy vasto: la laparoscopía, colposcopía y endoscopía son sólo unos ejemplos.

Cableado estructurado: muchos servicios en el mismo cable

En el pasado, había dos especificaciones principales de terminación de cableado: los cables de datos y los de voz.

Ahora, en el mundo de los sistemas de cableado estructurado existen diferentes tipos de servicios (voz, datos, video, monitoreo, control de dispositivos, etc.) que pueden cursarse sobre un mismo tipo de cable.

El estándar de cableado estructurado más utilizado y conocido en el mundo está definido por la Electronics Industries Association / Telecommunications Industries Association (EIA/TIA), de Estados Unidos. Este estándar especifica el cableado estructurado sobre cable de par trenzado UTP de categoría 5; el estándar se llama EIA/ TIA 568A.

Mucho antes de que la EIA/TIA fuera creada, en 1985, ya existía otro estándar establecido por AT& T: el 258A, que ahora es conocido bajo el nombre de EIA/TIA 5688, que define seis subsistemas de cableado estructurado que son:

• Entrada al edificio.
• Cuarto de equipos.
  
• Cableado de la dorsal (backbone).
• Gabinete de Telecomunicaciones.
• Cableado horizontal.
• Componentes del área de trabajo.

Aire como medio de transmisión

Los medios que utilizan el aire como medio de transmisión son los medios no confinados. Cada uno viene siendo un servicio que utiliza una banda del espectro de frecuencias. A todo el rango de frecuencias se le conoce como espectro electromagnético, el cual ha sido un recurso muy apreciado y, como es limitado, tiene que ser bien administrado y regulado.

Los administradores del espectro a nivel mundial son los miembros de la World Radiocommunication Conference (WRC) de la International Telecommunications Union -Radiocommunications Sector (ITU-R).

Esta entidad realiza reuniones a nivel mundial en coordinación con los entes reguladores de cada país para la asignación de nuevas bandas de frecuencia y administración del espectro.
En el caso de México, la entidad reguladora del radio espectro es la Comisión Federal de Telecomunicaciones (Cofetel, www.cft.gob.mx) y la Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT, www.sct.gob.mx).

La asignación de bandas del espectro varía de país a país. En el caso de México, se puede consultar el cuadro de atribución de frecuencias en el Área de Ingeniería y Tecnología de la Cofetel en la siguiente dirección: www.agitec.gob. mx/cuadro/index_espectro.htm I

Cada subconjunto o banda de frecuencia dentro del espectro electromagnético tiene propiedades únicas que son el resultado de cambios en la longitud de onda. Por ejemplo, las frecuencias medias (MF, por Medium Frequencies),que van de los 300 kHz a los 3 MHz, pueden ser radiadas a °.o largo de la superficie de la 1ierra sobre cientos de kilómetros, perfecto para las estaciones de radio de amplitud modulada (AM)de la región.

Las estaciones de radio internacionales usan las bandas cono-cidas como ondas cortas (SW, porShort Wave) en la banda de HF (High Frequency), que va desde los 3 MHz a los 30 MHz.
Este tipo de ondas pueden ser radiadas a miles de kilómetros y son rebotadas de nuevo a la Tierra por la ionosfera como si fuera un espejo.

Los estaciones de frecuencia modula-da (FM) y televisión utilizan las bandas conocidas como VHF (Very High Frequency) y UHF (Ultra High Frequency), localizadas de los 30 MHz alos 300 MHz y de los 300 MHz a los900 MHz, respectivamente.

Debido a que no son reflejadas por la ionosfera, este tipo de señales cubren distancias cortas, como una ciudad por ejemplo.

La ventaja de usar este tipo de bandas de frecuencia para comunicaciones locales permite que docenas de estaciones de radio FM y televisoras -en ciudades diferentes-puedan usar frecuencias idénticas sin causar interferencia entre ellas.
Cada una de las sub-bandas del espectro electromagnético proveen un servicio diferente, lo que nos permite hablar por un teléfono celular , escuchar la radio o ver la televisión, sin que un servicio interfiera con el otro.

Mcroondas terrestres

El medio de comunicación conocido como microondas terrestres se compone de todas aquellas bandas de frecuencia en el rango de 1 GHz en adelante. El término "microondas" viene porque la longitud de onda de esta banda es muy pequeña (milimétricas o micrométricas), resultado de dividir la velocidad de la luz entre la frecuencia en Hertz. Pero por costumbre el término se asocia a la tecnología conocida como microondas terrestres, que utilizan un par de radios y antenas de microondas.

Tanto los operadores de redes fijas como los móviles utilizan las microondas para superar el cuello de botella de la última milla de otros medios de comunicación.

Éste es un medio de transmisión que ya tiene muchas décadas de uso: en el pasado las compañías telefónicas se aprovechaban de su alta capacidad para la transmisión de tráfico de voz. Gradualmente, los operadores reemplazaron el corazón de la red a fibra óptica, dejando como medio de respaldo la red de microondas.

Lo mismo sucedió con el video, el cual fue sustituido por el satélite.

A pesar de todo, las microondas terrestres siguen conformando un medio de comunicación muy efectivo para redes metropolitanas para interconectar bancos, mercados, tiendas departa-mentales y radio bases celulares.
Las estaciones de microondas consisten en un par de antenas con línea de vista -conectadas aun radio transmisor- que radian radiofrecuencia (RF) en el orden de 1 GHz a 50 GHz.

Las principales frecuencias utilizadas en microondas se encuentran alrededor de los 10-15 GHz, 18, 23 y 26 GHz, las cuales son capaces de conectar dos localidades de hasta 24 kilómetros de distancia una de la otra. Los equipos de microondas que operan a frecuencias más bajas, entre 2-8GHz, puede transmitir a distancias de entre 30 y 45 kilómetros. La única limitante de estos enlaces es la curvatura de la Tierra, aunque con el uso de repetidores se puede extender su cobertura a miles de kilómetros.

Debido a que todas las bandas de frecuencias de microondas terrestres ya han sido subastadas, para utilizar este servicio son necesarias frecuencias permisionadas por las autoridades de telecomunicaciones; es muy frecuente el uso no autorizado de este tipo de enlaces en versiones punto-punto y punto-multipunto. En el sitio Web de la Cofetel se encuentra la lista de los permisionarios autorizados de esta banda de frecuencias

Conclusión.

Los medios de transmisión son el canal para que el transmisor y el receptor puedan comunicarse y transferir información. Existen varios factores externos que inciden sobre el canal, por lo que es necesario una buena relación a ruido para superar estos obstáculos. La selección adecuada del mejor servicio y medio de transmisión para cubrir nuestras necesidades es de vital importancia para operar óptimamente.

Los medios de transmisión inalámbricos han abierto un nuevo panorama y perspectivas de comunicación que permiten el intercambio de información en casi cualquier lugar, pero hay que tener en cuenta las ventajas y desventajas que cada medio nos brinda. Por otro lado, el desarrollo en fibras ópticas ha tenido un avance significativo, incrementando su capacidad a niveles muy altos y conformando ya las venas y arterias de la mayoría de las comunicaciones de la actualidad.