Un medio de transmisión es un sistema o sustancia que puede mediar en la propagación de señales con fines de telecomunicaciones . Las señales suelen imponerse sobre una onda de algún tipo adecuado para el medio elegido. Por ejemplo, los datos pueden modular el sonido y un medio de transmisión de sonidos puede ser el aire , pero los sólidos y líquidos también pueden actuar como medio de transmisión. El vacío o el aire constituyen un buen medio de transmisión de ondas electromagnéticas como la luz y las ondas de radio . Si bien no se requiere una sustancia material para que las ondas electromagnéticas se propaguen, dichas ondas generalmente se ven afectadas por los medios de transmisión a través de los cuales pasan, por ejemplo, por absorción , reflexión o refracción en las interfaces entre los medios. Por tanto, se pueden utilizar dispositivos técnicos para transmitir o guiar ondas. Así, como medio de transmisión se utiliza una fibra óptica o un cable de cobre.
La radiación electromagnética se puede transmitir a través de un medio óptico , como fibra óptica , o a través de cables de par trenzado , cable coaxial o guías de ondas de losa dieléctrica . También puede atravesar cualquier material físico que sea transparente a la longitud de onda específica , como agua , aire , vidrio u hormigón . El sonido es, por definición, la vibración de la materia, por lo que requiere un medio físico para su transmisión, al igual que otros tipos de ondas mecánicas y energía térmica . Históricamente, la ciencia incorporó varias teorías del éter para explicar el medio de transmisión. Sin embargo, ahora se sabe que las ondas electromagnéticas no requieren un medio de transmisión físico y, por lo tanto, pueden viajar a través del vacío del espacio libre . Las regiones del vacío aislante pueden volverse conductoras de la conducción eléctrica mediante la presencia de electrones , huecos o iones libres .
Un medio físico en las comunicaciones de datos es la ruta de transmisión por la que se propaga una señal. Como canal de comunicación se utilizan muchos tipos diferentes de medios de transmisión .
En muchos casos, la comunicación se realiza en forma de ondas electromagnéticas. En los medios de transmisión guiados, las ondas son guiadas a lo largo de un camino físico; Ejemplos de medios guiados incluyen líneas telefónicas, cables de par trenzado , cables coaxiales y fibras ópticas. Los medios de transmisión no guiados son métodos que permiten la transmisión de datos sin el uso de medios físicos para definir el camino que toma. Ejemplos de esto incluyen microondas , radio o infrarrojos . Los medios no guiados proporcionan un medio para transmitir ondas electromagnéticas pero no las guían; ejemplos son la propagación a través del aire, el vacío y el agua de mar.
El término enlace directo se utiliza para referirse a la ruta de transmisión entre dos dispositivos en la que las señales se propagan directamente desde los transmisores a los receptores sin dispositivos intermedios, distintos de los amplificadores o repetidores utilizados para aumentar la intensidad de la señal. Este término puede aplicarse tanto a medios guiados como a medios no guiados.
La transmisión de una señal puede ser simplex , semidúplex o full-duplex.
En la transmisión simplex, las señales se transmiten en una sola dirección; una estación es un transmisor y la otra es el receptor. En la operación semidúplex, ambas estaciones pueden transmitir, pero sólo una a la vez. En funcionamiento full-duplex, ambas estaciones pueden transmitir simultáneamente. En el último caso, el medio transporta señales en ambas direcciones al mismo tiempo.
En general, un medio de transmisión se puede clasificar como
Hay dos tipos principales de medios de transmisión:
Uno de los medios físicos más comunes utilizados en redes es el cable de cobre . Cable de cobre para transportar señales a largas distancias utilizando cantidades relativamente bajas de energía. El par trenzado sin blindaje (UTP) son ocho hilos de alambre de cobre, organizados en cuatro pares. [1]
El cableado de par trenzado es un tipo de cableado en el que dos conductores de un solo circuito se entrelazan con el fin de mejorar la compatibilidad electromagnética . En comparación con un solo conductor o un par balanceado no trenzado , un par trenzado reduce la radiación electromagnética del par y la diafonía entre pares vecinos y mejora el rechazo de la interferencia electromagnética externa . Fue inventado por Alexander Graham Bell . [2]
El cable coaxial , o coax (pronunciado / ˈk oʊ . æ ks / ), es un tipo de cable eléctrico que tiene un conductor interno rodeado por una capa aislante tubular, rodeado por un blindaje conductor tubular . Muchos cables coaxiales también tienen una funda o chaqueta exterior aislante. El término coaxial proviene del conductor interno y el blindaje externo que comparten un eje geométrico. El cable coaxial fue inventado por el físico, ingeniero y matemático inglés Oliver Heaviside , quien patentó el diseño en 1880. [3]
El cable coaxial es un tipo de línea de transmisión , utilizada para transportar señales eléctricas de alta frecuencia con bajas pérdidas. Se utiliza en aplicaciones tales como líneas troncales telefónicas , cables de redes de Internet de banda ancha , buses de datos informáticos de alta velocidad , transporte de señales de televisión por cable y conexión de transmisores y receptores de radio a sus antenas . Se diferencia de otros cables blindados porque las dimensiones del cable y los conectores se controlan para proporcionar una separación precisa y constante entre conductores, necesaria para que funcione eficientemente como línea de transmisión.
La fibra óptica , que se ha convertido en el medio de transmisión más utilizado para las comunicaciones de larga distancia, es una fina hebra de vidrio que guía la luz a lo largo de su longitud. Cuatro factores principales favorecen la fibra óptica sobre el cobre: velocidades de datos, distancia, instalación y costos. La fibra óptica puede transportar enormes cantidades de datos en comparación con el cobre. Puede funcionar durante cientos de millas sin necesidad de repetidores de señal, lo que a su vez reduce los costos de mantenimiento y mejora la confiabilidad del sistema de comunicación porque los repetidores son una fuente común de fallas en la red. El vidrio es más liviano que el cobre, lo que permite una menor necesidad de equipos especializados para levantar objetos pesados al instalar fibra óptica de larga distancia. La fibra óptica para aplicaciones en interiores cuesta aproximadamente un dólar por pie, lo mismo que el cobre. [4]
El multimodo y el monomodo son dos tipos de fibra óptica de uso común. La fibra multimodo utiliza LED como fuente de luz y puede transportar señales a distancias más cortas, unos 2 kilómetros. El modo único puede transportar señales a distancias de decenas de millas.
Una fibra óptica es una fibra flexible y transparente hecha estirando vidrio ( sílice ) o plástico hasta un diámetro ligeramente más grueso que el de un cabello humano . [5] Las fibras ópticas se utilizan con mayor frecuencia como medio para transmitir luz entre los dos extremos de la fibra y encuentran un amplio uso en las comunicaciones de fibra óptica , donde permiten la transmisión a distancias más largas y en anchos de banda (velocidades de datos) más altos que los cables eléctricos. . Se utilizan fibras en lugar de cables metálicos porque las señales viajan a través de ellas con menos pérdidas ; Además, las fibras son inmunes a las interferencias electromagnéticas , un problema que sufren en exceso los cables metálicos. [6] Las fibras también se utilizan para iluminación e imágenes y, a menudo, se envuelven en haces para que puedan usarse para transportar luz o imágenes fuera de espacios confinados, como en el caso de un fibroscopio . [7] Las fibras especialmente diseñadas también se utilizan para una variedad de otras aplicaciones, algunas de las cuales son sensores de fibra óptica y láseres de fibra . [8]
Las fibras ópticas suelen incluir un núcleo rodeado por un material de revestimiento transparente con un índice de refracción más bajo . La luz se mantiene en el núcleo mediante el fenómeno de reflexión interna total que hace que la fibra actúe como guía de ondas . [9] Las fibras que soportan muchas rutas de propagación o modos transversales se denominan fibras multimodo , mientras que aquellas que soportan un solo modo se denominan fibras monomodo (SMF). Las fibras multimodo generalmente tienen un diámetro de núcleo más amplio [10] y se utilizan para enlaces de comunicación de corta distancia y para aplicaciones donde se debe transmitir alta potencia. [ cita necesaria ] Las fibras monomodo se utilizan para la mayoría de los enlaces de comunicación de más de 1000 metros (3300 pies). [ cita necesaria ]
Poder unir fibras ópticas con bajas pérdidas es importante en la comunicación por fibra óptica. [11] Esto es más complejo que unir alambres o cables eléctricos e implica una cuidadosa división de las fibras, una alineación precisa de los núcleos de las fibras y el acoplamiento de estos núcleos alineados. Para aplicaciones que exigen una conexión permanente, es común un empalme por fusión . En esta técnica, se utiliza un arco eléctrico para fundir los extremos de las fibras. Otra técnica común es el empalme mecánico , donde los extremos de las fibras se mantienen en contacto mediante una fuerza mecánica. Las conexiones temporales o semipermanentes se realizan mediante conectores de fibra óptica especializados . [12]
Se conoce como fibra óptica al campo de las ciencias aplicadas y la ingeniería que se ocupa del diseño y aplicación de fibras ópticas . El término fue acuñado por el físico indio Narinder Singh Kapany , ampliamente reconocido como el padre de la fibra óptica. [13]
La propagación de radio es el comportamiento de las ondas de radio a medida que viajan, o se propagan , de un punto a otro, o hacia varias partes de la atmósfera . [14] Como forma de radiación electromagnética , al igual que las ondas luminosas, las ondas de radio se ven afectadas por los fenómenos de reflexión , refracción , difracción , absorción , polarización y dispersión . [15] Comprender los efectos de las diferentes condiciones en la propagación de la radio tiene muchas aplicaciones prácticas, desde la elección de frecuencias para emisoras internacionales de onda corta hasta el diseño de sistemas de telefonía móvil confiables, la radionavegación y el funcionamiento de sistemas de radar .
En los sistemas prácticos de transmisión de radio se utilizan diferentes tipos de propagación. La propagación con línea de visión significa ondas de radio que viajan en línea recta desde la antena transmisora a la antena receptora. La transmisión con línea de visión se utiliza para transmisiones de radio de alcance medio, como teléfonos celulares , teléfonos inalámbricos , walkie-talkies , redes inalámbricas , transmisiones de radio y televisión FM y radares , y comunicaciones por satélite , como televisión por satélite . La transmisión con línea de visión en la superficie de la Tierra está limitada a la distancia al horizonte visual, que depende de la altura de las antenas transmisoras y receptoras. Es el único método de propagación posible en frecuencias de microondas y superiores. En las frecuencias de microondas, la humedad en la atmósfera ( la lluvia se desvanece ) puede degradar la transmisión.
En frecuencias más bajas en las bandas MF , LF y VLF , debido a la difracción , las ondas de radio pueden doblarse sobre obstáculos como colinas y viajar más allá del horizonte como ondas superficiales que siguen el contorno de la Tierra. Éstas se llaman ondas terrestres . Las estaciones de radiodifusión AM utilizan ondas terrestres para cubrir sus áreas de escucha. A medida que la frecuencia disminuye, la atenuación con la distancia disminuye, por lo que las ondas terrestres de muy baja frecuencia (VLF) y de frecuencia extremadamente baja (ELF) se pueden utilizar para comunicarse en todo el mundo. Las ondas VLF y ELF pueden penetrar distancias significativas a través del agua y la tierra, y estas frecuencias se utilizan para comunicaciones mineras y militares con submarinos sumergidos.
En las frecuencias de onda media y corta ( bandas MF y HF ), las ondas de radio pueden refractarse desde una capa de partículas cargadas ( iones ) en lo alto de la atmósfera, llamada ionosfera . Esto significa que las ondas de radio transmitidas en ángulo hacia el cielo pueden reflejarse hacia la Tierra más allá del horizonte, a grandes distancias, incluso transcontinentales. Esto se llama propagación de ondas celestes . Lo utilizan los radioaficionados para hablar con otros países y estaciones de radiodifusión de onda corta que transmiten a nivel internacional. La comunicación Skywave es variable y depende de las condiciones en la atmósfera superior; es más fiable durante la noche y en invierno. Debido a su falta de confiabilidad, desde la llegada de los satélites de comunicaciones en la década de 1960, muchas comunicaciones de largo alcance que antes usaban ondas celestes ahora usan satélites.
Además, existen varios mecanismos de propagación de radio menos comunes, como la dispersión troposférica (troposcatter) y la onda ionosférica de incidencia casi vertical (NVIS), que se utilizan en sistemas de comunicación especializados.
La transmisión y recepción de datos normalmente se realiza en cuatro pasos: [16]