Cómo viaja la luz en la fibra óptica

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#LunesdeFibraóptica

Funcionamiento de la fibra óptica

El principio de la fibra óptica es simple:

Un haz de luz entra por un lado de la fibra, viaja por todo el conducto y sale por el otro lado.

Sabiendo dicho principio, ahora debemos saber que para ello debemos transmitir por el núcleo de la fibra un haz de luz que no atraviese el revestimiento, sino que se refleje y se siga propagando.

Representación de dos rayos de luz propagándose dentro de una fibra óptica. En esta imagen se percibe el fenómeno de reflexión total en el haz de luz «a».
Cortesía: Wikipedia.org

Para esto aplicaremos el principio de reflexión interna total (basado en la Ley de Snell): Cuando la luz llega a una superficie que limita con un índice de refracción menor, se refleja en gran parte, cuanto mayor sea la diferencia de índices y mayor el ángulo de incidencia, ahí es cuando se habla de reflexión interna total.

Cuando el ángulo de incidencia es mayor o igual al ángulo crítico, la luz no puede refractarse y se refleja totalmente en la frontera.
Cortesía: Wikipedia.org

En pocas palabras, el funcionamiento de la fibra óptica consiste que el índice de refracción del núcleo es mayor al índice de refracción del revestimiento, y que el ángulo de incidencia es superior al ángulo límite, para que la luz se refleje totalmente por el núcleo.

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“La luz es más brillante cuando está en la mente”


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Aplicaciones tecnológicas del cable coaxial

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#DomingodeRadiocomunicaciones

Aplicaciones del cable coaxial

Antes de la utilización de la fibra óptica en redes de telecomunicaciones, tanto terrestres como submarinas, era el cable coaxial el más ampliamente utilizado en sistemas de transmisión de telefonía analógica basados en la multiplexación por división de frecuencia (FDM).

También encontrábamos cables coaxiales en sistemas de transmisión digital, basados en la multiplexación por división de tiempo (TDM), consiguiendo una transmisión de más de 7000 canales de 64 kbps.

Sin embargo, con el avance de la tecnología, se necesitaban cables de conexión para transmisión a larga distancia que tuviera una estructura diferente al utilizado en aplicaciones de redes locales; que soportara esfuerzos de tracción y presión debido a que se instalaba enterrado. Los cables coaxiales requieren un costo adicional para la protección, ya que aparte de los aislantes correspondientes llevaba un armado exterior de acero.

Además, actualmente se requiere una velocidad de datos mucho mayor y que pueda soportar todo tipo de condiciones (interferencia electromagnética, presión en caso de cableado subterráneo, etc.), por lo que el coaxial está siendo reemplazado por la fibra óptica. Incluso hay conexiones híbridas donde es fibra óptica en las redes urbanas y cuando llega al domicilio ya es conexión de cable coaxial (tecnología HFC).

Diagrama de una red híbrida de fibra óptica y cable coaxial (HFC).
Cortesía: Wikipedia.org

Aun así, todavía encontramos cables coaxiales en:

• Entre la antena y el televisor.
• Redes urbanas de televisión por cable e Internet.
• En equipos de radioaficionados (entre un emisor y su antena de emisión).
• Líneas de distribución de señal de vídeo.
• Redes de transmisión de datos como Ethernet (antiguas versiones 10BASE2 y 10BASE5).
• Redes telefónicas interurbanas.
• Cables submarinos (ha sido reemplazado por la fibra óptica).

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CÓMO ES QUE SE COMUNICAN LAS MÁQUINAS

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Sistema M2M

El M2M significa machine to machine, (máquina a máquina) se refiere al intercambio de información o comunicación en forma de datos entre dos máquinas remotas y desencadenar una acción.

Todo M2M debe contar con los siguientes elementos:

• Las máquinas que se encargan de gestionar la información entre ellas (Alarmas domésticas, paneles informativos en carreteras, telemantenimiento de ascensores, estaciones meteorológicas, etc).
• Los dispositivos M2M que se conectan a una máquina remota y proveen de comunicación al servidor (integrado con el core business de la empresa).
• El servidor que gestiona el envío y la recepción de la información.
• La red de comunicación por cable o a través de redes inalámbricas. Redes cableadas tales como PLC, Ethernet, ADSL, etc; y redes inalámbricas tales como Wifi, Bluetooth, RFID, GSM/UMTS/HSDPA, etc.

Segmentos del M2M.

Estos procesos reducen el tiempo y los costos, y amplían servicios que hasta ahora no teníamos. Así mismo esta comunicación se realiza a través de redes privadas e inalámbricas. Estas herramientas aumentan la productividad, automatización y eliminación manual, haciéndonos la vida más cómoda y segura.

Todo este proceso es gracias a tarjetas SIM que permiten estos procesos y reducen significativamente la complejidad de la instalación, distribución y despliegue de soluciones M2M.

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Características de la fibra óptica

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Características de la fibra óptica

Cada filamento de la fibra óptica consta de un núcleo central de plástico o cristal (óxido de silicio y germanio) con un alto índice de refracción, rodeado de una capa de un material similar (plástico) con un índice de refracción ligeramente menor.

Cuando la luz llega a una superficie que limita con un índice de refracción menor, se refleja en gran parte, cuanto mayor sea la diferencia de índices y mayor el ángulo de incidencia, entones existe reflexión interna total.

Núcleo y revestimiento de la fibra óptica.
Cortesía: Wikipedia.org

¿Cómo es adentro de una fibra óptica?

En sí, en el interior de una fibra óptica, la luz se va reflejando contra las paredes en ángulos muy abiertos (mientras más cerca de 180 grados es más ideal), de esa forma prácticamente la luz avanza por el centro. De este modo, se guían las señales luminosas sin pérdidas por largas distancias.

El funcionamiento de la fibra óptica se basa en transmitir por el núcleo de la fibra un haz de luz, tal que este no atraviese el revestimiento, sino que se refleje y se siga propagando.

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Formas de comunicación mediante ondas de radio

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#ViernesdeRadiocomunicaciones

Ondas de radio

Las ondas de radio son un tipo de radiación electromagnética que se propagan desde frecuencias de 10 KHz a 10 THz. Lo usamos en el campo de las telecomunicaciones, en las comunicaciones radio fija y móvil, radiodifusión, radar satélites de comunicaciones, redes telemáticas. Para lograrlo, generamos ondas de radio mediante transmisores radio y son recibidas por receptores radio.

Lo más interesante son que estas ondas se propagan de diferente manera, según su frecuencia:

Propagación troposférica

Pueden difractarse (“doblarse”) alrededor de obstáculos como montañas y seguir el contorno de la tierra al propagarse más allá del horizonte, viajando como ondas superficiales

Esto permite que las estaciones de transmisión tengan áreas de cobertura más allá del horizonte, a cientos de millas. Ideal para sistemas de comunicaciones militares de bajas frecuencias pueden comunicarse en la mayor parte de la Tierra y con submarinos a cientos de metros bajo el agua.

Propagación troposférica.

Propagación ionosférica

Las ondas de radio se reflejan en las capas de partículas cargadas, en una parte de la atmósfera llamada ionosfera y así poder alcanzar puntos más allá del horizonte, con solo dirigir las ondas en un ángulo hacia el cielo.

Mediante el uso de múltiples saltos, la comunicación a distancias intercontinentales se puede lograr.

Propagación ionosférica.
Cortesía: Wikipedia.org

Propagación en línea de vista:

Para ondas mucho más cortas se difractan muy poco y viajan en línea recta. Sus distancias de propagación están limitadas al horizonte visual. Incluso las ondas de radio pueden pasar a través de edificios, follaje y otras obstrucciones. Este es el método de propagación para frecuencias superiores a 30 MHz Este es el método utilizado por los teléfonos celulares, transmisiones de FM, televisión y radar.

Propagación en línea de vista.
Las tres formas de propagación de las ondas de radio.

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CUÁLES SON LAS APLICACIONES DE LA FIBRA ÓPTICA

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Aplicaciones de la fibra óptica

Una fibra óptica es una fibra flexible, transparente que se utilizan como un medio para transmitir luz entre dos puntas de una fibra. Tienen un amplio uso en las comunicaciones por fibra óptica para la transmisión en distancias y a velocidades de transmisión grandes que los cables eléctricos.

Su uso son comunicaciones digitales, en el cableado submarino, cableado interurbano  y hasta de usos decorativos como las luces de los árboles de Navidad.

Sus aplicaciones soy muy variadas, hablaremos algunas de ellas:

Comunicaciones

Se emplea como medio de transmisión en redes de telecomunicaciones por su flexibilidad las fibras se agrupan formando cables. Se usan fibras de vidrio en su interior, aunque ya se están desarrollando fibras con aire en su interior.

Mapa de cables submarinos.
Cortesía: Wikipedia.org

Sensores

Se utiliza para transferir las señales de un sensor remoto a un sistema electrónico. Tienen sobre los sensores eléctricos la ventaja de que no circula corriente eléctrica. Procesa las señales para medir como: deformación, temperatura, presión, humedad, campos eléctricos o magnéticos, gases, vibraciones y otros parámetros.

Sensor fotoeléctrico de fibra óptica de tipo barrera rectangular con luz roja – DF-G3 series.
Cortesía: Banner Engineering Corp.

Iluminación

Iluminan cualquier espacio, en los edificios donde la luz puede ser recogida en la azotea y ser llevada mediante fibra óptica a cualquier parte del edificio.

Iluminación de la fachada con fibra óptica.

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SISTEMAS PARA COMUNICACIONES MÓVILES

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Red de telecomunicación

Es el conjunto de medios, tecnologías, protocolos, necesarios para el intercambio de información entre los usuarios de la red, siendo esta una estructura compleja.

Sus enlaces de transmisión conectan a terminales entre sí, usando conmutación de circuitos, conmutación de mensajes o conmutación de paquetes para enviar la señal a través de los enlaces y nodos correctos para llegar al terminal de destino correcto.

Estructura de red

Cada red de telecomunicaciones consta de tres planos:

Plano de datos: Conocido como el plano de usuario, transporta el tráfico de usuarios de la red, la carga útil real.
Plano de control: Lleva la señal de control durante el intercambio de información o también llamada señalización.
Plano de gestión: Transporta el tráfico de operaciones y administración requerido para la gestión de la red.

Sistemas de Comunicaciones Móviles

Como Uds. saben las comunicaciones móviles fueron concebidas para que el emisor y receptor están en movimiento. Debido a ello no es factible una comunicación cableada como en la telefonía fija, por lo que usamos una comunicación vía radio.

Sistema PMR

Significa “Private Mobile Radio”. Se basa en la técnica llamada concentración de enlaces (trunking), son redes de radiocomunicaciones privadas, las llamadas son de corta duración y no se conectan con las redes públicas. Su funcionamiento se basa en que los terminales se conectan al centro de control y luego la distribuye a una estación base mediante línea telefónica.

Sus aplicaciones de PMR están en las radiocomunicaciones en flotas que brindan servicios tales como seguridad, bomberos, taxis, etc.

Los walkie talkie fueron los dispositvos más representativos de este sistema.
(Baofeng BF-88E PMR versión actualizada de 888 S Walkie Talkie).

Sistemas Troncales: Trunking

Evolución de PMR; este sistema trata de utilizar pocas frecuencias de una forma más eficiente, se decide que la frecuencia ya no pertenezca a un único grupo de usuarios; si no se disponen un poco de frecuencias portadoras para que estas puedan ser utilizadas otros grupos de usuarios. En pocas palabras ante una solicitud de comunicarnos, el truking nos asignará un canal libre. Usa frecuencias de 1200 – 1800 Hz.

En un sistema de radio comunicación trunking; el sistema de inteligencia se encarga de guiar a los usuarios a un canal libre. Las pausas en la conversación pueden generar disponibilidad de los canales para otros usuarios si son requeridos.

Sistema UMTS 3G

Es un sistema de acceso múltiple por división de código de banda ancha WCDMA, su objetivo es de ser un sistema multiservicio y multivelocidad, pudiendo adaptarse a transmisiones de datos de diferentes velocidades y conexiones con distintos servicios simultáneamente. Su banda ancha es de 5MHz y transfiere datos a velocidades de hasta 2Mbps. Puedes envía correos electrónicos y descargando archivos a la vez.

Estructura UMTS.

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Código binario: 0 y 1

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#MiércolesdeDigitales

Sistema de código binario

Es el sistema de codificación usado en la electrónica digital, todas las instrucciones e información física que están dentro de los equipos electrónicos (computadoras, laptops, tablets, smartphones) están compuestos de 0 y 1 lógico.

Cabe destacar que en las telecomunicaciones, el código binario se utiliza con variados métodos de codificación de datos, ya sea para procesar señales como el envío de paquetes de datos ya sea de forma cableada o inalámbrica.

Diferencia entre bit y byte

Cada 0 ó 1 es un bit; la ausencia de señal (0 V o GND) se expresa mediante el “0” lógico y la presencia de una señal (5 V) se expresa mediante el “1” lógico.

Un grupo de 8 bits es un byte; siendo esta la forma que se usa para representar textos, instrucciones y el peso de los archivos (megabyte, gigabyte, terabyte). En el byte poseemos 256 posibles estados binarios (de 00000000 a 11111111).

Conversión decimal a binario

Divides el número decimal entre 2, su cociente entero se vuelve a dividir entre 2 y así sucesivamente hasta que el dividendo sea menor que 2. Luego se toma los residuos del final al primero en ese orden y ello es nuestro código binario que buscamos.

Convirtiendo el 100 decimal a binario.
Tabla binario – decimal.

Conversión binario a decimal

Comience por el extremo derecho del número binario, a partir de ahí multiplique cada dígito por una potencia de 2 (20, 21, 22, 23, …). Luego de ello sumamos cada multiplicación y el número resultante es el número decimal que buscamos.

Ejemplos de conversiones de binario a decimal.

Equivalencias de binario a otros sistemas de codificación usados

Binario a hexadecimal

Agrupe la cantidad binaria en grupos de 4 en 4 iniciando por el lado derecho. Si al terminar de agrupar no completa 4 dígitos, entonces agregue ceros a la izquierda.

Ejemplo de conversión binaria a hexadecimal.
Tabla binario a hexadecimal.

Binario a BCD

El Binary-Coded Decimal (BCD) es un estándar para representar números decimales en el sistema binario, donde cada dígito decimal es codificado con una secuencia de 4 bits. Con esta codificación especial se pueden realizar operaciones aritméticas como suma, resta, multiplicación y división.

Ejemplo de conversión binaria a BCD.
Tabla binario a BCD.

Binario a Exceso-3

Es un código decimal codificado en binario de representación parcial, fue utilizado en varias computadoras antiguas al igual que en cajas registradoras y calculadoras electrónicas portátiles hace algún tiempo.

Ejemplo de conversión binaria a Exceso -3.
Tabla binario a Exceso -3.

Binario a Gray

El código binario reflejado o código Gray es un sistema de numeración binario en el que dos números consecutivos difieren solamente en uno de sus dígitos. Es usado para la corrección de errores en los sistemas de comunicaciones como sistemas de televisión por cable y la digital terrestre.

Ejemplo de conversión binaria a Gray.
Tabla binario a Gray.
Tabla con todas las equivalencias.

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Cómo se trasmiten las ondas en una antena

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#ViernesdeAntenasymediostx

Transmisión de las ondas en una antena

Cuando una corriente fluye a lo largo de un conductor, sus partículas cargadas se comienzan a mover, pero no necesariamente se aceleran. Si es corriente directa (DC) las partículas se mueven a una velocidad constante, pero no aceleran; sin embargo si fuera corriente alterna (AC), una corriente que varía con el tiempo, es ahí cuando recién las partículas aceleran.

Transmisión

Entonces si en una varilla se conecta a una fuente de corriente alterna, sus electrones se mueven de forma acelerada (se dirigen hasta el extremo de la varilla y regresan), emitiendo ondas electromagnéticas. Esta onda tendrá la misma frecuencia de los electrones que oscilan en la varilla.

Como la varilla emite ondas, entonces la varilla es una antena emisora.

La frecuencia de la onda electromagnética emitidas es igual a la frecuencia de la corriente del transmisor que alimenta a la antena. La potencia de la onda emitida depende tanto de la longitud de onda como de la longitud de la varilla.

Donde la longitud de onda es igual a la velocidad de la luz (c) entre la frecuencia (f).

Nota: La potencia adquiere un valor máximo cuando la longitud de la varilla es igual a la mitad de la longitud de la onda.

La antena no emite la misma potencia en todas las direcciones; en una dirección perpendicular a la varilla se alcanza la potencia máxima; pero cercano a ella la emisión es apreciable, por lo que se forma una especie de cono de emisión. Es el principio de las antenas direccionales.

Emisión en una antena lineal.

Recepción

Ahora cuando a una varilla le llega una onda electromagnética, ésta induce una corriente eléctrica que tiene la misma frecuencia que la de la onda incidente.

Como la varilla transforma una onda en una corriente eléctrica, entonces la varilla es una antena receptora.

Posee las mismas características y propiedades que las antenas receptoras. Cabe señalar que la antena receptora absorbe la máxima potencia cuando su longitud es igual a la mitad de la longitud de onda que tiene la onda incidente.

Ejm.: Queremos emitir o recibir una señal de televisión que posee una frecuencia de 57 MHz. Aplicamos:

• Calculamos la longitud de onda:

• Calculamos la longitud de la antena:

Con ello obtenemos una máxima potencia de emisión.

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Elementos de una red

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#MiércolesdeRedes

Red de computadoras

Hemos visto el Networking (ver artículo) es la creación, el diseño y el uso de una red informática, incluida la física (cableado, concentrador, puente, conmutador, enrutador, etc.), la selección y el uso de protocolos de telecomunicaciones, el software para usar y administrar la red, y el establecimiento de políticas y procedimientos de operación relacionados con la red.

Elementos de una red de computadoras

Una red de computadoras consta de hardware como de software. En el hardware se incluyen: estaciones de trabajo, servidores, tarjeta de interfaz de red, cableado y equipo de conectividad; y en el software se encuentra el sistema operativo de red (Network Operating System, NOS).

Elementos de una red.

Con ese preámbulo entraremos a detallar los elementos de una red de computadoras.

Computadoras: Estaciones o nodos de red, con acceso a información y recursos contenidos en un servidor.

Computadora, un terminal donde se manda o recibe finalmente la información.

Equipos de transmisión: Su uso es para dar una mayor extensión a la red. Consta de: hubs (concentradores para redes tipo estrella), repetidores (amplifica y retransmite la señal), bridges (conecta dos redes LAN), routers (ruteadores que con un sistema operativos conectan redes completamente diferentes) y switchs (conmutadores que permiten que los nodos de red se comuniquen con otras redes).

Equipos de transmisión.
(De izquierda a derecha) hub, repetidor, bridge, router y switch.

Servidores: Computadoras que comparten sus recursos con otras. Por ejemplo un servidor de archivos almacena varios tipos de archivos y los distribuye a otros clientes en la red.

Servidor.

Tarjeta de interfaz de red: La tarjeta red recibe la información y la traduce y la envía para que la computadora pueda entenderlo.

Tarjeta de red.
Se coloca en una de las ranuras de la placa madre (motherboard).

Cableado: Red física que transporta señales que emite un emisor hacia su receptor. Consta de cables de par trenzado, cables coaxiales y cables de fibra óptica.

Cableado.
(De izquierda a derecha) cable de par trenzado, cable coaxial y cable de fibra óptica.

Sistema operativo de red: Administra y coordina todas las operaciones de la red, hay que funcionan con redes pequeñas y otras especializadas en redes grandes. Sus funciones son crear, compartir, almacenar y recuperar archivos; se encarga de una buena comunicación y servicios especiales para el soporte del equipo como impresiones, respaldos de archivos, detección de virus en la red, etc.

El sistema operativo controla a toda la red, su buen funcionamiento.

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