Medio de transmisión

Un medio de transmisión es un sistema o sustancia que puede mediar la propagación de señales con fines de telecomunicaciones . Las señales se imponen típicamente en una onda de algún tipo adecuado para el medio elegido. Por ejemplo, los datos pueden modular el sonido, y un medio de transmisión para 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 para 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 el medio de transmisión a través del cual pasan, por ejemplo, por absorción , reflexión o refracción en las interfaces entre medios. Por lo tanto, se pueden emplear dispositivos técnicos para transmitir o guiar ondas. Así, se utiliza una fibra óptica o un cable de cobre como medio de transmisión.

La radiación electromagnética puede transmitirse a través de un medio óptico , como la fibra óptica , o a través de cables de par trenzado , cable coaxial o guías de ondas de placa dieléctrica . También puede pasar a través de cualquier material físico que sea transparente a la longitud de onda específica , como el agua , el aire , el vidrio o el 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 la 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 para la conducción eléctrica a través de la presencia de electrones libres , huecos o iones .

Un medio físico en las comunicaciones de datos es la ruta de transmisión por la que se propaga una señal. Se utilizan muchos tipos diferentes de medios de transmisión como canal de comunicaciones .

En muchos casos, la comunicación se realiza en forma de ondas electromagnéticas. Con los medios de transmisión guiados, las ondas se guían a lo largo de una ruta física; 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 la ruta 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 vía de transmisión entre dos dispositivos en la que las señales se propagan directamente desde los transmisores a los receptores sin dispositivos intermedios, aparte de los amplificadores o repetidores utilizados para aumentar la intensidad de la señal. Este término puede aplicarse tanto a medios guiados como no guiados.

Una transmisión de señal puede ser simplex , semidúplex o dúplex completo.

En la transmisión simplex, las señales se transmiten en una sola dirección; una estación es transmisora ​​y la otra es receptora. En la operación half-duplex, ambas estaciones pueden transmitir, pero sólo una a la vez. En la operación full-duplex, ambas estaciones pueden transmitir simultáneamente. En este último caso, el medio transporta señales en ambas direcciones al mismo tiempo.

En general, un medio de transmisión se puede clasificar como

• lineal , si se pueden superponer diferentes ondas en cualquier punto particular del medio ;
• limitado , si es finito en extensión, en caso contrario ilimitado ;
• uniforme u homogéneo , si sus propiedades físicas son invariables en diferentes puntos;
• isótropo , si sus propiedades físicas son las mismas en diferentes direcciones.

Hay dos tipos principales de medios de transmisión:

• medios guiados : las ondas se guían a lo largo de un medio sólido como una línea de transmisión ;
• Medios no guiados : la transmisión y recepción se logran por medio de una antena .

Uno de los medios físicos más comunes que se utilizan en las redes es el cable de cobre , que se utiliza para transportar señales a largas distancias utilizando cantidades relativamente bajas de energía. El par trenzado sin blindaje (UTP) consta de ocho hebras de cable de cobre, organizadas en cuatro pares. ^[1]

El cableado de par trenzado es un tipo de cableado en el que dos conductores de un solo circuito se trenzan entre sí con el fin de mejorar la compatibilidad electromagnética . En comparación con un solo conductor o un par balanceado sin trenzar , 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 /ˈkoʊ.æks/ ) es un tipo de cable eléctrico que tiene un conductor interno rodeado por una capa aislante tubular, rodeada por un blindaje conductor tubular. Muchos cables coaxiales también tienen una funda o revestimiento exterior aislante. El término coaxial proviene del hecho de que el conductor interno y el blindaje exterior 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 que se utiliza para transportar señales eléctricas de alta frecuencia con bajas pérdidas. Se utiliza en aplicaciones como líneas telefónicas troncales , cables de redes de Internet de banda ancha , buses de datos informáticos de alta velocidad , para transportar señales de televisión por cable y para conectar 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 un espaciado preciso y constante entre los conductores, necesario para que funcione de manera eficiente como línea de transmisión.

La fibra óptica , que se ha convertido en el medio de transmisión más utilizado para las comunicaciones a 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 extenderse por cientos de millas sin la 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 de red. El vidrio es más liviano que el cobre, lo que permite una menor necesidad de equipo de elevación pesado especializado 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]

Los dos tipos de fibra óptica más utilizados son el multimodo y el monomodo . La fibra multimodo utiliza LED como fuente de luz y puede transportar señales a distancias más cortas, de unos 2 kilómetros. La fibra monomodo puede transportar señales a distancias de decenas de millas.

Una fibra óptica es una fibra flexible y transparente hecha al estirar 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 un medio para transmitir luz entre los dos extremos de la fibra y encuentran un amplio uso en las comunicaciones por fibra óptica , donde permiten la transmisión a distancias más largas y a mayores anchos de banda (velocidades de datos) que los cables eléctricos. Se utilizan fibras en lugar de cables metálicos porque las señales viajan a lo largo de ellas con menos pérdida ; además, las fibras son inmunes a la interferencia electromagnética , un problema del que los cables metálicos sufren excesivamente. ^[6] Las fibras también se utilizan para iluminación y formación de imágenes, y a menudo se envuelven en haces para que puedan usarse para llevar luz dentro 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 ellas son sensores de fibra óptica y láseres de fibra . ^[8]

Las fibras ópticas suelen incluir un núcleo rodeado de un material de revestimiento transparente con un índice de refracción más bajo . La luz se mantiene en el núcleo mediante el fenómeno de la reflexión interna total que hace que la fibra actúe como una guía de ondas . ^[9] Las fibras que admiten muchas rutas de propagación o modos transversales se denominan fibras multimodo , mientras que las que admiten 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 en las que se debe transmitir alta potencia. ^{[ cita requerida ]} Las fibras monomodo se utilizan para la mayoría de los enlaces de comunicación de más de 1000 metros (3300 pies). ^{[ cita requerida ]}

Poder unir fibras ópticas con bajas pérdidas es importante en la comunicación por fibra óptica. ^[11] Esto es más complejo que unir cables o alambres eléctricos e implica un corte cuidadoso 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 un empalme mecánico , donde los extremos de las fibras se mantienen en contacto mediante fuerza mecánica. Las conexiones temporales o semipermanentes se realizan mediante conectores de fibra óptica especializados . ^[12]

El campo de la ciencia aplicada y la ingeniería que se ocupa del diseño y la aplicación de fibras ópticas se conoce como fibra óptica . El término fue acuñado por el físico indio Narinder Singh Kapany , quien es 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 una forma de radiación electromagnética , como las ondas de luz, las ondas de radio se ven afectadas por los fenómenos de reflexión , refracción , difracción , absorción , polarización y dispersión . ^[15] Comprender los efectos de las condiciones variables en la propagación de 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 navegación por radio y el funcionamiento de sistemas de radar .

En los sistemas prácticos de transmisión por radio se utilizan diferentes tipos de propagación. La propagación por línea de visión significa ondas de radio que viajan en línea recta desde la antena transmisora ​​hasta la antena receptora. La transmisión por línea de visión se utiliza para la transmisión de radio de alcance medio, como teléfonos celulares , teléfonos inalámbricos , walkie-talkies , redes inalámbricas , radiodifusión de radio y televisión FM y radar , y comunicación por satélite , como la televisión por satélite . La transmisión por línea de visión en la superficie de la Tierra está limitada a la distancia hasta el 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 frecuencias de microondas, la humedad en la atmósfera ( desvanecimiento por lluvia ) puede degradar la transmisión.

En las frecuencias más bajas de 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. Estas se denominan ondas terrestres . Las estaciones de transmisión 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 frecuencia muy baja (VLF) y 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 la comunicación minera y la comunicación militar con submarinos sumergidos.

En las frecuencias de onda media y onda 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 de regreso a la Tierra más allá del horizonte, a grandes distancias, incluso distancias transcontinentales. Esto se llama propagación de ondas ionosféricas . La utilizan los operadores de radioaficionados para comunicarse con otros países y estaciones de transmisión de onda corta que transmiten internacionalmente. La comunicación por ondas ionosféricas es variable y depende de las condiciones en la atmósfera superior; es más confiable durante la noche y en el invierno. Debido a su falta de confiabilidad, desde la llegada de los satélites de comunicación en la década de 1960, muchas comunicaciones de largo alcance que antes usaban ondas ionosféricas 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 se realiza normalmente en cuatro pasos: ^[16]

1. En el extremo de transmisión, los datos se codifican en una representación binaria.
2. Una señal portadora se modula según lo especificado por la representación binaria.
3. En el extremo receptor, la señal portadora se demodula en una representación binaria.
4. Los datos se decodifican a partir de la representación binaria.

• Medio excitable
• Éter luminífero