Fundamentos de Radiocomunicaciones y Medios de Transmisión: Cables y Fibra Óptica

Radiocomunicaciones

Envío de información entre dos puntos mediante ondas electromagnéticas.

Componentes Clave

• Transmisor: Elemento que adapta la señal de la información, la convierte en señal radioeléctrica y la emite.
• Receptor: Capaz de extraer la señal original que viaja sobre la señal radioeléctrica en el otro extremo.
• Transceptor: Dispositivo que integra tanto un emisor (transmisor) como un receptor en la misma unidad.

Estructura de un Transmisor

Un transmisor típico incluye las siguientes etapas:

• Filtrado (Inicial): Elimina los componentes de frecuencia no deseados y ajusta la señal al ancho de banda disponible.
• Modulación: Modula la información sobre una o varias ondas portadoras.
• Amplificación: Aumenta la potencia de la señal para compensar las pérdidas durante la transmisión por el medio.
• Filtrado (Final): Vuelve a filtrar la señal antes de ser emitida al medio para eliminar armónicos o señales espurias generadas en la amplificación.

Estructura de un Receptor Heterodino

El receptor superheterodino es un diseño común que incluye:

• Amplificación en Radiofrecuencia (RF): Amplifica la señal débil recibida por la antena y realiza un primer filtrado. Ayuda a mejorar la relación señal/ruido (S/N).
• Mezcla y Amplificación en Frecuencia Intermedia (FI): Convierte la señal de RF a una frecuencia intermedia (FI) fija. Trabajar con una FI constante simplifica el diseño de los filtros y amplificadores posteriores. En esta etapa, la señal se filtra de forma más selectiva y se vuelve a amplificar.
• Demodulación y Amplificación en Banda Base: Extrae la información original (banda base) de la señal de FI y la amplifica para su uso final (audio, vídeo, datos).

Medios de Transmisión Guiados

Son aquellos que confinan la señal dentro de un camino físico.

Cables de Pares Trenzados

• Tipos: UTP (Par Trenzado No Apantallado), FTP (Par Trenzado con Pantalla Global), STP (Par Trenzado Apantallado).
• Categorías: Desde Cat 1 (aprox. 400 KHz) hasta Cat 8 (aprox. 2 GHz, aunque el original menciona 1GHz).
• Desventaja: Requieren amplificación de la señal cada cierta distancia (mencionado como 4 o 5 Km, aunque suele ser mucho menor para altas frecuencias, típicamente 100m para Ethernet).

Cable Coaxial

• Características: Consta de un conductor central rodeado por un dieléctrico, una malla conductora y una cubierta exterior.
• Impedancia característica: Comúnmente 50 ohmios (comunicaciones, redes antiguas) y 75 ohmios (vídeo, TV).

Fibra Óptica

Basa su funcionamiento en la propagación de pulsos de luz en el interior de un material dieléctrico (vidrio o plástico).

Clasificación según su Construcción (Perfil de Índice)

• Índice Escalonado: Cada capa (núcleo y revestimiento) tiene un índice de refracción constante y distinto, siendo el del núcleo mayor que el del revestimiento.
• Índice Gradual: El índice de refracción del núcleo no es constante, sino que disminuye progresivamente desde el centro hacia el revestimiento.

Clasificación según el Modo de Propagación de la Luz

• Monomodo: Permite un único camino o modo de propagación para la luz. Diámetro de núcleo muy pequeño. Usada para largas distancias y alta velocidad.
• Multimodo: Permite varios caminos o modos de propagación simultáneamente. Diámetro de núcleo mayor. Usada para distancias más cortas.

Clasificación según la Fuente de Luz

• LED (Diodo Emisor de Luz):
  • Ventajas: Más económico, mayor ciclo de vida.
  • Desventajas: Mayor dispersión cromática (la luz no es monocromática), menor velocidad, menor potencia de acoplamiento. Típicamente usado con fibra multimodo (el original indica monomodo, lo cual es incorrecto para LEDs estándar).
• LÁSER (Amplificación de Luz por Emisión Estimulada de Radiación):
  • Ventajas: Menor dispersión, mayor velocidad, mayor potencia, luz más direccional. Adecuado para fibra monomodo y multimodo.
  • Desventajas: Coste más elevado, vida útil generalmente menor que los LEDs.

Ventanas de Operación

Longitudes de onda donde la atenuación de la fibra es mínima:

• 1ª Ventana: 850 nm (Mayor atenuación, usada históricamente con multimodo y LEDs/VCSELs).
• 2ª Ventana: 1300 nm / 1310 nm (Menor atenuación y dispersión).
• 3ª Ventana: 1550 nm (Mínima atenuación, la más usada para largas distancias con monomodo).

Otras Características de la Fibra Óptica

• Inmunidad frente a interferencias electromagnéticas (EMI/RFI).
• Tamaño reducido y poco peso.
• Fragilidad (requiere manejo cuidadoso).
• Necesidad de empalmes y conectores precisos y de baja pérdida.
• Capacidad para transmitir a grandes distancias sin necesidad de repetidores/amplificadores.
• Mayor privacidad y seguridad en la transmisión.

Medios de Transmisión No Guiados

Son aquellos por los que la señal no viaja confinada en un medio físico, sino que se propaga libremente por el espacio (aire, vacío).

• La mayor parte de las comunicaciones no guiadas se realizan empleando antenas para irradiar y recibir las ondas electromagnéticas.
• También es posible la comunicación óptica atmosférica (láser) poniendo el emisor y receptor alineados y transmitiendo a través del aire.