Prueba del cable Semestre 1 Capítulo 4

1. Prueba del cable Semestre 1 Capítulo 4 Jorge Vásquez frederichen@yahoo.com

2. Contenidos • Información básica para el estudio de pruebas de cables basadas en frecuencia. • Señales y ruido.

3. Preguntas. ¿Cuál es la diferencia entre las ondas sinoidales y ondas rectangulares? ¿Cuál es la diferencia entre ancho de banda digital y ancho de banda analógico? ¿Conoce los términos diafonía, paradiafonía, telediafonía y paradiafonía de suma de potencia? ¿Cómo los pares trenzados contribuyen a reducir el ruido? ¿Conoce las diez pruebas de cable de cobre definidas en TIA/EIA-568-B? ¿Cuál es la diferencia entre un cable de Categoría 5 y un cable de Categoría 6?

4. Ondas Una onda es energía que circula de un lugar a otro. Hay muchos tipos de ondas, pero es posible describirlas todas con vocabulario similar. El océano siempre presenta algún tipo de onda (las olas) detectable debido a los disturbios provocados por el viento y la marea. Los profesionales de redes están particularmente interesados en las ondas de voltaje en medios de cobre, las ondas de luz en fibras ópticas, y los campos alternos eléctricos y magnéticos que se denominan ondas electromagnéticas. Amplitud o altura Onda ANIMACION 1 Frecuencia y periodo

5. Ondas sinoidales y ondas rectangulares Las ondas sinoidales, son gráficos de funciones matemáticas, son periódicas, o sea que repiten el mismo patrón a intervalos regulares; varían continuamente, o sea que no existen dos puntos adyacentes en el gráfico con el mismo valor y son representaciones gráficas de muchas ocurrencias naturales que varían regularmente a lo largo del tiempo. Las ondas rectangulares, al igual que las ondas sinoidales, son periódicas. Sin embargo, los gráficos de las ondas rectangulares no varían continuamente en el tiempo, estas representan señales digitales, o pulsos. Las ondas rectangulares se pueden describir en función de su amplitud, período y frecuencia.

6. Exponentes y logaritmos En de redes, existen tres sistemas numéricos importantes: Base 2: binario. Base 10: decimal. Base 16: hexadecimal. Los números con exponentes se utilizan para representar fácilmente cifras muy grandes o muy pequeñas. Es mucho más fácil y menos propenso a errores representar mil millones numéricamente como 10^9 que como 1000000000. Una forma de trabajar con las cifras muy grandes y muy pequeñas que ocurren en las redes es trasformar las cifras conforme a la regla, o función matemática, conocida como logaritmo. ANIMACION 2 ANIMACION 3

7. Decibelios El decibelio (dB) es una unidad de medida importante para la descripción de señales de redes. El decibelio se relaciona con los exponentes y logaritmos. Los decibelios pueden ser valores negativos lo cual representaría una pérdida de potencia a medida que la onda viaja o un valor positivo para representar una ganancia en potencia si la señal es amplificada. ANIMACION 4 ANIMACION 5

8. Señales en tiempo y frecuencia Uno de los hechos más importantes de la era informática es que los datos que simbolizan caracteres, palabras, fotografías, videos o música se pueden representar electrónicamente mediante configuraciones de voltaje en cables y dispositivos electrónicos. Un osciloscopio es un dispositivo electrónico importante que se utiliza para observar señales eléctricas como, por ejemplo, las ondas de voltaje y pulsos. El eje "x" en el gráfico representa el tiempo y el eje "y" representa el voltaje o la corriente. El análisis de las señales con un osciloscopio se denomina Análisis de dominio temporal, porque el eje “x”, o dominio de la función matemática, representa el tiempo. ANIMACION 6

9. Señales analógicas y digitales en t y f Para entender la complejidad de las señales de redes y de las pruebas de cable, examine cómo las señales analógicas varían en función del tiempo y de la frecuencia. Piense en una onda sinusoidal eléctrica de una sola frecuencia, cuya frecuencia es detectable por el oído humano. La combinación de varias ondas sinoidales, es una onda resultante más compleja que una onda sinusoidal pura. Imagine una señal compleja, como una voz o un instrumento musical. Si hay presentes muchos tonos diferentes, se representaría un espectro continuo de tonos individuales. ANIMACION 7

10. El ruido en tiempo y frecuencia El ruido es un concepto importante en los sistemas de comunicación, incluyendo las LAN, en este sentido se entiende por ruido señales indeseables. El ruido puede provenir de fuentes naturales y tecnológicas, y se agrega a las señales de datos en los sistemas de comunicación. -Cables cercanos que transportan señales de datos -Interferencia de radiofrecuencia (RFI) Posibles fuentes de ruido -Interferencia electromagnética (EMI) -Ruido de láser en la transmisión o recepción de una señal óptica ANIMACION 8

11. Ancho de banda Frecuencias de un sistema electrónico analógico. Ancho de banda analógico Frecuencias de radio o un amplificador electrónico. Ancho de banda La unidad de medida es el hercio. Mide la información que puede fluir en un período de tiempo determinado. Ancho de banda digital La unidad de medida es el bits por segundo (bps).

12. Señales en cables de cobre y fibra óptica En los cables de cobre, las señales de datos se representan por niveles de voltaje que equivalen a unos y ceros binarios. Los niveles de voltaje se miden respecto de un nivel de referencia de cero voltios tanto en el transmisor como en el receptor, denominado tierra de señal El cable coaxial Blindados Par trenzado blindado (STP) Tipos básicos de cables de cobre Par trenzado no blindado (UTP). No blindados

13. Atenuación en medios de cobre Si un conector no está instalado correctamente con un determinado cable, tendrá un valor de impedancia distinto al del cable. Esto se conoce como discontinuidad en la impedancia o desacoplamiento de impedancias. La combinación de los efectos de una señal atenuada con las discontinuidades en la impedancia en un enlace de comunicación se conoce como pérdida de inserción. El correcto funcionamiento de una red depende de una impedancia característica y constante en todos los cables y conectores, sin discontinuidades en la impedancia a lo largo de todo el sistema de cables. La atenuación es la disminución de la amplitud de una señal sobre la extensión de un enlace. Los cables muy largos y las frecuencias de señal muy elevadas contribuyen a una mayor atenuación de la señal. La atenuación en un cable se mide con un analizador de cable, usando las frecuencias más elevadas que dicho cable admite. La atenuación se expresa en decibelios (dB) usando números negativos. Los valores negativos de dB más bajos indican un mejor rendimiento del enlace. Factores que contribuyen a la atenuación, la resistencia del cable de cobre convierte en calor a parte de la energía eléctrica de la señal; la señal también pierde energía cuando se filtra por el aislamiento del cable y la impedancia por conectores defectuosos.

14. Fuentes de ruido en medios de cobre Cuando la diafonía es provocada por una señal de otro cable, se conoce como acoplamiento de diafonía. La diafonía es más destructiva a frecuencias de transmisión elevadas. Los instrumentos de prueba de cables miden la diafonía aplicando una señal de prueba a un par de hilos. El analizador de cables mide la amplitud de las señales diafónicas no deseadas inducidas sobre los otros pares de hilos del cable. Los cables de par trenzado están diseñados para aprovechar los efectos de la diafonía para minimizar el ruido. Al colocar conectores en los extremos de los cables UTP, se debe minimizar el destrenzado de los pares de hilos. El ruido consiste en cualquier energía eléctrica en el cable de transmisión que dificulte que un receptor interprete los datos enviados por el transmisor. En la actualidad, la certificación TIA/EIA-568-B de un cable exige que se hagan pruebas de varios tipos de ruido. La diafonía es la transmisión de señales de un hilo a otro circundante. Cuando cambia el voltaje en un hilo, se genera energía electromagnética. El hilo transmisor irradia esta energía como una señal de radio de un transmisor. Los hilos adyacentes del cable funcionan como antenas que reciben la energía transmitida.

15. Tipos de diafonía Existen tres tipos distintos de diafonía: Paradiafonía (NEXT) Telediafonía (FEXT) Paradiafonía de suma de potencia (PSNEXT) La paradiafonía (NEXT) se computa como la relación entre la amplitud de voltaje de la señal de prueba y la señal diafónica, medida en el mismo extremo del enlace. Esta diferencia se expresa como un valor negativo en decibelios (dB). Los números negativos bajos indican más ruido.

16. Estándares de prueba de cables • La falla de par invertido ocurre cuando un par de hilos está • correctamente instalado en un conector, pero invertido en • el otro conector. • Una falla de cableado de par dividido ocurre cuando un hilo de un par se cruza con un hilo de un par diferente. Esta mezcla entorpece el proceso de cancelación cruzada y hace el cable más susceptible a la diafonía y la interferencia. • Las fallas de cableado de pares transpuestos se producen cuando un par de hilos se conecta a pins completamente diferentes en ambos extremos. • Diez parámetros de prueba principales que se deben • verificar para que un enlace de cable cumpla con los • estándares TIA/EIA son: • Mapa de cableado • Pérdida de inserción • Paradiafonía (NEXT) • Paradiafonía de suma de potencia (PSNEXT) • Telediafonía del mismo nivel (ELFEXT) • Telediafonía del mismo nivel de suma de potencia • (PSELFEXT) • Pérdida de retorno • Retardo de propagación • Longitud del cable • Sesgo de retardo

17. Otros parámetros de prueba 2-La prueba de telediafonía de igual nivel (ELFEXT) mide FEXT. La ELFEXT de par a par se expresa en dB como la diferencia entre la pérdida FEXT medida y la pérdida de inserción del par de hilos cuya señal está perturbada por la FEXT. 3-La telediafonía de igual nivel de suma de potencia (PSELFEXT) es el efecto combinado de ELFEXT de todos los pares de hilos. 4-La pérdida de retorno es una medida en decibelios de los reflejos causados por discontinuidades en la impedancia en todos los puntos del enlace. La pérdida de inserción se mide en decibelios en el extremo más lejano del cable. El estándar TIA/EIA exige que un cable y sus conectores pasen una prueba de pérdida de inserción antes de que se pueda usar dicho cable en una LAN, como enlace para comunicaciones. La diafonía se mide en cuatro pruebas distintas: 1-Un analizador de cable mide la NEXT aplicando una señal de prueba a un par de cables y midiendo la amplitud de las señales de diafonía recibidas por los otros pares de cables.

18. Parámetros basados en tiempo El retardo de propagación es una medición simple del tiempo que tarda una señal en recorrer el cable que se está probando. El retardo en un par de hilos depende de su longitud, trenzado y propiedades eléctricas.

19. Prueba de fibra óptica En un enlace de fibra óptica, se debe calcular la cantidad aceptable de pérdida de potencia de señal que puede ocurrir sin que resulte inferior a los requisitos del receptor. A este cálculo se le conoce como presupuesto de pérdida del enlace óptico. Un instrumento para probar fibra, conocido como fuente de luz y medidor de potencia, verifica si el presupuesto de pérdida del enlace óptico ha sido excedido. Para probar cables e indicar donde ocurren las discontinuidades ópticas un OTDR indicará la ubicación de las conexiones defectuosas que se deberán reemplazar. Una vez corregidas las fallas, se debe volver a probar el cable. Un enlace de fibra óptica consta de dos fibras de vidrio separadas que funcionan como recorridos de datos independientes. Una fibra transporta las señales transmitidas en una dirección, en tanto que la otra transporta señales en dirección contraria. Los enlaces de fibra óptica están sujetos al equivalente óptico de la discontinuidad en la impedancia de UTP. Al igual que con el cable UTP, los conectores mal instalados son la principal causa del reflejo de luz y de la pérdida de potencia de la señal en las fibras ópticas.

20. Un nuevo estándar El 20 de junio de 2002, se publicó el suplemento para la Categoría 6 (o Cat 6) en el estándar TIA-568. El título oficial del estándar es ANSI/TIA/EIA-568-B.2-1. Este nuevo estándar especifica el conjunto original de parámetros de rendimiento que deben ser probados para los cableados Ethernet, así como también los puntajes de aprobación para cada una de estas pruebas. Los cables certificados como Cat 6 deben aprobar las diez pruebas. Un cable Cat 6 debe tener la capacidad de transportar frecuencias de hasta 250 MHz y debe presentar niveles inferiores de diafonía y pérdida de retorno.

21. Cuestionario final. ¿Qué tipo de cable se necesita para conectar un terminal y un puerto de consola? ¿Cómo se representan los unos y los ceros binarios en las instalaciones de fibra óptica? ¿Qué problema se asocia con la falta de impedancia en el cableado de cobre? ¿Cuáles son los factores que deben tomarse en cuenta para limitar la atenuación de señal en un tendido de cable Ethernet de gran longitud? ¿Qué frecuencias utiliza un analizador de cables para medir la atenuación? ANIMACION 9