jueves, 31 de mayo de 2012
Historia Fibra Óptica
FIBRA ÓPTICA
La fibra
óptica es un medio de transmisión empleado habitualmente en redes de datos;
un hilo muy fino de material transparente, vidrio o materiales plásticos, por
el que se envían pulsos de luz que representan los datos a transmitir. El haz
de luz queda completamente confinado y se propaga por el interior de la fibra
con un ángulo de reflexión por encima del ángulo límite de reflexión total, en
función de la ley de Snell. La fuente de luz puede ser láser o un LED.
Las
fibras se utilizan ampliamente en telecomunicaciones, ya que permiten enviar
gran cantidad de datos a una gran distancia, con velocidades similares a las de
radio y superiores a las de cable convencional. Son el medio de transmisión por
excelencia al ser inmune a las interferencias electromagnéticas, también se
utilizan para redes locales, en donde se necesite aprovechar las ventajas de la
fibra óptica sobre otros medios de transmisión.
HISTORIA
El uso de la luz para la
codificación de señales no es nuevo, los antiguos griegos usaban espejos para
transmitir información, de modo rudimentario, usando luz solar. En 1792, Claude
Chappe diseñó un sistema de telegrafía óptica, que mediante el uso de un código
y torres y espejos distribuidos a lo largo de los 200 km que separan Lille y
París, conseguía transmitir un mensaje en tan sólo 16 minutos.
La gran novedad aportada en
nuestra época es la de haber conseguido “domar” la luz, de modo que sea posible
que se propague dentro de un cable tendido por el hombre. El uso de la luz
guiada, de modo que no expanda en todas direcciones, sino en una muy concreta y
predefinida se ha conseguido mediante la fibra óptica, que podemos pensar como
un conducto de vidrio -fibra de vidrio ultra delgada- protegida por un material
aislante que sirve para transportar la señal lumínica de un punto a otro.
Además tiene muchas otras
ventajas, como bajas pérdidas de señal, tamaño y peso reducido, inmunidad
frente a emisiones electromagnéticas y de radiofrecuencia y seguridad.
Como resultado de estudios en
física enfocados de la óptica, se descubrió un nuevo modo de empleo para la luz
llamado rayo láser. Este último es usado con mayor vigor en el área de las
telecomunicaciones, debido a lo factible que es enviar mensajes con altas
velocidades y con una amplia cobertura. Sin embargo, no existía un conducto
para hacer viajar los fotones originados por el láser.
La posibilidad de controlar un
rayo de luz, dirigiéndolo en una trayectoria recta, se conoce desde hace mucho
tiempo. En 1820, Augustin-Jean Fresnel
ya conocía las ecuaciones por las que rige la captura de la luz dentro de una
placa de cristal lisa. Su ampliación a lo que entonces se conocía como cables de
vidrio fue obra de D. Hondros
y Peter Debye en 1910.
El confinamiento de la luz por
refracción, el principio de que posibilita la fibra óptica, fue demostrado por Daniel
Colladon y Jacques Babinet en
París en los comienzos de la década de 1840. El físico irlandés John Tyndall descubrió que la luz podía viajar
dentro de un material (agua), curvándose por reflexión interna, y en 1870
presentó sus estudios ante los miembros de la Real Sociedad.1 A partir de este
principio se llevaron a cabo una serie de estudios, en los que demostraron el
potencial del cristal como medio eficaz de transmisión a larga distancia.
Además, se desarrollaron una serie de aplicaciones basadas en dicho principio
para iluminar corrientes de agua en fuentes públicas. Más tarde, J. L. Baird
registró patentes que describían la utilización de bastones sólidos de vidrio
en la transmisión de luz, para su empleo en un primitivo sistema de televisión
de colores. El gran problema, sin embargo, era que las técnicas y los
materiales usados no permitían la transmisión de la luz con buen rendimiento.
Las pérdidas eran grandes y no había dispositivos de acoplamiento óptico.
Solamente en 1950 las fibras
ópticas comenzaron a interesar a los investigadores, con muchas aplicaciones
prácticas que estaban siendo desarrolladas. En 1952, el físico Narinder Singh Kapany,
apoyándose en los estudios de John Tyndall, realizó experimentos que condujeron
a la invención de la fibra óptica.
Uno de los primeros usos de la
fibra óptica fue emplear un haz de fibras para la transmisión de imágenes, que
se usó en el endoscopio médico. Usando
la fibra óptica, se consiguió un endoscopio semiflexible, el cual fue patentado
por la Universidad de
Míchigan en 1956. En este invento se usaron unas nuevas fibras
forradas con un material de bajo índice de refracción, ya que antes se
impregnaban con aceites o ceras. En esta misma época, se empezaron a utilizar
filamentos delgados como el pelo que transportaban luz a distancias cortas,
tanto en la industria como en la medicina, de forma que la luz podía llegar a
lugares que de otra forma serían inaccesibles. El único problema era que esta
luz perdía hasta el 99% de su intensidad al atravesar distancias de hasta 9 metros
de fibra.
Charles K. Kao, en su tesis doctoral de 1956,
estimó que las máximas pérdidas que debería tener la fibra óptica, para que
resultara práctica en enlaces de comunicaciones, eran de 20 dB/km.
En 1966, en un comunicado
dirigido a la Asociación Británica para el Avance de la Ciencia,
los investigadores Charles K. Kao y G. A. Hockham,
de los laboratorios de Standard
Telecommunications, en Inglaterra, afirmaron que se podía disponer
de fibras de una transparencia mayor y propusieron el uso de fibras de vidrio y
luz, en lugar de electricidad y
conductores metálicos, en la transmisión de mensajes telefónicos. La obtención
de tales fibras exigió grandes esfuerzos de los investigadores, ya que las
fibras hasta entonces presentaban pérdidas del orden de 100 dB por kilómetro,
además de una banda pasante estrecha y una enorme fragilidad mecánica. Este
estudio constituyó la base para mejorar las pérdidas de las señales ópticas que
hasta el momento eran muy significativas y no permitían el aprovechamiento de
esta tecnología. En un artículo teórico, demostraron que las grandes pérdidas
características de las fibras existentes se debían a impurezas diminutas
intrínsecas del cristal. Mientras tanto, como resultado de los esfuerzos, se
hicieron nuevas fibras con atenuación de 20 dB por kilómetro y una banda
pasante de 1 GHz para un largo de 1 km,
con la perspectiva de sustituir los cables coaxiales. La utilización de fibras
de 100 µm de diámetro, envueltas en nylon resistente, permitirían la
construcción de hilos tan fuertes que no podían romperse con las manos. Hoy ya
existen fibras ópticas con atenuaciones tan pequeñas de hasta 1 dB por
kilómetro, lo que es muchísimo menor a las pérdidas de un cable coaxial.
El artículo de Kao-Hockman
estimuló a algunos investigadores a producir dichas fibras con bajas pérdidas.
El gran avance se produjo en 1970, cuando los investigadores Maurer, Keck,
Schultz y Zimar que trabajaban para Corning Glass, fabricaron la primera fibra
óptica aplicando impurezas de titanio en sílice, con cientos de metros de largo
con la claridad cristalina que Kao y Hockman habían propuesto. Las pérdidas
eran de 17 dB/km. Durante esta década las técnicas de fabricación se mejoraron,
consiguiendo pérdidas de tan solo 0,5 dB/km.
Poco después, Panish y
Hayashi, de los laboratorios Bell, mostraron un láser de semiconductores que
podía funcionar continuamente a temperatura ambiente. En 1978 ya se transmitía
a 10 Gb km/segundos. Además, John MacChesney y sus colaboradores, también de
los laboratorios Bell, desarrollaron independientemente métodos de preparación
de fibras. Todas estas actividades marcaron un punto decisivo ya que ahora,
existían los medios para llevar las comunicaciones de fibra óptica fuera de los
laboratorios, al campo de la ingeniería habitual. Durante la siguiente década,
a medida que continuaban las investigaciones, las fibras ópticas mejoraron
constantemente su transparencia.
El 22 de abril de 1977, General
Telephone and Electronics envió la primera transmisión telefónica a través
de fibra óptica, en 6 Mbit/s, en Long Beach, California.
El amplificador que marcó un
antes y un después en el uso de la fibra óptica en conexiones interurbanas,
reduciendo el coste de ellas, fue el amplificador óptico
inventado por David N.
Payne, de la Universidad de
Southampton, y por Emmanuel
Desurvire en los Laboratorios Bell. A ambos se les concedió la Medalla Benjamin Franklin en 1988.
Cable submarino de fibra óptica.
En 1980, las mejores fibras
eran tan transparentes que una señal podía atravesar 240 kilómetros de fibra
antes de debilitarse hasta ser indetectable. Pero las fibras ópticas con este
grado de transparencia no se podían fabricar usando métodos tradicionales. El
gran avance se produjo cuando se dieron cuenta de que el cristal de sílice
puro, sin ninguna impureza de metal que absorbiese luz, solamente se podía
fabricar directamente a partir de componentes de vapor, evitando de esta forma
la contaminación que inevitablemente resultaba del uso convencional de los
crisoles de fundición. El progreso se centraba ahora en seleccionar el
equilibrio correcto de componentes del vapor y optimizar sus reacciones. La
tecnología en desarrollo se basaba principalmente en el conocimiento de la
termodinámica química, una ciencia perfeccionada por tres generaciones de
químicos desde su adopción original por parte de Willard Gibbs, en el siglo XIX.
También en 1980, AT&T presentó a la Comisión
Federal de Comunicaciones de los Estados Unidos un proyecto de un
sistema de 978 kilómetros que conectaría las principales ciudades del corredor
que iba de Boston a Washington D. C.. Cuatro años después, cuando el
sistema comenzó a funcionar, su cable, de menos de 25 centímetros de diámetro,
proporcionaba 80.000 canales de voz para conversaciones telefónicas
simultáneas. Para entonces, la longitud total de los cables de fibra únicamente
en los Estados Unidos alcanzaba 400.000 kilómetros (suficiente para llegar a la
luna).
Pronto, cables similares
atravesaron los océanos del mundo. El primer enlace transoceánico con fibra
óptica fue el TAT-8 que comenzó a operar en 1988, usando un
cristal tan transparente que los amplificadores para regenerar las señales
débiles se podían colocar a distancias de más de 64 kilómetros. Tres años
después, otro cable transatlántico duplicó la capacidad del primero. Los cables
que cruzan el Pacífico también han entrado en funcionamiento. Desde entonces,
se ha empleado fibra óptica en multitud de enlaces transoceánicos o entre
ciudades, y paulatinamente se va extendiendo su uso desde las redes troncales
de las operadoras hacia los usuarios finales.
Hoy en día, debido a sus
mínimas pérdidas de señal y a sus óptimas propiedades de ancho de banda, la
fibra óptica puede ser usada a distancias más largas que el cable de cobre.
Además, las fibras por su peso y tamaño reducido, hace que sea muy útil en
entornos donde el cable de cobre sería impracticable.
miércoles, 30 de mayo de 2012
CARTA DE SMITH
CARTA DE SMITH
La carta de
Smith es un tipo de nomograma, usado en ingeniería eléctrica, que muestra
cómo varía la impedancia compleja de una línea de transmisión a lo largo de su
longitud. Se usa frecuentemente para simplificar la adaptación de la impedancia
de una línea de transmisión con su carga.
Definición:
La carta de Smith
es un diagrama polar especial que contiene círculos de resistencia constante,
círculos de reactancia constante, círculos de relación de onda estacionaria
constante y curvas radiales que representan los lugares geométricos de desfase
en una línea de valor constante; se utiliza en la resolución de problemas de
guías de ondas y líneas de transmisión.
Origen:
Fue inventada por Phillip Smith en 1939 mientras trabajaba para RCA, aunque el ingeniero japonés Kurakawa inventó un dispositivo similar un año antes. El motivo que tenía Smith para hacer este diagrama era representar gráficamente las relaciones matemáticas que se podían obtener con una regla de cálculo.
La carta de Smith fue desarrollada en los Laboratorios Bell. Debido a los problemas que tenía para calcular la adaptación de las antenas a causa de su gran tamaño, Smith decidió crear una carta para simplificar el trabajo. De la ecuación de Fleming, y en un esfuerzo por simplificar la solución del problema de la línea de transmisión, desarrolló su primera solución gráfica en la forma de un diagrama rectangular.
Phillip persistió en su trabajo y el diagrama fue desarrollado gradualmente con una serie de pasos. La primera carta rectangular fue limitada por la gama de datos que podría acomodar. En 1936 desarrolló un nuevo diagrama que eliminó la mayoría de las dificultades. La nueva carta era una forma coordinada polar especial en la cual todos los valores de los componentes de la impedancia podrían ser acomodados.
Las curvas del cociente constante de la onda de la situación, de la atenuación constante y del coeficiente de reflexión constante eran todos los círculos coaxiales con el centro del diagrama. Las escalas para estos valores no eran lineales, pero eran satisfactorias. Con el tiempo la gente que trabaja en este ámbito propuso las cartas para solucionar problemas de las líneas de transmisión.
domingo, 26 de febrero de 2012
PCM. Muestreo, cuantificación y codificación
P C M
Esta modulación es un esquema para transmitir una señal de datos analógica en una señal digital.
Cuando una señal modulada se altera con el ruido, no existe en el receptor formar alguna de distinguir el valor transmitido exacto. Sin embargo, si sólo se permiten unos pocos valores discretos del parámetro modulado y si la separación entre dichos valores es grande en comparación con la perturbación producida por el ruido, será más sencillo decidir con precisión en el receptor, los valores específicos transmitidos.
En la modulación de pulsos codificados (PCM = Pulse Code Modulation), para concretar lo antedicho, se debe realizar un muestreo de la señal, cuantificar la misma y codificarla.
La señal se muestrea a intervalos regulares, luego dichos valores se cuantifican a un valor discreto predeterminado más próximo; por último la señal muestreada y cuantificada en amplitud, es codificada.
El codificador convierte las muestras digitales en un código adecuado y de esta forma se genera la correspondiente señal modulada.
La cantidad de niveles de cuantificación depende de la cantidad de bits que se empleen en la codificación, puesto que con n bits tendremos 2n combinaciones posibles.
Como se requieren varios dígitos para cada muestra del mensaje, el ancho de banda en este caso es mucho mayor que el ancho de banda del mensaje.
Posteriormente, la señal obtenida se puede transmitir en ASK, FSK, o PSK.
Teorema de Nyquist
TEOREMA NYQUIST
El ingeniero sueco Harry Nyquist formuló el siguiente teorema para obtener una grabación digital de calidad:
“La frecuencia de muestreo mínima requerida para realizar una grabación digital de calidad, debe ser igual al doble de la frecuencia de audio de la señal analógica que se pretenda digitalizar y grabar”.
Este teorema recibe también el nombre de “Condición de Nyquist”.
Es decir, que la tasa de muestreo se debe realizar, al menos, al doble de la frecuencia de los sonidos más agudos que puede captar el oído humano que son 20 mil Hertz por segundo (20 KHz). Por ese motivo se escogió la frecuencia de 44,1 KHz como tasa de muestreo para obtener “calidad de CD”, pues al ser un poco más del doble de 20 KHz, incluye las frecuencias más altas que el sentido del oído puede captar.
El teorema trata con el muestreo, que no debe ser confundido o asociado con la cuantificación, proceso que sigue al de muestreo en la digitalización de una señal y que, al contrario del muestreo, no es reversible (se produce una pérdida de información en el proceso de cuantificación, incluso en el caso ideal teórico, que se traduce en una distorsión conocida como error o ruido de cuantificación y que establece un límite teórico superior a la relación señal-ruido). Dicho de otro modo, desde el punto de vista del teorema, las muestras discretas de una señal son valores exactos que aún no han sufrido redondeo o truncamiento alguno sobre una precisión determinada, esto es, aún no han sido cuantificadas. El teorema demuestra que la reconstrucción exacta de una señal periódica continua en banda base a partir de sus muestras es matemáticamente posible si la señal está limitada en banda y la tasa de muestreo es superior al doble de su ancho de banda.
Biografia Graham Bell
GRAHAM BELL
(Edimburgo, Reino Unido, 1847-Beinn Bhreagh, Canadá, 1922) Científico y logopeda estadounidense de origen escocés, inventor del teléfono. Bell fue educado junto a sus hermanos en la tradición profesional familiar. Estudió en la Royal High School de Edimburgo, y asistió a algunas clases en la Universidad de Edimburgo y el University College londinense, pero su formación fue básicamente autodidacta.
En 1864 ocupó la plaza de residente en la Weston House Academy de Elgin, donde desarrolló sus primeros estudios sobre sonido; en 1868 trabajó como asistente de su padre en Londres, ocupando su puesto tras la marcha de éste a América.
En 1870 se trasladó a una localidad cercana a Brantford (Canadá) junto al resto de su familia. Un año después se instaló en Boston, donde orientó su actividad a dar a conocer el sistema de aprendizaje para sordos ideado por su padre, recogido en la obra Visible Speech (1866). Los espectaculares resultados de su trabajo pronto le granjearon una bien merecida reputación, recibiendo ofertas para dar diversas conferencias, y en 1873 fue nombrado profesor de fisiología vocal en la Universidad de Boston.
En esta época, con la entusiasta colaboración del joven mecánico Thomas Watson y el patrocinio de los padres de George Sanders y Mabel Hubbard (con quien se acabaría casando el año 1877), dos estudiantes sordos que habían recibido clases de Bell, diseñó un aparato para interconvertir el sonido en impulsos eléctricos. El invento, denominado teléfono, fue inscrito en el registro de patentes estadounidense en 1876.
En un primer momento, el teléfono levantó todo tipo de comentarios irónicos, pero al revelarse como un medio de comunicación a larga distancia viable, provocó controvertidos litigios por la comercialización de la patente. En 1880, recibió el premio Volta. El dinero obtenido con este premio lo invirtió en el desarrollo de un nuevo proyecto, el grafófono, en colaboración con Charles Sumner Tainter, uno de los primeros sistemas de grabación de sonidos conocido. Tras su muerte, acaecida en 1922, dejó como herencia dieciocho patentes a su nombre y doce más con sus colaboradores.
domingo, 12 de febrero de 2012
Reporte museo telegrafia
REPORTE MUSEO TELEGRAFÍA
Las telecomunicaciones han pasado de ser un medio para la emisión y recepción de signos, señales, escritos, imágenes, sonidos o información a la base de procesos ligados al desarrollo económico y social de los países, para el mejoramiento de la calidad de vida de la población. La dotación de medios de comunicación constituye uno de los objetivos del Milenio.
El ramo de las telecomunicaciones en nuestro país, es resultado de un largo proceso de evolución, que se ha visto enmarcado por la aparición de nuevas tecnologías que han permitido la modernización de sus canales así como el perfeccionamiento de sus formas.
Antecedentes y Precursores del Telégrafo:
Principios teóricos y científicos que conllevaron al descubrimiento de telégrafo electromagnético en el mundo y sus precursores como Charles Wheatstone y Samuel Morse, cuyo sistema de este último se adopto internacionalmente en 1865.
El telégrafo Morse.
Se exhibe desde el primer mensaje transmitido por Samuel Morse en 1845 y los primeros aparatos de transmisión y medición, similares a los utilizados en aquella época.
Avances y retrocesos.
Las constantes pugnas políticas entre conservadores y liberales impiden el desarrollo de un sistema de comunicación confiable, ya que las líneas telegráficas expuestas, eran blanco de sabotajes , robos y vandalismo.
Sin embrago, al triunfo de los liberales con Juárez, se inicia el proceso de la "Federalización" del ramo telegráfico con la expropiación en 1867, que había sido concesionada por Maximiliano de Habsburgo.
Reconstrucción de la Red Telegráfica.
Con la llegada de Porfirio Díaz a la Presidencia de la Republica, se inicia la reconstrucción de la red telegráfica nacional a través de la Secretaria de Fomento, primero y posteriormente por la Secretaría de Comunicaciones y Obras Publicas (SCOP).
Época Dorada del Telégrafo.
Consolidación y expansión del telégrafo a todo el territorio nacional durante el "Porfiriato", alcanzando una extensión de 35,000 km. de líneas físicas y mas de 400 oficinas en el país.
Telegrafía sin hilos.
Transmisión del primer mensaje trasatlántico por Guillermo Marconi en 1901 desde Cornwall, Inglaterra a Saint John , Terranova, Canadá. Asimismo se presenta el inicio de la radiotelegrafía en el mundo.
El telégrafo de la Revolución.
Los diferentes bandos revolucionarios, hicieron del telégrafo su aliado, indispensable como único medio de comunicación confiable, al principio con transmisores de chispas apagadas o amortiguadas y posteriormente con equipos de radiocomunicación de bulbos.
Construcción del México Moderno.
Al entrar al periodo postrevolucionario, nuestro país, se ve inmerso en una nueva política de modernización de las comunicaciones con los sistemas de radiocomunicación en la Revolución Mexicana, la Primera Guerra Mundial y el surgimiento de la Radiodifusión en los años 20.
Aunado al nacimiento de la televisión comercial en los años 50, y al uso del sistema de microondas terrestres y satelitales de México, entro de lleno a la era de las telecomunicaciones modernas.
Conceptos Ondas
¿Qué es el electromagnetismo?
El electromagnetismo es una rama de la física que estudia y unifica los fenómenos eléctricos y magnéticos. Estos dos fenómenos se unen en una sola teoría, ideada por Faraday, y se resumen en cuatro ecuaciones vectoriales que relacionan campos eléctricos, campos magnéticos y sus respectivas fuentes, conocidas como las ecuaciones de Maxwell.
El electromagnetismo describe los fenómenos físicos macroscópicos en los cuales intervienen cargas elèctricas en reposo y en movimiento, usando para ello campos eléctricos y magnéticos y sus efectos en el medio en el que están.
¿Qué es el campo eléctrico?
El campo eléctrico es un campo físiico que es representado mediante un modelo que describe la interacción entre cuerpos y sistemas con propiedades de naturaleza eléctrica.
Un campo eléctrico puede representarse por líneas de fuerza, líneas que son tangentes a la dirección del campo en cada uno de sus puntos. El campo eléctrico puede calcularse mediante la siguiente ecuación:
F = qE
¿Qué es el campo magnético?
El campo magnético es la esfera de influencia de un imán. El campo magnético es una región del espacio en la cual una carga eléctrica puntual de valor q, que se desplaza a una velocidad V, sufre los efectos de una fuerza que es perpendicular y proporcional tanto a la velocidad V como al campo B.
F = qv X B
F = qv X B
Bandas de frecuencia
¿Qué es longitud de onda y frecuencia?
Las bandas de frecuencia son intervalos de frecuencias del espectro electromagnético asignados a diferentes usos dentro de las radiocomunicaciones. Su uso está regulado por la Unión Internacional de Telecomunicaciones y puede variar según el lugar. El espacio asignado a las diferentes bandas abarca el espectro de radiofrecuencia y parte del de microondas y está dividido en sectores.
¿Qué es longitud de onda y frecuencia?
Clasificación de las ondas en telecomunicaciones
| |||
Sigla
|
Rango
|
Denominación
|
Empleo
|
Ultra baja frecuencia
| |||
3 kHz a 30 kHz
|
Muy baja frecuencia
|
Radio gran alcance
| |
30 kHz a 300 kHz
|
Baja frecuencia
| ||
300 kHz a 3 MHz
|
Frecuencia media
|
Radio de onda media
| |
3 MHz a 30 MHz
|
Alta frecuencia
|
Radio de onda corta
| |
30 MHz a 300 MHz
|
Muy alta frecuencia
| ||
300 MHz a 3 GHz
|
Ultra alta frecuencia
|
TV, radar, telefonía móvil
| |
3 GHz a 30 GHz
|
Super alta frecuecia
|
Radar
| |
30 GHz a 300 GHz
|
Extra alta frecuencia
|
Radar
| |
Longitud de onda: Distancia desde el inicio de un ciclo completo de una onda hasta su final, es decir, la distancia que hay de pulso a pulso. La letra griega λ (lambda) se utiliza para representar la longitud de onda en ecuaciones.
Frecuencia: Es una magnitud que mide el número de repeticiones por unidad de tiempo de cualquier fenómeno o suceso periódico.
Para calcular la frecuencia de un suceso, se contabilizan un número de ocurrencias de este teniendo en cuenta un intervalo temporal. Según el Sistema Internacional (SI), la frecuencia se mide en hercios (Hz). Un hercio es la frecuencia de un suceso o fenómeno repetido una vez por segundo.
¿Qué es atenuación?
En telecomunicaciones se conoce a la atenuación como la reducción de nivel de una señal cuando pasa a través de un elemento de un circuito, o la reducción en nivel de la energía de vibración, cuando pasa a través de una estructura.
La atenuación se mide en decibels, pero también se puede medir en porcentajes.
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