Fund. cableado v&d capitulo 03.1

12/05/2014
Fundamentos de Cableado
de Voz y Datos
Ing. Robert Andrade Troya
2014
Capítulo 3 ‐ Agenda
Señales y cables
• Transmisión de señales
• Fundamentos de señales eléctricas
• Características eléctricas de los cables
• Puesta a tierra
• Fundamentos de teoría óptica
• Teoría de los sistemas inalámbricos
• Señales en redes
• Señales y backbone para alto ancho de banda
Transmisiones Básicas de Señales sobre cobre
Ancho de Banda Altos = Electrónica Compleja= Mejor
sistema de cableado y calidad en la instalación!
T / R T / R
T / R
T / R
T / R
T/ R
T / R
T / R
Parametros de performance Critíco:
Atenuación, Return Loss, PSELFEXT, Delay Skew, PSNEXT
Ing. Robert Andrade Troya 1

12/05/2014
Corriente Continua
La corriente continua CC (Direct Current DC) se refiere al flujo
continuo de carga electrica a través de un conductor entre dos
puntos de distinto potencial, que no cambia de sentido con el
tiempo. Las cargas eléctricas circulan siempre en la misma dirección.
También se dice corriente continua cuando los electrones se mueven
siempre en el mismo sentido, el flujo se denomina corriente continua
y va (por convenio) del polo positivo al negativo.
Corriente Continua
En un material conductor la corriente eléctrica
depende de:
‐ La intensidad del campo eléctrico (o
diferencia d potencial) que mueve
ordenadamente las cargas eléctricas.
‐ La resistencia eléctrica del material que
dificulta el paso de la corriente eléctrica
La relación entre estas tres magnitudes e conoce
como la ley de Ohm:
ε= I * R
ε= Diferencia de Potencial Eléctrico
Voltios (V dc)
I = Intensidad de Corriente Eléctrica
Amperios (A)
R = Resistencia eléctrica
Ohmios (Ω)
P = Potencia o Energía Eléctrica
P = V * I = R * I²
Watio (1W= 1J/seg)
1CV = 736 W
Resistencia eléctrica (Conductores)
La resistencia eléctrica es una propiedad de todo material. Para metales
esta es muy pequeña para plásticos en muy grande. Se entiende por
resistencia eléctrica a cualquier material por donde discurre una
corriente eléctrica.
R = ᵨ * (L / A)
R = Resistencia eléctrica. Ohmios (Ω)
ᵨ = Resistividad del material.
Ohmios por metro (Ω*m)
L = Longitud del material. Metros (m)
A = Área o sección del material.
Metros cuadrados (m²)

12/05/2014
Corriente Alterna
Como corriente alterna CA (Alternating Current AC), se denomina a la
corriente eléctrica en la que la magnitud y el sentido varían
cíclicamente. La forma de oscilación de la corriente alterna más
comúnmente utilizada es la de una oscilación senoidal, puesto que se
consigue una transmisión más eficiente de la energía. Sin embargo, en
ciertas aplicaciones se utilizan otras formas de oscilación periódicas,
tales como la triangular o la cuadrada.
Utilizada genéricamente, la CA se refiere a la forma en la cual la
electricidad llega a los hogares y a las empresas. Sin embargo, las
señales de audio y de radio transmitidas por los cables eléctricos, son
también ejemplos de corriente alterna. En estos usos, el fin más
importante suele ser la transmisión y recuperación de la información
codificada (o modulada) sobre la señal de la CA.
Corriente Alterna
La frecuencia f es nº de ciclos por unidad de tiempo. Su unidad es el Hz (Herzio) =1 ciclo/s .
El periodo T es la inversa de la frecuencia, es el tiempo que dura un ciclo completo. T= 1/f
La tensión instantánea V esta dada por: V = VM sen wt
(movimiento circular uniforme de velocidad angular w)
En donde VM es el valor máximo a que llega la tensión, y w = 2π f (radianes /s)
Corriente Alterna –– Inducción Electromagnética
La inducción electromagnética es el
fenómeno que origina la producción de una
fuerza electromotriz (f.e.m. o tensión) en un
medio o cuerpo expuesto a un campo
magnético variable, o bien en un medio móvil
respecto a un campo magnético estático. Es
así que, cuando dicho cuerpo es un
conductor, se produce una corriente inducida.
Este fenómeno fue descubierto por Michael
Faraday en 1831, quien lo expresó indicando
que la magnitud de la tensión inducida es
proporcional a la variación del flujo magnético
(Ley de Faraday).
Por otra parte, Heinrich Lenz comprobó que la corriente debida a la f.e.m. inducida se opone al
cambio de flujo magnético, de forma tal que la corriente tiende a mantener el flujo. Esto es válido
tanto para el caso en que la intensidad del flujo varíe, o que el cuerpo conductor se mueva
respecto de él.

12/05/2014
A partir del estudio experimental de los
campos magnéticos en la proximidad de
circuitos de diversas formas, los físicos
franceses Biot y Savart dedujeron, una
formula que permite calcular, salvo
dificultades matemáticas el campo de un
circuito cualquiera.
La ley de Biot‐Savart para el campo producido
por el elemento infinitesimal es:
El campo magnético en un punto P cualquiera es la
superposición lineal de las contribuciones vectoriales
debidas a cada uno de los elementos infinitesimales de
corriente, y se da como:
La ley de Ampère se puede deducir para el caso especial del campo creado por uno o
más conductores paralelos.
El vector campo magnético “B” en un punto cualquiera está en el plano de la figura y es
perpendicular al vector “r” que va desde el conductor al punto.
Resistencia, Inductancia, Capacitancia e Impedancia
La capacidad eléctrica es la propiedad que tienen los cuerpos para mantener una carga
eléctrica. El dispositivo más común que almacena energía de esta forma es el
condensador.
La capacidad es siempre una cantidad positiva y que depende de la geometría del
condensador considerado (de placas paralelas, cilíndrico, esférico). Otro factor del que
depende es del dieléctrico que se introduzca entre las dos superficies del condensador.
Cuanto mayor sea la constante dieléctrica del material no conductor introducido,
mayor es la capacidad.
Donde:
C es la capacidad, medida en faradios (físico experimental Michael Faraday); esta unidad es
relativamente grande y suelen utilizarse submúltiplos como el microfaradio o picofaradio
Q es la carga eléctrica almacenada, medida en culombios
V es la diferencia de potencial o tensión, medida en voltios

12/05/2014
La inductancia (L), es una medida de la oposición a un cambio de corriente de un
inductor o bobina que almacena energía en presencia de un campo magnético, y se
define como la relación entre el flujo magnético (Φ) y la intensidad de corriente
eléctrica (I) que circula por la bobina y el número de vueltas (N) del devanado.
La inductancia depende de las características físicas del conductor y de la longitud del
mismo. Si se enrolla un conductor, la inductancia aumenta. Con muchas espiras se
tendrá más inductancia que con pocas. Si a esto añadimos un núcleo de ferrita,
aumentaremos considerablemente la inductancia.
La unidad de la inductancia es el henrio (H), llamada así en honor al científico estadounidense
Joseph Henry. 1 H = 1Wb/A, donde el flujo se expresa en weber y la intensidad en amperios.
La resistencia (R) es la Impedancia ofrecida por el
material que dificulta el paso de la corriente eléctrica.
La capacitancia (C) es la Impedancia ofrecida por un
condensador al paso de una corriente eléctrica.
La inductancia (L), es una medida de la oposición a un
cambio de corriente de un inductor o bobina.
La impedancia (Z) es la medida de oposición que
presenta un circuito a una corriente cuando se aplica un
voltaje. Tiene especial importancia si la corriente varía
en el tiempo, en cuyo caso, ésta, el voltaje y la propia
impedancia se describen con números complejos o
funciones del análisis armónico. La parte real de la
impedancia es la resistencia y su parte imaginaria es la
reactancia.
R es la parte resistiva o real de la
impedancia Z y X es la parte reactiva o
imaginaria de la impedancia.
Básicamente hay dos clases o tipos de
reactancias:

12/05/2014
Corrientes Inducidas y Par Trenzado
Corrientes Inducidas, Blindaje y Puesta a Tierra
Corrientes Inducidas, Blindaje y Puesta a Tierra

12/05/2014
Puesta a Tierra
Podemos definir la puesta o conexión a tierra
como la conexión eléctrica directa de todas las
partes metálicas de una instalación, sin fusibles
ni otros sistemas de protección, de sección
adecuada y uno o varios electrodos enterrados
en el suelo, con objeto de conseguir que en el
conjunto de instalaciones, edificios y
superficies próximas al terreno, no existan
diferencias de potencial peligrosas y que, al
mismo tiempo, permita el paso a tierra de las
corrientes de defecto o la de descarga de
origen atmosférico.
La finalidad principal de una puesta a tierra es limitar la tensión que con respecto a tierra, puedan
presentar, en un momento dado, las masas metálicas, asegurar la actuación de las protecciones y
eliminar o disminuir el riesgo que supone una avería en los materiales eléctricos utilizados.
Transmisión no Balanceada
2
Interferencia
+1
2+1
TX RX
Modo Balanceado de Transmisión (Modo Diferencial)
Emisión Neta0
+E -E
+1V
-1V
Transmisor
+2V
Los dos conductores de un par llevan la señal transmitida pero contraria:
- La suma de las señales es idealmente cero con lo que no hay emisiones netas
- La diferencia de las señales lleva todos los datos transmitidos

12/05/2014
Modo Balanceado de Recepción (Modo Diferencial)
Ruido Externo
+N +N
El ruido es Rechazado
+1V+N
-1V+N
+2V
Receiver
Los dos conductores de un par entregan la señal de recepción (datos más ruido):
- El diferencial (opuesta en los dos conductores) de la señal de datos se deja en el receptor
- El ruido externo recolectado es idealmente el mismo en los dos conductores (cero diferencia)
e ignorado por el receptor resultando en la supresión del ruido total
• Transmisores y receptores
"transforman" las señales
de un par trenzado
Señal Balanceada
+1V
-1V
Transmisor
+2V
• Parte de la energía se pierde en
la creación de campos
magnéticos en rotación
Atenuación –– A donde va la energía?
TX
RX
RX TX
Equipo
Equipo

12/05/2014
Atenuación –– ¿A donde va la energía?
 La intensidad de la señal se reduce con la distancia debido a:
 Calor (resistencia)
 Emisión electromagnética al ambiente
 La pérdida por calor es menor cuanto más grueso es el cable
 La pérdida por emisión electromagnética es menor cuanto
más apantallado está el cable
 La atenuación aumenta con la frecuencia (pero si queremos
altas velocidades hemos de utilizar altas frecuencias)
Atenuación
• La atenuación se expresa en una escala logarítmica usando
como base los decibelios (dB)
• Si 100 m de cable tienen una atenuación de 3 dB significa que la
señal después de recorrer los 100 tiene la mitad de potencia
que la señal original, ya que 10‐0,3 = ½
• En este caso 200 m de cable tendrán una atenuación de 6 dB, es
decir la señal en destino será la cuarta parte de la original,
puesto que 10‐0,6 = 1/4
• Con 300 m la atenuación será 9 dB, o 10‐0,9 = 1/8
• Para el ejemplo: x metros de cable la atenuación en dB será:
Atenuación (dB) = 3*(x/100)
Probelmas de la transmisión de señales en cables metálicos
• Desfase. Variación de la velocidad de propagación de la señal en
función de la frecuencia.
• Interferencia electromagnética:
– Externa (motores, emisiones de radio y TV, etc.). Normalmente
se evita alejando la fuente emisora
– De señales paralelas: diafonía o ‘crosstalk’ (efecto de cruce de
líneas). La diafonía puede ser:
• Del extremo cercano o NEXT (Near End Crosstalk): señal
inducida en el lado del emisor
• Del extremo lejano o FEXT (Far End Crosstalk): señal
inducida en el lado receptor

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NEXT –– Near End Crosstalk
TX
RX
NEXT
RX TX
Attenuated Received signal
Equipo Equipo
NEXT ‘Crosstalk’
El cambio al modelo de 4 pares de transmisión.
• El ancho de banda de CAT5 y CAT5e fue diseñado parasoportar
hasta 100Mhz de transmisión.
• La electrónica/codificación adicional puede llevar el bit rate (Mbps)
más allá de 100 Mbps para, por ejemplo. ATM@155Mbps
• El costo y la bit error son factores limitantes en cuan lejos se puede
llegar.
• Una solución es utilizar los cuatro pares de manera diferente; esto
puede crear problemas adicionales para los proveedores de cable,
los diseñadores de la interfaz y los instaladores por igual.
Características de transmisión de 4 Pares
Attenuation
TX/RX
TX/RX
TX/RX
TX/RX
TX/RX
TX/RX
TX/RX
TX/RX
Three Transmitters
PSNEXT
Power sum of NEXT
Equipment Patch Outlet Equipment
Power sum of NEXT
‘Crosstalk’

12/05/2014
Power sum of FEXT –– Far End Crosstalk
Equipment Equipment
Patch Outlet
TX/RX
TX/RX
TX/RX
TX/RX
TX/RX
TX/RX
TX/RX
TX/RX
Power sum of FEXT
‘Crosstalk’
Mismo nivel de Far End Crosstalk (ELFEXT)
Transmitter Receiver
ELFEXT es la relación de la señal que se desea recibir en el par de recepción con relación del ruido
no deseado en el par de recepción de una señal de transmisión que viene del otro extremo del
canal.
ELFEXT es el equivalente de la ACR para el acoplamiento de extremo lejano
ELFEXT
size of desired receive signal
size of undesired noise
=
FEXT
Transmitter
ELFEXT (dB) = FEXT (dB) - Attenuation (dB)
Canal con componentes del mismo fabricante
Pump
Impedancia y Return Loss
Pump
Station
TX Station RX
Pump
Station
Canal con componentes de distintos fabricantes
TX RX

12/05/2014
Porque tener componentes de un mismo fabricante en un canal de
comunicaciones
 Los componentes de cada fabricante tiene una impedancia característica
medida en ohm’s
 En los diagramas del slide anterior se muestra el equivalente a un canal de
comunicaciones donde los elementos pertenecen a diferentes fabricantes lo que
crea un a incompatibilidad de impedancias en las interfaces a lo largo de canal lo
que causa reflexiones y perdidas.
 Perdidas de Retorno es la perdida asociada con estas incompatibilidades de
impedancia a traves de los sistemas de transmisión.
 Las pérdidas son una consideración a tener en cuenta, pero las señales de
retorno cuando se usan tecnologías con transmisiones full duplex es una de las
que se deben considerar mas detalladamente.
Impedancia and Return Loss
RL RL
Señal
recibida??
Equipo Receive
Equipo
Transmit
Patch Outlet
TX/RX
TX/RX
TX/RX
TX/RX
TX/RX
TX/RX
TX/RX
TX/RX
Delay
TX/RX
TX/RX
TX/RX
TX/RX
TX/RX
TX/RX
TX/RX
TX/RX
Skew
Delay
Equipment Patch Outlet Equipment

12/05/2014
Características eléctricas de los cables
Cables adyacentes de pares trenzados localizados dentro de un rango de
energía los hace vulnerables a efectos del Alien Crosstalk ‐ hablan el uno
con el otro
Cuando se transmite
señal pequeñas
cantidades de energía se
pierden por el trenzado
del cable.
Strength
diminishes with
distance
Crosstalk (NEXT, PSNEXT) dentro de la chaqueta del cable es controlada a
traves de parametros compleos y trenzado controlado; cada par de
conductores tiene diferente trenzado– ellos no hablan el mismo lenguaje.
Alien Crosstalk
• Alien crosstalk es el acoplamiento no deseado de la energía de los
canales adyacentes.
• 10GBASE‐T incluye requerimientos de Power sum Alien Crosstalk
• Alien crosstalk occurre en cables and conectores & no puede
cancelarse por electrónica.
Alien Crosstalk
• Dos fenomenos principales de Alien Crosstalk
– Alien ELFEXT (AELFEXT): ocurre entre dos canales cortos
o largos adyacentes.
– Alien NEXT (ANEXT): ocurre entre 2 canales adyacentes
‐ Solo es significante en los primeros 15 m desde el equipo
Tx
ANEXT AELFEXT
Rx Tx

12/05/2014
Rendimiento
Headroom – no todos los sistemas son los mismos
DATA dB
Frequency (MHz)
• Buen Margen de‘headroom’
• Bajo Bit Error Rates
•Rendimiento más rápido
• Calidad del Video
Rendimiento
Efectos de Trenzado muy ajustado
Trenzado largos
- Comparten Espacio
Trenzado Cortos (apretados) - Incrementar la separación de los pares
- Disminución de la distorción Helix
Ventajas:
- Mejora el rendimiento de Crosstalk (Aproximación Eficiente) - Simplifica el proceso de terminación - (Un par en lugar de un un conductor al tiempo
Rendimiento
Sistema de Cableado pobre desde el punto de vista de
diseño e instalación
dB DATA
Frequency (MHz)
• Pobre margen de ‘headroom’
• Altos Bit Error Rates
•Rendimiento Lento
• Calidad de Video muy pobre
• Posibles fallos de pruebas
•Respuesta lenta
• Posiblemente las aplicaciones se
cuelguen.
• Posibles fallas de canal

12/05/2014
¿Qué esperar cuando la capa física es instalada?
• Sistema de Cableado Estructurado de la mejor calidad posible
– El performance publicado en brochures, es el performance garantizado?
– Performance verificado por labs externos
– El sistema soporta y garantiza mis aplicaciones?
– Garantía provista y entregada por el fabricante
• Instalado por una compañía reconocida y certificada
– Preguntar por el programa de certificación de los instaladores
– Lista de instaladores certificados (ej. Listado online)
• Certificar la instalación con un certificador de precisión
– Certificar que no hay ningún problema ‘escondido’ en la capa física
– Pedir los reportes de certificación
– Leer y entender los resultados de los reportes
¿Qué esperar de un buen resultado?
• Pass, Pass*,
Fail*, Fail
• El performance
cumple o excede
con lo publicado
por el
fabricante?
• Canal o Enlace
Permanente?
Crosstalk o Ruido
• Crosstalk
– Electrones que se “pierden” o se transfieren al par
adyacente

12/05/2014
Crosstalk o Ruido
La carretera no esta nivelada y
los electrones “saltan” a otro carril!
Crosstalk
Ruido en el Extremo Cercano (NEXT = Near End Crosstalk)
Electrones “perdidos” vuelven al comienzo en un par
diferente
Crosstalk
Ruido en el Extremo Lejano (FEXT = Far End Crosstalk
Electrones “perdidos” continúan hacia el extremo lejano en un
par diferente

12/05/2014
Pérdida por retorno ((Return Loss)
Tx
Rx
Rx
Tx
Return loss = Energía transmitida que se refleja de vuelta a la fuente
Pérdida por retorno ((Return Loss)
Pueden haber obstrucciones en la carretera que causan que los electrones reboten de vuelta
Punto de Datos en Sistema de Cableado Estructurado
Opciones para pruebas del sistema 1 de 2:
Enlace Permanente = Cableado Horizontal (fijo)

12/05/2014
Punto de Datos en Sistema de Cableado Estructurado
Opciones para pruebas del sistema, 2 de 2:
Canal Completo = Enlace Permanente + Cordones de Pacheo
Rendimiento & Pruebas de Certificación
• Los dos "Fallas de rendimiento" primarios en un
sistema de cableado de alto rendimiento son
causadas por:
– Return Loss (RL)
– Near End Cross Talk (NEXT)
* Pérdida de retorno mide la energía de la señal reflejada causada por
anomalías de impedancia y desajustes en el enlace de cableado
• Causes of RL include:
– Patch cord impedance not 100
SCS Manufacture
– Untwist at termination – original twist should be maintained
as much as possible
– Kinks in the cable, very tight tie wraps
SCS Installer
– Bad connectors
– Cable impedance is not uniform
– Cable is not 100 
– Use of 120  cable SCS Manufacture

12/05/2014
* • El Near End Crosstalk (NEXT) es la diafonía entre dos
pares trenzados medidos en el mismo extremo del cable
como fuente de señal perturbadora.
• Causes of NEXT include:
– Poorly matched plug/jack combinations
– Poor quality patch cables
– Bad connectors
– Bad cable
– Untwisting of wire‐pairs at connection points
– Split pairs
– Excessive compression caused by plastic cable ties
– Excessive noise source adjacent to measured cabling link
SCS Manufacture
SCS Installer
Site

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