ET542- Comunicaciones 1 - 2026

1. Introducción

En todo sistema de comunicaciones existe un transmisor, un receptor y un medio de transmisión. El medio es el soporte a través del cual se propaga la señal que transporta la información.

Cuando ese soporte es físico y conduce o guía la propagación de la señal, hablamos de medios guiados. En este grupo se encuentran, principalmente:

• Cable de par trenzado.
• Cable coaxial.
• Fibra óptica.

En los medios guiados, la energía de la señal queda confinada dentro de una estructura física. Por ejemplo, en un cable de cobre la información se transporta mediante señales eléctricas, mientras que en una fibra óptica se transmite mediante señales luminosas.

La característica central de los medios guiados es que el propio medio impone límites a la transmisión. Esto significa que la velocidad máxima, la distancia alcanzable, la calidad de la señal y la inmunidad al ruido dependen directamente de las propiedades físicas y eléctricas u ópticas del cable utilizado.

2. Concepto de medio guiado

Un medio guiado es un canal físico que orienta la propagación de una señal entre dos puntos. A diferencia de los medios no guiados, donde la señal se propaga por el aire o el espacio libre, en los medios guiados la señal viaja dentro de un conductor metálico o una guía óptica.

Desde el punto de vista de redes de datos, los medios guiados pertenecen al nivel físico de comunicación. Allí se definen aspectos como:

• Tipo de señal transmitida.
• Conector utilizado.
• Impedancia característica.
• Atenuación del enlace.
• Ancho de banda disponible.
• Distancia máxima.
• Susceptibilidad a interferencias.
• Velocidad de propagación.
• Compatibilidad con estándares de red.

En términos prácticos, el medio guiado determina si un enlace podrá funcionar a 100 Mbps, 1 Gbps, 10 Gbps o velocidades superiores, y también si podrá hacerlo a pocos metros, cientos de metros o varios kilómetros.

3. Diferencia entre medios guiados y no guiados

Los medios de transmisión pueden clasificarse en dos grandes grupos:

En los medios guiados, el cable tiene una influencia decisiva sobre el comportamiento del enlace. Sus materiales, geometría, blindaje, calidad constructiva y longitud afectan la transmisión.

En los medios no guiados, en cambio, la transmisión depende en mayor medida del transmisor, la antena, la frecuencia utilizada, la potencia emitida, la dirección de radiación, las condiciones atmosféricas y los obstáculos presentes en el entorno.

4. Clasificación de los medios guiados

Los tres medios guiados más importantes en redes de datos y telecomunicaciones son:

4.1 Par trenzado

El par trenzado está formado por dos conductores de cobre aislados y entrelazados entre sí. El trenzado reduce la interferencia electromagnética y la diafonía entre pares cercanos.
Es el medio más usado en redes LAN Ethernet, telefonía, sistemas de cableado estructurado, cámaras IP, puntos de acceso Wi-Fi y dispositivos alimentados mediante PoE.
Sus variantes principales son:

• UTP: par trenzado sin blindaje.
• FTP: par trenzado con pantalla general.
• STP: par trenzado blindado.
• S/FTP: cable con pantalla general y pares blindados individualmente.

El par trenzado es económico, flexible y fácil de instalar, pero es más sensible al ruido electromagnético que el coaxial y la fibra óptica.

4.2 Cable coaxial

El cable coaxial posee un conductor central, un dieléctrico, una malla o blindaje exterior y una cubierta protectora. Su geometría concéntrica le permite tener mejor inmunidad al ruido que el par trenzado.

Históricamente se utilizó en redes Ethernet antiguas, distribución de televisión, sistemas CATV, cablemódem y enlaces de radiofrecuencia.

Aunque hoy ha sido reemplazado en muchas redes de datos por par trenzado y fibra óptica, sigue siendo importante en televisión por cable, radiofrecuencia, antenas, instrumentación y ciertos sistemas de comunicaciones.

4.3 Fibra óptica

La fibra óptica transmite información mediante pulsos de luz. Está formada por un núcleo, un revestimiento óptico y una cubierta de protección.

Sus principales ventajas son:

• Muy baja atenuación.
• Gran ancho de banda.
• Alta inmunidad a interferencias electromagnéticas.
• Mayor distancia entre repetidores.
• Bajo peso.
• Seguridad frente a interferencias eléctricas.

La fibra óptica se utiliza en enlaces troncales, redes metropolitanas, redes de acceso FTTH, cables submarinos, datacenters, redes empresariales y enlaces de larga distancia.

5. Factores que condicionan la transmisión

La calidad de un enlace guiado depende de varios factores físicos y eléctricos u ópticos.

5.1 Ancho de banda

El ancho de banda representa el rango de frecuencias que un medio puede transportar con niveles aceptables de atenuación y distorsión.

En general, a mayor ancho de banda disponible, mayor puede ser la tasa de transmisión de datos. Sin embargo, el ancho de banda por sí solo no alcanza para determinar la velocidad final. También influyen el ruido, la codificación, la modulación, la calidad del cable, la longitud del enlace y el estándar utilizado.

En sistemas digitales, el ancho de banda limita la rapidez con la que pueden transmitirse símbolos sin generar interferencia excesiva entre ellos.

5.2 Tasa de datos

La tasa de datos indica la cantidad de bits transmitidos por segundo. Se expresa en bit/s, kbps, Mbps, Gbps o Tbps.

No debe confundirse ancho de banda con tasa de datos:

• El ancho de banda se mide en hertz.
• La tasa de datos se mide en bits por segundo.

Un canal con mayor ancho de banda permite, en principio, transportar más información, pero la tasa de datos alcanzable depende también de la relación señal-ruido y de la técnica de transmisión utilizada.

5.3 Atenuación

La atenuación es la pérdida de potencia de la señal a medida que se propaga por el medio.

En cables metálicos, la atenuación se debe principalmente a la resistencia de los conductores, pérdidas dieléctricas, efecto pelicular y pérdidas por radiación o acoplamientos no deseados.
En fibra óptica, la atenuación se debe a absorción, dispersión, curvaturas, empalmes, conectores y pérdidas propias del material.

Una señal muy atenuada puede llegar al receptor con un nivel demasiado bajo, haciendo imposible distinguir correctamente los bits transmitidos.

$A_{dB}=10 \log_{10}\left(\frac{P_{in}}{P_{out}}\right)$

Donde:

• $A_{dB}$ es la atenuación en decibeles.
• $P_{in}$ es la potencia de entrada.
• $P_{out}$ es la potencia de salida.

También puede expresarse la potencia de salida como:

$P_{out}=P_{in} \cdot 10^{-\frac{A_{dB}}{10}}$

Cuando se analiza un cable en función de su longitud, se puede expresar:

$\alpha_{dB/km}=\frac{A_{dB}}{L}$

Donde:

• $\alpha_{dB/km}$ es la atenuación por kilómetro.
• $A_{dB}$ es la atenuación total.
• $L$ es la longitud del enlace en kilómetros.

5.4 Interferencia

La interferencia es una perturbación externa que se suma a la señal útil. Puede ser generada por motores, líneas de energía, fuentes conmutadas, transmisores de radio, tubos fluorescentes, descargas atmosféricas u otros cables cercanos.

En medios de cobre, la interferencia electromagnética puede inducir tensiones no deseadas en los conductores.

En fibra óptica, la interferencia electromagnética externa prácticamente no afecta la transmisión, porque la señal no es eléctrica sino luminosa.

5.5 Ruido

El ruido es toda señal no deseada que se superpone a la señal útil. Puede provenir del propio sistema, de los componentes electrónicos o del entorno.
En comunicaciones digitales, el ruido reduce la capacidad del receptor para distinguir entre un “0” y un “1”. Si el ruido es elevado, aumenta la probabilidad de error.

La calidad de un enlace suele analizarse mediante la relación señal-ruido.

$SNR_{dB}=10 \log_{10}\left(\frac{S}{N}\right)$

Donde:

• $S$ es la potencia de la señal.
• $N$ es la potencia del ruido.
• $SNR_{dB}$ es la relación señal-ruido en decibeles.

Para pasar de decibeles a escala lineal:

$\frac{S}{N}=10^{\frac{SNR_{dB}}{10}}$

5.6 Distorsión

La distorsión ocurre cuando la señal recibida no conserva exactamente la forma de la señal transmitida.

Puede aparecer por:

• Atenuación diferente según la frecuencia.
• Retardo diferente según la frecuencia.
• Dispersión.
• Reflexiones.
• Mala adaptación de impedancias.
• No linealidades del sistema.

En transmisión digital, la distorsión puede provocar interferencia intersimbólica, haciendo que los pulsos se superpongan entre sí y dificulten la recuperación de los bits.

5.7 Diafonía

La diafonía o crosstalk es el acoplamiento no deseado de señal entre conductores cercanos.

En cables de par trenzado, ocurre cuando la señal transmitida en un par induce una señal no deseada en otro par. Para reducir este efecto se utilizan:

• Trenzado de conductores.
• Diferentes pasos de torsión.
• Separadores internos.
• Blindaje.
• Mejor balance eléctrico.
• Conectores y terminaciones de calidad.

Un parámetro importante es el NEXT, o diafonía de extremo cercano. Representa la interferencia que aparece en el extremo cercano del enlace debido al acoplamiento entre pares.

5.8 Reflexiones

Las reflexiones aparecen cuando la señal encuentra una discontinuidad de impedancia en el medio.

Esto puede ocurrir por:

• Conectores defectuosos.
• Empalmes mal realizados.
• Cables dañados.
• Derivaciones no terminadas.
• Cambios bruscos de impedancia.
• Mala terminación de línea.

Las reflexiones son especialmente importantes en líneas de transmisión, cable coaxial y enlaces de alta velocidad.

$\Gamma=\frac{Z_L-Z_0}{Z_L+Z_0}$

Donde:

• $\Gamma$ es el coeficiente de reflexión.
• $Z_L$ es la impedancia de carga.
• $Z_0$ es la impedancia característica de la línea.

Si $Z_L=Z_0$, entonces:

$\Gamma=0$

Esto significa que no hay reflexión ideal, porque la línea está correctamente adaptada.

5.9 Retardo de propagación

La señal no viaja instantáneamente. Necesita un tiempo para recorrer el medio.

El retardo de propagación depende de la longitud del enlace y de la velocidad de propagación en el medio.

$t_p=\frac{L}{v}$

Donde:

• $t_p$ es el retardo de propagación.
• $L$ es la longitud del enlace.
• $v$ es la velocidad de propagación de la señal en el medio.

En un cable, la velocidad de propagación puede aproximarse mediante:

$v=VF \cdot c$

Donde:

• $VF$ es el factor de velocidad del cable.
• $c$ es la velocidad de la luz en el vacío.

$c \approx 3 \times 10^8 ; m/s$

En fibra óptica, una aproximación común es considerar:

$v \approx 2 \times 10^8 ; m/s$

5.10 Capacidad teórica del canal

La capacidad máxima de un canal con ruido puede estimarse mediante la fórmula de Shannon-Hartley.

$C = B \log_2\left(1+\frac{S}{N}\right)$

Donde:

• $C$ es la capacidad máxima teórica del canal en bit/s.
• $B$ es el ancho de banda en Hz.
• $S$ es la potencia de la señal.
• $N$ es la potencia del ruido.

Esta fórmula muestra que la capacidad aumenta si aumenta el ancho de banda o si mejora la relación señal-ruido. Sin embargo, en un sistema real también influyen el estándar utilizado, el tipo de codificación, la calidad del medio, los conectores, la instalación y los equipos activos.

6. Comparación inicial de medios guiados

7. Selección del medio guiado

Para seleccionar un medio guiado se deben analizar las necesidades del enlace. No existe un único medio ideal para todos los casos.

Los criterios más importantes son:

1. Distancia del enlace: Para pocos metros o hasta decenas de metros, el par trenzado suele ser suficiente. Para largas distancias, la fibra óptica suele ser la mejor opción.
2. Tasa de datos requerida: Redes de alta capacidad, troncales o enlaces de datacenter suelen requerir fibra óptica o cobre de altas prestaciones.
3. Ambiente electromagnético: En lugares con motores, tableros eléctricos, variadores de velocidad o líneas de potencia, la fibra óptica ofrece una ventaja importante por su inmunidad electromagnética.
4. Costo total: El par trenzado suele ser más económico en instalaciones LAN. La fibra óptica puede ser más costosa inicialmente, pero resulta superior en distancia, capacidad y escalabilidad.
5. Facilidad de instalación: El UTP es flexible y fácil de conectorizar. La fibra requiere mayor cuidado en manipulación, curvatura, limpieza de conectores, empalmes y medición.
6. Aplicación: No es lo mismo diseñar una red de oficinas, una red industrial, una red metropolitana, un enlace de radiofrecuencia o una red FTTH.

8. Ejemplo de análisis técnico

Supongamos que se desea conectar una cámara IP ubicada a 80 metros de un switch.

Datos:

• Distancia: 80 m.
• Equipo: cámara IP.
• Necesidad de alimentación: sí.
• Velocidad requerida: 100 Mbps o 1 Gbps.
• Ambiente: edificio administrativo.

En este caso, una solución razonable sería utilizar cable UTP categoría 5e o superior, porque la distancia está dentro del rango típico de Ethernet sobre cobre y además puede utilizarse PoE para alimentar la cámara.

Ahora supongamos otro caso: se desea conectar dos edificios separados por 800 metros.

En este escenario, el uso de UTP ya no sería adecuado para un enlace Ethernet directo convencional. Una solución más conveniente sería utilizar fibra óptica, debido a su menor atenuación, mayor alcance e inmunidad a interferencias.

9. Ejercicios propuestos

Ejercicio 1: Atenuación

Un enlace recibe una potencia de entrada de $1 mW$ y entrega una potencia de salida de $0.1 mW$.

Calcular la atenuación en dB.

Fórmula:

$A_{dB}=10 \log_{10}\left(\frac{P_{in}}{P_{out}}\right)$

Resolución:

$A_{dB}=10 \log_{10}\left(\frac{1}{0.1}\right)$
$A_{dB}=10 \log_{10}(10)$
$A_{dB}=10 dB$

Resultado:
El enlace tiene una atenuación de:

$10 dB$

Ejercicio 2: Retardo de propagación

Un enlace de fibra óptica tiene una longitud de $20 km$. Considerar una velocidad de propagación aproximada de:

$v = 2 \times 10^8 m/s$

Calcular el retardo de propagación.

Fórmula:

$t_p=\frac{L}{v}$

Conversión:
$20 km = 20000 m$

Resolución:
$t_p=\frac{20000}{2 \times 10^8}$
$t_p=1 \times 10^{-4} s$
Resultado:
$t_p=100 \mu s$

Ejercicio 3: Capacidad teórica de canal

Un canal posee:
$B = 100 MHz$
y una relación señal-ruido de:
$SNR_{dB}=30 dB$
Primero se convierte la relación señal-ruido a escala lineal:
$\frac{S}{N}=10^{\frac{30}{10}}=1000$
Luego se aplica Shannon-Hartley:
$C = B \log_2\left(1+\frac{S}{N}\right)$
$C = 100 \times 10^6 \log_2(1+1000)$
$C \approx 996 \times 10^6 bit/s$
Resultado aproximado:
$C \approx 996 Mbps$

Este valor representa una capacidad teórica máxima. En una implementación real, la velocidad efectiva dependerá del estándar de transmisión, codificación, modulación, calidad del medio, conectores y equipos utilizados.

10. Preguntas de repaso

¿Qué diferencia principal existe entre un medio guiado y un medio no guiado?
¿Por qué el medio físico limita la transmisión?
¿Qué relación existe entre ancho de banda y tasa de datos?
¿Por qué la atenuación limita la distancia máxima de un enlace?
¿Qué diferencia existe entre ruido, interferencia y distorsión?
¿Por qué el par trenzado reduce la diafonía?
¿Qué ventajas ofrece la fibra óptica frente al cobre?
¿En qué casos conviene utilizar cable coaxial?
¿Qué significa adaptar impedancias en una línea de transmisión?
¿Por qué la capacidad calculada con Shannon es un límite teórico y no necesariamente una velocidad real de red?

11. Ideas clave de la unidad

Los medios guiados conducen la señal mediante un soporte físico.
Los principales medios guiados son par trenzado, coaxial y fibra óptica.
El medio físico condiciona ancho de banda, distancia, atenuación, ruido y velocidad.
La atenuación reduce la potencia de la señal con la distancia.
La interferencia y el ruido degradan la calidad del enlace.
La distorsión modifica la forma de la señal recibida.
La diafonía es un problema importante en cables multipar.
La fibra óptica ofrece alta capacidad e inmunidad electromagnética.
La elección del medio depende de distancia, velocidad, ambiente, costo y aplicación.
En redes reales suelen convivir varios medios guiados según la función del enlace.

5 links interesantes para los alumnos

1. IEEE 802.3 Ethernet Working Group: útil para ver cómo Ethernet se normaliza a nivel físico y de enlace, incluyendo proyectos actuales de altas velocidades. https://www.ieee802.org/3/ 
2. TIA TR-42 Telecommunications Cabling Systems: referencia institucional sobre estándares de cableado para edificios, datacenters, hogares e infraestructura privada. https://tiaonline.org/committee/tr-42-i-telecommunications-cabling-systems/
3. Fluke Networks: NEXT y diafonía en cableado: buen recurso para entender la diafonía de extremo cercano y su impacto en la certificación de cableado de cobre. https://www.flukenetworks.com/blog/cabling-chronicles/cable-testing-101-cross-talk-near-and-far
4. Fluke Networks: pérdida de inserción: explica la atenuación/pérdida de inserción en cobre y fibra, con enfoque práctico de medición. https://www.flukenetworks.com/blog/cabling-chronicles/cable-testing-101-insertion-loss-matters-fiber-and-copper
5. FOA Reference Guide: Optical Fiber: referencia clara para introducir fibra óptica, dispersión, modos y fundamentos de transmisión óptica. https://www.thefoa.org/tech/ref/basic/fiber.html 

Resolución de los ejercicios con Python