Cableado apantallado y blindado

El cableado de cobre de par trenzado apantallado y blindado existe desde hace tiempo. Las variedades de cables apantallados (F/UTP y U/FTP) y totalmente apantallados (S/FTP), que se convirtieron en un estándar mundial en los años 80, han seguido siendo un pilar en algunos mercados, mientras que muchos otros han migrado a cables no apantallados (UTP).

Recientemente, sin embargo, la creciente adopción de equipos de red 2,5/5GBASE-T y 10GBASE-T y la ratificación del protocolo 10BASE-T1L Single Pair Ethernet (SPE) han restablecido la viabilidad comercial de los sistemas apantallados y blindados y han impulsado una mayor adopción de estos sistemas en mercados anteriormente centrados en los no apantallados.

En este panorama competitivo, muchos mensajes confusos y a menudo contradictorios se abren paso en el mercado, desafiando tanto a los expertos en cableado como a los usuarios finales. Este libro blanco aborda las preguntas, los problemas y los conceptos erróneos más comunes en relación con el cableado apantallado y apantallado.

Introducción e historia del blindaje

En la década de 1980, surgió el cableado LAN para dar soporte a las primeras redes informáticas que empezaban a aparecer en el espacio de los edificios comerciales. Estas primeras redes se basaban normalmente en la transmisión IBM Token Ring, que se estandarizó como IEEE 802.5 en 1985. El cableado para la red Token Ring consistía en cable «IBM Tipo 1» acoplado a conectores hermafroditas únicos. El cable IBM de tipo 1 consta de 2 pares de 150 ohmios, apantallados con una lámina y sin torsión, rodeados por una trenza. (es decir, S/FTP de 2 pares) como se muestra en
Figura 1.

Figura 1: IBM. Cable tipo 1

Este medio era una elección óptima para soportar las topologías LAN de primera generación por varias razones. Su diseño aprovechaba la capacidad del protocolo de transmisión de par trenzado para maximizar la distancia (Token Ring servía distancias de hasta 100 metros) y la velocidad de transmisión de datos utilizando transceptores económicos. Además, las láminas y el trenzado mejoraron el rendimiento de la diafonía y la compatibilidad electromagnética (EMC) hasta niveles que aún no podían alcanzarse con la capacidad de diseño y fabricación de la primera generación de par trenzado.

En 1990, los expertos de la industria LAN empezaron a reconocer el rendimiento y la fiabilidad que Ethernet conmutada ofrecía sobre Token Ring. Al mismo tiempo, las capacidades de diseño y fabricación del par trenzado habían progresado hasta el punto de que ya no se necesitaban láminas individuales para proporcionar aislamiento interno contra la diafonía ni blindajes generales para proporcionar inmunidad contra las fuentes de ruido externas en las bandas de funcionamiento 10BASE-T y 100BASE-T. La publicación de la aplicación 10BASE-T en 1990 y la primera edición de la norma de cableado genérico ANSI/ EIA/TIA-568 en 1991, junto con el menor coste asociado al cableado de par trenzado no apantallado (UTP), establecieron firmemente el cableado UTP como el medio preferido para los nuevos diseños de redes LAN de la época.

A medida que la tecnología de aplicaciones Ethernet evolucionó para admitir velocidades de transmisión de 10 Gb/s, 25 Gb/s y 40 Gb/s, se produjo un marcado resurgimiento de la especificación de sistemas de cableado de par trenzado apantallado y totalmente apantallado. Este libro blanco aborda las ventajas prácticas de los apantallamientos y blindajes y cómo pueden mejorar el rendimiento de los diseños de cableado UTP tradicionales destinados a soportar transmisiones de gran ancho de banda. También disipa mitos y conceptos erróneos sobre el comportamiento de las pantallas y los apantallamientos.

Transmisión equilibrada

La ventaja de especificar un cableado de par trenzado equilibrado para la transmisión de datos queda claramente demostrada al examinar los tipos de señales que están presentes en los entornos de los edificios. Las señales eléctricas pueden propagarse en modo común o diferencial (es decir, «equilibradas»). El modo común describe un esquema de señal entre dos conductores en el que la tensión se propaga en fase y está referenciada a tierra. Algunos ejemplos de transmisión en modo común son los circuitos de corriente continua, la alimentación de edificios, la televisión por cable, los circuitos de climatización y los dispositivos de seguridad. El ruido electromagnético inducido por perturbadores como motores, transformadores, luces fluorescentes y fuentes de RF también se propaga en modo común. Prácticamente todas las señales y perturbadores del entorno del edificio se propagan en modo común, con una notable excepción: el cableado de par trenzado está optimizado para la transmisión en modo equilibrado o diferencial. La transmisión en modo diferencial se refiere a dos señales que tienen magnitudes iguales, pero están desfasadas 180°, y que se propagan por los dos conductores de un par trenzado. En un circuito balanceado, dos señales están referenciadas entre sí en lugar de una señal referenciada a tierra. No hay conexión a tierra en un circuito balanceado y, como resultado, este tipo de circuitos son inherentemente inmunes a la interferencia de la mayoría de los perturbadores de ruido de modo común.

En teoría, el ruido de modo común se acopla por igual a cada conductor de un par trenzado perfectamente equilibrado. Los transceptores de modo diferencial detectan la diferencia de magnitud pico a pico entre las dos señales de un par trenzado mediante una operación de sustracción. En un sistema de cableado perfectamente equilibrado, la señal de modo común inducida aparecería como dos tensiones iguales que el transceptor simplemente restaría, lo que daría como resultado una inmunidad perfecta al ruido.

En el mundo real, sin embargo, los cables de par trenzado no están perfectamente equilibrados, y tanto los desarrolladores de aplicaciones como los especificadores de sistemas deben conocer sus limitaciones. Los comités de la TIA y la ISO/CEI tienen sumo cuidado a la hora de especificar parámetros de equilibrio como TCL (pérdida de conversión transversal), TCTL (pérdida de transferencia de conversión transversal) y ELTCTL (pérdida de transferencia de conversión transversal de igual nivel) en sus normas para cableado estructurado de grado superior (es decir, categoría 6 y superiores). Examinando los límites de rendimiento de estos parámetros y observando cuándo empiezan a acercarse a la tolerancia de aislamiento del ruido exigida por diversas aplicaciones Ethernet, queda claro que el ancho de banda operativo práctico definido por los niveles aceptables de inmunidad al ruido de modo común debido al balance es de aproximadamente 30 MHz.

Aunque esto proporciona una inmunidad al ruido más que suficiente para aplicaciones como 100BASE-T y 1000BASE-T, el modelado de la capacidad Shannon demuestra que este nivel no proporciona margen para los requisitos mínimos de inmunidad al ruido de 10GBASE-T. Afortunadamente, el uso de apantallamiento mejora significativamente la inmunidad al ruido, duplica la capacidad Shannon disponible y aumenta sustancialmente los anchos de banda operativos prácticos para futuras aplicaciones.

Un efecto de la degradación del equilibrio de la señal de par trenzado por encima de 30 MHz es la conversión modal, que se produce cuando las señales de modo diferencial se convierten en señales de modo común y viceversa. La conversión puede afectar negativamente a la inmunidad al ruido del entorno, así como contribuir a la diafonía entre pares y cables equilibrados, por lo que debe minimizarse siempre que sea posible. El apantallamiento puede reducir el potencial de conversión modal al limitar el ruido acoplado al par trenzado procedente del entorno.

Fundamentos de las interferencias acústicas

Todas las aplicaciones requieren márgenes positivos de relación señal/ruido (SNR) para transmitir dentro de los niveles de tasa de error binario (BER) asignados. Esto significa que la señal de datos que se transmite debe ser de mayor magnitud que todos los perturbadores de ruido combinados acoplados a la línea de transmisión (es decir, el cableado estructurado). Como se muestra en la Figura 2, el ruido puede acoplarse al cableado de par trenzado de tres maneras:

1. Ruido diferencial (Vd): Ruido inducido desde un cable adyacente de par trenzado o balanceado.

2. Ruido ambiental (Ve): Ruido inducido por un campo electromagnético externo.

3. Ruido de bucle de tierra (Vg): Ruido inducido por una diferencia de potencial entre los extremos de los conductores.

La sensibilidad de las distintas aplicaciones a las interferencias de estas fuentes de ruido varía en función de sus capacidades. Por ejemplo, se suele reconocer que la aplicación 10GBASE-T es extremadamente sensible a la diafonía extraña (acoplamiento de modo diferencial de cable a cable) porque su capacidad de procesamiento digital de señales (DSP) cancela electrónicamente la diafonía interna de par a par dentro de cada canal. A diferencia de la diafonía de par a par, la diafonía externa no puede cancelarse mediante DSP. A la inversa, dado que la magnitud de la diafonía externa es muy pequeña en comparación con la magnitud de la diafonía par a par, la presencia de diafonía externa afecta mínimamente al rendimiento de otras aplicaciones, como 100BASE-T y 1000BASE-T, que emplean algoritmos de cancelación de diafonía parciales o inexistentes.

Figura 2: Fuentes de ruido LAN

La compatibilidad electromagnética (CEM) describe tanto la susceptibilidad de un sistema a las interferencias procedentes de fuentes externas (inmunidad) como su potencial de perturbación (emisiones) y es un indicador importante de la capacidad de un sistema para coexistir con otros dispositivos electrónicos/eléctricos. La inmunidad al ruido y el rendimiento de las emisiones son recíprocos, lo que significa que la capacidad del sistema de cableado para mantener la inmunidad a las interferencias es proporcional al potencial del sistema para radiar. Curiosamente, aunque se hace mucho hincapié en las consideraciones de inmunidad, es un hecho que los sistemas de cableado estructurado no irradian ni interfieren con otros equipos o sistemas del entorno de las telecomunicaciones.

Perturbadores de ruido diferencial: La diafonía alienígena y la diafonía interna par a par son ejemplos de perturbadores de ruido en modo diferencial que deben minimizarse mediante un diseño adecuado del sistema de cableado. La susceptibilidad a la interferencia de fuentes de modo diferencial depende del equilibrio del sistema y puede mejorarse aislando o separando los conductores que interfieren entre sí. El cableado con un equilibrio mejorado (es decir, de categoría 6 y superior) presenta un mejor rendimiento de diafonía interna y diafonía externa. Dado que ningún cable está perfectamente equilibrado, se utilizan estrategias como el uso de material dieléctrico para separar los conductores o el uso de láminas metálicas para aislar los conductores con el fin de mejorar aún más el rendimiento de la diafonía. Por ejemplo, se ha demostrado que el cableado F/UTP de categoría 6A tiene un rendimiento de diafonía alienígena sustancialmente superior al del cableado UTP de categoría 6A porque su construcción general de lámina reduce el acoplamiento de diafonía alienígena prácticamente a cero. Se ha demostrado que el cableado S/FTP de categoría 7A tiene un rendimiento de diafonía par a par y alienígena sustancialmente superior al de cualquier diseño de cableado de categoría 6A, ya que su construcción de par trenzado con lámina individual reduce el acoplamiento de diafonía par a par y alienígena prácticamente a cero. Estos niveles superiores de diafonía no podrían lograrse únicamente mediante un rendimiento de equilibrio conforme.

Perturbadores del ruido ambiental: El ruido ambiental es un ruido electromagnético compuesto por campos magnéticos (H) generados por acoplamiento inductivo (expresados en A/m) y campos eléctricos (E) generados por acoplamiento capacitivo (expresados en V/m). El acoplamiento de campos magnéticos se produce a bajas frecuencias (es decir, 50 Hz o 60 Hz) en las que el equilibrio del sistema de cableado es más que suficiente para garantizar la inmunidad, lo que significa que su impacto puede ignorarse para todos los tipos de cableado equilibrado. Sin embargo, los campos eléctricos pueden producir tensiones de modo común en los cables equilibrados en función de su frecuencia. La magnitud de la tensión inducida puede modelarse suponiendo que el sistema de cableado es susceptible a las interferencias del mismo modo que una antena de bucle[1]. Para facilitar el análisis, la ecuación (1) representa un modelo simplificado de antena de bucle que resulta adecuado para evaluar el impacto en el campo eléctrico generado debido a diversos anchos de banda de fuentes de ruido interferente, así como la relación de distancia de los pares trenzados al plano de tierra. Obsérvese que se requiere un modelo más detallado, que incluya especialmente el ángulo de incidencia de los campos eléctricos, para calcular con precisión la tensión de ruido real acoplada.

Dónde:
λ = la longitud de onda de la fuente de ruido interferente

A = la superficie del bucle formada por la longitud perturbada del conductor de cableado (l) suspendido a una altura media (h) sobre el plano de tierra

E = intensidad del campo eléctrico de la fuente interferente

La longitud de onda, λ, de la fuente interferente puede oscilar entre 5.000 km para una señal de 60 Hz y menos de 1 m para señales de RF en la banda de 100 MHz y superiores. La densidad de intensidad del campo eléctrico varía en función del perturbador, depende de la proximidad a la fuente y normalmente se reduce a niveles nulos a una distancia de 0,3 m de la fuente. La ecuación demuestra que una señal de 60 Hz produce una perturbación del campo eléctrico que sólo puede medirse en el rango de las milésimas de mV, mientras que las fuentes que operan en el rango de MHz pueden generar una perturbación del campo eléctrico bastante grande. Como referencia, se considera que 3 V/m es una aproximación razonable del campo eléctrico medio presente en un entorno industrial/comercial ligero y que 10 V/m es una aproximación razonable del campo eléctrico medio presente en un entorno industrial.

Figura 3: Corrientes en modo común

La única variable que influye en la magnitud de la tensión acoplada por el campo eléctrico es el área del bucle, A, que se calcula multiplicando la longitud perturbada del cableado (l) por la altura media (h) desde el plano de tierra. La sección transversal de la figura 3 muestra las corrientes de modo común generadas por un campo eléctrico. Son estas corrientes las que inducen señales no deseadas en el elemento conductor más externo del cableado (es decir, los propios conductores en un entorno UTP o la pantalla/apantallamiento general en un entorno apantallado/totalmente apantallado). Lo que resulta evidente es que la impedancia de modo común, determinada por la distancia (h) al plano de tierra, no está muy bien controlada en entornos UTP. Esta impedancia depende de factores como la distancia a las canalizaciones metálicas, las estructuras metálicas que rodean los pares, el uso de canalizaciones no metálicas y la ubicación de la terminación. Por el contrario, esta impedancia de modo común es la protección de inmunidad frente a las perturbaciones del campo eléctrico que ofrece el cableado UTP.

Es importante recordar que la susceptibilidad general de los cables de par trenzado a las perturbaciones del campo eléctrico depende tanto de los entornos de cableado apantallado/totalmente apantallado bien definidos y controlados, ya que la pantalla y/o el apantallamiento actúan como plano de tierra. Las aproximaciones medias para (h) pueden oscilar entre 0,1 y 1 metro para el cableado UTP, pero son significativamente más limitadas (es decir, menos de 0,001 m) para el cableado apantallado y totalmente apantallado. Esto significa que el cableado apantallado y totalmente apantallado ofrece teóricamente un rendimiento entre 100 y 1.000 veces superior al equilibrio entre el cableado y la presencia de una pantalla o apantallamiento. Los cables bien equilibrados (es decir, de categoría 6A y superior) deberían ser inmunes a interferencias electromagnéticas de hasta 30 MHz. La presencia de un apantallamiento o pantalla es necesaria para evitar interferencias electromagnéticas a frecuencias más altas, lo que es una consideración especialmente crítica para las aplicaciones de próxima generación. Por ejemplo, es razonable modelar que una aplicación emergente que utilice técnicas DSP requerirá una SNR mínima de 20 dB a 100 MHz. Dado que el aislamiento mínimo que ofrece el balance por sí solo también es de 20 dB a 100 MHz, es necesario añadir una pantalla o apantallamiento para garantizar que esta aplicación tenga suficiente margen de inmunidad al ruido para funcionar.

Bucles de tierra

Los bucles de masa se forman cuando hay más de una conexión a tierra y la diferencia de potencial de tensión de modo común en estas conexiones a tierra introduce (genera) ruido en el cableado, como se muestra en la figura 4. Es un error pensar que el ruido de modo común de los bucles de masa sólo puede aparecer en las pantallas y blindajes; este ruido también aparece regularmente en los pares trenzados. Un punto clave sobre la tensión generada por los bucles de masa es que su forma de onda está directamente relacionada con el perfil de la corriente alterna del edificio. En EE.UU., la frecuencia de ruido principal es de 60 Hz y sus armónicos relacionados, que a menudo se denominan «zumbido» de CA. En otras regiones del mundo, la frecuencia de ruido primaria es de 50 Hz y sus armónicos.

Dado que cada par trenzado está conectado a un transformador balun y a circuitos de rechazo de ruido de modo común tanto en el extremo de la NIC como en el del equipo de red, las diferencias en las relaciones de vueltas y las impedancias de tierra de modo común pueden dar lugar a ruido de modo común. La magnitud del ruido inducido en los pares trenzados puede reducirse, pero no eliminarse, mediante el uso de terminaciones, estranguladores y filtros de modo común dentro del equipo.

Los bucles de tierra inducidos en la pantalla/blindaje suelen producirse debido a una diferencia de potencial entre la conexión a tierra en la barra colectora de puesta a tierra de telecomunicaciones (TGB) y la conexión a tierra del edificio proporcionada a través del chasis del equipo de red en el extremo del cableado del área de trabajo. Tenga en cuenta que no es obligatorio que los fabricantes de equipos proporcionen una ruta de tierra del edificio de baja impedancia desde la toma RJ45 apantallada a través del chasis del equipo. A veces, el chasis está aislado de la toma de tierra del edificio con un circuito RC de protección y, en otros casos, la toma RJ45 apantallada está completamente aislada de la toma de tierra del chasis.

Figura 4: Introducción de bucles de masa

Las normas TIA e ISO identifican el umbral en el que se desarrolla un bucle de tierra excesivo cuando la diferencia de potencial entre la tensión medida en el blindaje en el extremo del cableado del área de trabajo y la tensión medida en el cable de tierra de la toma eléctrica utilizada para suministrar energía a la estación de trabajo supera 1,0 Vrms. Esta diferencia de potencial debe medirse y corregirse sobre el terreno para garantizar el correcto funcionamiento de los equipos de red, pero los valores superiores a 1,0 Vrms son muy poco frecuentes en países, como EE.UU., que han diseñado y especificado cuidadosamente los sistemas de construcción y puesta a tierra. Además, dado que la tensión de modo común inducida por los bucles de tierra es de baja frecuencia (es decir, 50 Hz o 60 Hz y sus armónicos), el rendimiento de equilibrio de la planta de cableado por sí mismo es suficiente para garantizar la inmunidad, independientemente de la magnitud real de la tensión.

Diseño de pantallas y escudos

El apantallamiento ofrece las ventajas de una mejora significativa del rendimiento de la diafonía par a par, del rendimiento de la diafonía ajena y de la inmunidad al ruido que no puede igualar ninguna otra estrategia de diseño de cableado. Los cables F/UTP de categoría 6A y categorías inferiores se construyen con una lámina general que rodea cuatro pares trenzados, como se muestra en la figura 5. Los cables S/FTP de categoría 7 y superior se construyen con un trenzado general que rodea cuatro pares apantallados individualmente con una lámina, como se muestra en la figura 6. En ocasiones se suministran hilos de drenaje opcionales. A veces se suministran hilos de drenaje opcionales.

Los materiales de apantallamiento se seleccionan por su capacidad para maximizar la inmunidad a las perturbaciones del campo eléctrico mediante su capacidad para reflejar la onda entrante, sus propiedades de absorción y su capacidad para proporcionar una trayectoria de señal de baja impedancia. Por regla general, los materiales de apantallamiento más conductores producen mayores cantidades de reflexión de la señal entrante. El papel de aluminio macizo es el medio de apantallamiento preferido para el cableado de telecomunicaciones porque proporciona una cobertura del 100% contra las fugas de alta frecuencia (es decir, superiores a 100 MHz), así como una baja resistencia eléctrica cuando está correctamente conectado a tierra. El grosor del apantallamiento de lámina se ve influido por el efecto piel de las corrientes de ruido interferentes. El efecto piel es el fenómeno por el cual la profundidad de penetración de la corriente de ruido disminuye a medida que aumenta la frecuencia. Los espesores típicos de las láminas son de 0,038 mm (1,5 mils) a 0,051 mm (2,0 mils) para ajustarse a la profundidad máxima de penetración de una señal de 30 MHz. Este enfoque de diseño garantiza que las señales de alta frecuencia no puedan atravesar el blindaje de lámina. Las señales de baja frecuencia no interferirán con los pares trenzados gracias a su buen equilibrio. Las trenzas y los hilos de drenaje añaden resistencia a los conjuntos de cables y disminuyen aún más la resistencia eléctrica de extremo a extremo del apantallamiento cuando el sistema de cableado está correctamente conectado a tierra.

Figura 5: Construcción F/UTP

Figura 6: Construcción S/FTP

Sistemas de puesta a tierra y cableado

ANSI/TIA-607-D define la infraestructura de conexión y puesta a tierra de las telecomunicaciones del edificio que se origina en la tierra del equipo de servicio (alimentación) y se extiende por todo el edificio. Es importante reconocer que la infraestructura se aplica tanto a los sistemas de cableado UTP como a los apantallados o totalmente apantallados. La norma exige que:

1. La barra colectora primaria de telecomunicaciones (PBB) está conectada a la tierra del equipo de servicio (alimentación) del edificio. Los métodos reales, los materiales y las especificaciones apropiadas para cada uno de los componentes del sistema de puesta a tierra y enlace de telecomunicaciones varían según el tamaño del sistema y de la red, la capacidad y los códigos locales.

2. Si se utilizan, las barras colectoras de enlace secundario de telecomunicaciones (SBB) se unen a la PBB a través de la red troncal de enlace de telecomunicaciones (TBB).

3. Todos los bastidores y vías metálicas están conectados a la PBB.

4. La planta de cableado y los equipos de telecomunicaciones se conectan a tierra a los bastidores de equipos o a las vías metálicas adyacentes. Se pretende que los equipos informáticos dispongan de una conexión a tierra verificable, complementaria y específica, además de la conexión a tierra de corriente alterna o continua del edificio, tal como se describe en la norma.

Las normas TIA e ISO proporcionan un paso adicional para la conexión a tierra de los sistemas de cableado apantallado y blindado. En concreto, el apantallamiento del cable debe unirse a la PBB o SBB en el lugar donde los cables terminan en el bastidor. Este requisito tiene por objeto apoyar la configuración óptima de una conexión a tierra para minimizar la aparición de bucles de tierra, pero reconoce que puede haber múltiples conexiones a tierra a lo largo del cableado. Dado que la posibilidad de que se produzca una conexión a tierra en el área de trabajo a través del equipo se tuvo en cuenta cuando se desarrollaron las recomendaciones de conexión a tierra y enlace especificadas en ANSI/ TIA-607-D, no es necesario evitar específicamente la conexión a tierra del sistema apantallado/ blindado en el PC o dispositivo del usuario final.

Es importante tener en cuenta la diferencia entre una conexión a tierra y una conexión apantallada. Una conexión a tierra une el sistema de cableado apantallado al PBB o SBB, mientras que una conexión apantallada mantiene la continuidad eléctrica del apantallamiento del cable a través de los conectores de telecomunicaciones apantallados a lo largo de todo el cableado. Parte de la función de la pantalla o apantallamiento es proporcionar una vía de tierra de baja impedancia para las corrientes de ruido que se inducen en el material de apantallamiento. El cumplimiento de las especificaciones TIA e ISO para los parámetros de impedancia de transferencia y atenuación de acoplamiento del cable y el hardware de conexión garantiza el mantenimiento de una ruta de baja impedancia a través de todos los puntos de conexión apantallados/blindados del sistema de cableado. Para un rendimiento óptimo de la inmunidad al ruido y a la diafonía alienígena, debe mantenerse la continuidad del apantallamiento en todo el sistema de cableado de extremo a extremo No se recomienda el uso de cables de conexión UTP en sistemas de cableado apantallado/protegido.

Se sugiere que los usuarios finales del edificio realicen una validación para garantizar que los sistemas de cableado apantallado y blindado estén correctamente conectados a tierra con el PBB o el SBB. Un plan de inspección recomendado es:

1. Inspeccione visualmente para comprobar que todos los bastidores, armarios y conductos metálicos del equipo están conectados a la PBB o SBB mediante un conductor de 6 AWG.

2. Inspeccione visualmente para verificar que todos los paneles de conexión apantallados/ blindados están unidos a la PBB o SBB utilizando un conductor mínimo de 12 AWG, si no lo especifican las instrucciones del fabricante.

3. Realice una prueba de resistencia de CC para asegurarse de que cada conexión a tierra de paneles y bastidores/gabinetes presenta una medición de resistencia de CC de <1 Ω entre el punto de unión del panel/bastidor y el PBB o SBB. (Nota: algunas normas locales/regionales especifican una resistencia de CC máxima de <5 Ω en este punto). 4. Documente la inspección visual, los resultados de las pruebas de CC y todos los demás resultados aplicables de las pruebas de cobre/fibra.

El mito de la antena

Es un mito común que las pantallas y los blindajes pueden comportarse como antenas porque son largas longitudes de metal. El temor es que las pantallas y los apantallamientos puedan «atraer» señales que se encuentren en el entorno o irradiar señales que aparezcan en los pares trenzados. Lo cierto es que tanto las pantallas y apantallamientos como los pares trenzados equilibrados de cobre de un cable UTP se comportan como una antena hasta cierto punto. La diferencia es que, como demuestra el modelo simplificado de antena de bucle, el ruido que se acopla a la pantalla o al apantallamiento es en realidad de 100 a 1.000 veces menor en magnitud que el ruido que se acopla a un par trenzado sin apantallar en el mismo entorno. Esto se debe a la impedancia de modo común bien definida y controlada de los pares internos con respecto al plano de tierra que proporciona la pantalla o el apantallamiento. A continuación se analizan los dos tipos de perturbadores de señal que pueden afectar a la inmunidad al ruido del cableado de par trenzado equilibrado: los que están por debajo de 30 MHz y los que están por encima de 30 MHz.

Figura 7: Susceptibilidad UTP VS. F/UTP Susceptibilidad

A frecuencias inferiores a 30 MHz, las corrientes de ruido del entorno pueden penetrar la pantalla/apantallamiento y afectar a los pares trenzados. Sin embargo, el modelo simplificado de antena de bucle muestra que la magnitud de estas señales es sustancialmente menor (y en su mayor parte atenuada debido a la pérdida de absorción de la lámina de aluminio), lo que significa que los pares trenzados sin apantallar en el mismo entorno están sometidos en realidad a una intensidad de campo eléctrico mucho mayor. La buena noticia es que el rendimiento de equilibrio del propio cable es suficiente hasta 30 MHz para garantizar una susceptibilidad mínima a las perturbaciones de estas fuentes de ruido, independientemente de la presencia de una pantalla/apantallamiento general.

A frecuencias superiores a 30 MHz, las corrientes de ruido del entorno no pueden penetrar en la pantalla/blindaje debido a los efectos piel y los pares trenzados internos son totalmente inmunes a las interferencias. Lamentablemente, el rendimiento del balance ya no es suficiente para garantizar una inmunidad al ruido adecuada para el cableado UTP a estas frecuencias más altas. Esto puede tener un impacto adverso en la capacidad del sistema de cableado para mantener los niveles de SNR requeridos por las aplicaciones que emplean tecnología DSP.

La posibilidad de que un cable se comporte como una antena puede comprobarse experimentalmente colocando dos cables equilibrados en serie, inyectando una señal en uno de ellos para emular una antena transmisora en un rango de frecuencias de barrido y midiendo la interferencia en un cable adyacente para emular una antena receptora[2]. Como regla general: cuanto mayor sea la frecuencia de la fuente de ruido, mayor será el potencial de interferencia. Como se muestra en la figura 7, el acoplamiento entre dos cables UTP (en negro) es como mínimo 40 dB peor que la interacción entre dos cables F/UTP correctamente conectados a tierra (en azul). Cabe señalar que 40 dB de margen corresponden a un acoplamiento de tensión 100 veces menor, lo que confirma las predicciones modeladas. Está claro que el cable UTP irradia y recibe (es decir, se comporta como una antena) mucho más que el cable F/UTP.

Un segundo mito de la antena está relacionado con la creencia errónea de que las señales de modo común que aparecen en una pantalla o apantallamiento sólo pueden disiparse a través de una ruta de tierra de baja impedancia. El temor es que una pantalla sin conexión a tierra irradie señales que «rebotan de un lado a otro» y «se acumulan» sobre la pantalla. El hecho es que, si se deja sin conectar a tierra, una pantalla/pantalla atenuará sustancialmente las señales de alta frecuencia debido al filtro de paso bajo formado por su resistencia, la capacitancia en derivación distribuida y la inductancia en serie. Los efectos de dejar ambos extremos de un cable de par trenzado sin conexión a tierra también pueden verificarse utilizando el método experimental anterior. Como se muestra en la figura 8, el acoplamiento entre dos cables UTP (en negro) sigue siendo como mínimo 20 dB peor que la interacción entre dos cables F/UTP sin conexión a tierra (en azul). Hay que tener en cuenta que 20 dB de margen corresponden a un acoplamiento de tensión 10 veces menor. Incluso en las peores condiciones, sin conexión a tierra, el cable UTP se comporta más como una antena que el cable F/UTP.

Figura 8: UTP VS. Susceptibilidad F/UTP sin conexión a tierra

Los resultados modelizados y experimentales desmienten claramente el mito de la antena. Es un hecho que las pantallas y los blindajes ofrecen una inmunidad al ruido sustancialmente mejorada en comparación con las construcciones sin blindaje por encima de 30 MHz, incluso cuando están mal conectadas a tierra.

El mito del bucle de tierra

Es un mito común que los bucles de tierra sólo aparecen en los sistemas de cableado apantallado y apantallado. El temor es que los bucles de masa resultantes de una diferencia de potencial de tensión entre las conexiones a tierra de un sistema de cableado apantallado/protegido provoquen corrientes de modo común excesivas, que pueden afectar negativamente a la transmisión de datos. Lo cierto es que tanto las pantallas y apantallamientos como los pares trenzados equilibrados de un cable UTP se ven afectados por las diferencias de potencial de tensión en los extremos del canal.

La diferencia en la impedancia de terminación de modo común del transformador en el NIC y en el equipo de red provoca de forma natural que se induzca corriente de ruido de modo común en cada par trenzado. La conexión a tierra del sistema apantallado/protegido en varias ubicaciones también puede provocar una corriente de ruido en modo común inducida en el apantallamiento. Sin embargo, estas corrientes de ruido de modo común no afectan a la transmisión de datos porque, independientemente de su magnitud de tensión, su forma de onda siempre está asociada al perfil de la alimentación de CA del edificio (es decir, 50 Hz o 60 Hz). Debido al excelente equilibrio del cableado a bajas frecuencias, las corrientes de modo común inducidas en el par trenzado, ya sea directamente por los diferenciales de impedancia del equipo o acopladas desde una pantalla/protector, son simplemente sustraídas por el transceptor como parte del algoritmo de transmisión diferencial.

Por qué utilizar cableado apantallado/totalmente apantallado

Las ventajas de utilizar sistemas apantallados y totalmente blindados son numerosas:

1. Reducción de la diafonía de par a par en diseños totalmente blindados

2. Reducción de la diafonía alienígena en diseños apantallados y totalmente blindados.

3. Los diámetros de los cables apantallados de categoría 6A suelen ser menores que los de los cables UTP 6A, lo que permite un mayor llenado/aprovechamiento de las vías.

4. Inmunidad al ruido sustancialmente mejorada en todas las frecuencias y especialmente por encima de 30 MHz, cuando el equilibrio del cable empieza a degradarse significativamente.

5. Disipación térmica superior para requisitos de agrupación menos restrictivos cuando se admiten aplicaciones de alimentación remota (por ejemplo, alimentación a través de Ethernet o PoE) y/o se trabaja en entornos con temperaturas elevadas.

Conclusiones

El margen SNR alcanzable depende de las propiedades combinadas del equilibrio del cableado y de la inmunidad al ruido en modo común y diferencial proporcionada por las pantallas y apantallamientos. Las aplicaciones dependen de un margen SNR positivo para garantizar una transmisión adecuada de la señal y una BER mínima. Con el despliegue de 10GBASE-T, ha quedado claro que el aislamiento del ruido que proporciona un buen balance por sí solo apenas basta para cumplir los objetivos de transmisión. Las ventajas de la inmunidad al ruido y la diafonía ajenas que ofrecen los diseños de cableado F/UTP y S/FTP llamaron la atención de los desarrolladores de aplicaciones y especificadores de sistemas de 4 pares y un par. A menudo se dice que la industria de las telecomunicaciones ha cerrado el círculo en la especificación de su tipo de medio preferido. En realidad, los actuales sistemas de cableado apantallado y totalmente apantallado representan una fusión de las mejores características de rendimiento eléctrico de las dos últimas generaciones de cableado LAN: excelente equilibrio para proteger contra las interferencias de baja frecuencia y apantallamiento para proteger contra las interferencias de alta frecuencia.

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