Medidas en líneas de transmisión

    Cuando se realizan pruebas de las líneas de transmisión telefónicas, sobre todo de telefonía analógica, podemos utilizar las notas que se describen a continuación para poder realizar dichas medidas.

Partimos de la base de que, conocemos las unidades de transmisión que habitualmente se utilizan en los sistemas de telefonía: los "debeemes" o, como se escribe en cualquier manual técnico, si no es así, podéis revisar los apuntes de dBm de la Escuela de Ingeniería Técnica de Telecomunicación de Madrid al respecto. Son apuntes más fiables que los de la wikipedia.

Los "dBm" son una razón de potencia que toma como unidad de referencia 1 milivatio. Se utiliza tanto para expresar potencias en líneas coaxiales asimétricas de 50 o 75 ohmios como en líneas simétricas de 600 ohmios.

Es una unidad de medida cómoda de utilizar porque nos permite trabajar con magnitudes de potencia muy grande o muy pequeñas, con 2 o 3 dígitos, más los decimales de los logaritmos.

Pot(_dBm)= 10 x log (P1(_{expresado en milivatios})/1 mW)

La ventaja de trabajar con "dBm" es que, un incremento o disminución de por ejemplo, 3 dB (3 decibelios), equivale al doble o la mitad de la potencia inicial.

Por ejemplo, 43 dBm sobre 50 ohmios equivalen a 20 W.

Por otro lado, -107 dBm sobre 50 ohmios representan 1 microvoltio de tensión (en vatios sería un valor mucho más pequeño).

Nos permite realizar cálculos que con el valor numérico real serían difíciles de pronunciar, de una manera sencilla, por ejemplo para expresar la atenuación de un cable indicamos "atenuación de 2,3 dB/100m" y estamos indicando que cada 100 metros la señal se atenúa 200 veces.

También parto de la idea de que se sabe distinguir que un cable coaxial es un cable asimétrico y que un cable de dos hilos trenzados, en sus múltiples variantes en un cable simétrico. Casi todos los cables de transmisión asimétricos son de 75 ohmios (en telefonía y CCTV lo son), mientras que en radiocomunicación suelen ser de 50 ohmios, aunque podemos encontrarnos cables coaxiales con otras impedancias en otros países.

Nos podemos encontrar con equipos de medida mucho más modernos, que solo necesites pulsar una tecla y realice de forma automática la medida, pero lo que se pretende en estas notas es que se comprenda qué es lo que se mide, realizando paso a paso las medidas.

MEDIDAS DE NIVEL DE SEÑAL O DE ATENUACIÓN DE MEDIOS DE TRANSMISIÓN

Aunque hoy en día con los sistemas IP no se suele comprobar los niveles de atenuación de los cables UTP de manera manual, sí utilizamos para la comprobación de los cables ethernet un certificador de cable, que incluye diversos instrumentos integrados para comprobar la atenuación de los pares del cable, las capacidades parásitas, diafonías, etc. presentes en el cable para ver si cumple los requisitos que se demanden en una instalación, por ejemplo de Categoría 6.

Las medidas consistían básicamente en enviar un tono de 1 Khz con un nivel nominal de señal a través del equipo de comunicaciones analógico fijado por la compañía de telefonía (por ejemplo -8 dBm/600 ohmios a través del par telefónico) y en el extremo remoto del cable, comprobábamos el nivel recibido.

Al ser un cable pasivo, sin amplificación, el nivel de la señal recibida sería menor que el nivel de la señal emitida, por ejemplo podríamos estar recibiendo el tono de 1 Khz con -25 dBm. Si este nivel es válido para la compañía de telecomunicaciones, finalizaríamos la medición; si no lo es, tendremos que averiguar en qué parte de la línea de transmisión se ha atenuado la señal más de lo calculado.

Las diferencias entre el nivel emitido y el nivel recibido, representarían la atenuación que introduce el cable a esa frecuencia. En el ejemplo, de -25 dBm a -8 dBm, hay una diferencia de 16 dB, que nos representa la atenuación del medio de transmisión.

Pero si queremos comprobar un cable (salvo los de fibra óptica, para los que utilizaremos, por ejemplo los OLP-25 y los OLA-25 de W&G), habitualmente comprobaremos el cable, enviando una señal de una determinada frecuencia y nivel (en dBm) y comprobaremos si se recibe esa misma frecuencia y el nivel con el que se recibe. Este tipo de medidas se conoce como relación amplitud-frecuencia o atenuación en frecuencia de un cable (de pares, coaxial, etc.).

Normalmente, en las centrales telefónicas en España, cuando se realizaban medidas en medios de transmisión como cables coaxiales (con los que yo trabajé eran todos de 75 ohmios asimétricos) y cables de pares telefónicos (de impedancia de 600 ohmios simétricos), se utiliza como equipo de medida un equipo que pueda ser a la vez emisor de señal y generador de señal, similar al que voy a mostrar. Por ejemplo, el BFC-25 de las fotografías y vídeos siguientes, nos permite comprobar un canal de audio de televisión hasta 20 Khz, pero en las centrales telefónicas convencionales, solo se usaría hasta 4 Khz por las características de la línea telefónica.

Este equipo, que se muestra en la siguiente fotografía, nos va a permitir la medida de las pérdidas de señal que se producen en los cables o, enviar una señal de prueba específica a través de un equipo de telefonía (normalmente se selecciona 1 Khz como frecuencia de prueba)  y comprobar el nivel que se recibe en el extremo remoto de ese equipo, que puede estar situado a varios kilómetros; por ejemplo, una tarjeta de abonado telefónico a 600 ohmios en la central de Getafe, que tiene su otro extremo en la central de Fuenlabrada, también a 600 ohmios.

Para entender la finalidad de esta medida, la mejor forma es tener una visión general de qué pretendemos medir: vamos a comprobar cual es el nivel de señal que se recibe en un extremo de un sistema de telefonía o en un cable de transmisión, sea del tipo que sea, cuando en el otro lado del sistema de telefonía, aplicamos un nivel de señal concreto; estos niveles normalmente ya han sido verificados y calibrados por la empresa de telefonía, de tal manera que ésta nos fija la frecuencia y nivel del tono de prueba a utilizar y nos determina el nivel que se debe de recibir en el otro extremo, con unos márgenes de tolerancia muy concretos.

Si nos fijamos en el dibujo, los equipos de medida nos van a permitir medir el nivel de señal que yo estoy recibiendo a través de la línea de transmisión, procedente de un generador de señal, que puede estar situado a varios cientos de metros o algunos kilómetros y, de acuerdo a las normas de la compañía telefónica, comprobar si dicha línea cumple con lo especificado por la empresa, dentro de los márgenes que suelen establecer las compañías, por ejemplo ± 2 dB.

Aquí tenéis algunas medidas básicas que se pueden hacer con un equipo de medida utilizados en los departamentos de instalaciones telefónicas de las empresas instaladoras, con una pequeña explicación de uno de los errores típicos al configurar las impedancias de las líneas:

Además de este equipo de medida sencillo, en las centrales telefónicas solía haber un equipo de medida para comprobar los múltiplex por división en frecuencia (obsoletos actualmente), utilizando un equipo bastante más fiable y robusto, el SPM-31, del que se añade un vídeo explicativo de su funcionamiento.

Básicamente con este equipo podemos medir las pérdidas de una línea de transmisión con muy alta precisión hasta una frecuencia de 625 Khz aproximadamente y ver cómo al subir la frecuencia, sube la atenuación que introduce la línea de transmisión. También se utilizaba para enviar un tono de 1 Khz y un nivel de dBm nominal (establecido por la operadora de telefonía) sobre un canal telefónico y medir en el extremo remoto, el nivel de señal recibido y comprobar que estuviera dentro de los límites establecidos por la compañía de telefonía.

Ajuste inicial de equipo de medición en dBm

Un caso real sería comprobar cual es la atenuación introducida en un par telefónico desde la central hasta la casa del abonado, comprobando previamente el nivel en la caja de conexiones del edificio (edificios antiguos sin RITI). Atornillaríamos sobre las bornas que aparecen en la fotografía los cables de medida:

Estos pares telefónicos llegaban en las instalaciones anteriores a la normativa ICT de 1998 y la última revisión de 2011, hasta un punto de conexión de red; este dispositivo permitía a las operadoras de telefonía de la época en el caso de producirse una avería, discernir si ésta estaba provocada por la red de la compañía o se debía a un fallo en la instalación del cliente.

Este dispositivo incorporaba una tapa que al levantarla en modo "PRUEBA" permitía aislar la red del operador de la red interna. La compañía de telefonía mediante una "mesa de pruebas" realizaba una serie de comprobaciones remotas de la línea (impedancia de carga, capacitancia, corriente de línea,etc.) y determinaba si el fallo estaba en su red. Si todas las pruebas estaban correctas, el fallo estaba en el cableado interior de la vivienda.

Este PCR disponía en su interior de unas clemas de conexión de la línea telefónica hacia la central y otras para la línea interior de la vivienda. Entre medias, un conmutador para "abrir" la línea telefónica y opcionalmente, un descargador de gas situado entre tres pines preconectados; solo se instalaba en zonas en las que hubiera riesgo de descargas eléctricas por tormentas.

El descargador de gas sería como el que aparece en la siguiente fotografía, que es del mismo tipo que el utilizado en los repartidores de la central telefónica:

El descargador iría conectado en los terminales marcados como "DESC" y el aspecto interior de PCR completo, lo tenéis aquí:

En la clema CN1 se cablearía la entrada del par telefónico externo de la compañía de telefonía; en la clema CN2 conectaríamos en la parte inferior el par telefónico de salida. El conmutador SW1 permitiría que en el conector telefónico CN3, cuando la tapa se coloca en modo "prueba" se conectara un teléfono de pruebas para comprobar que la línea externa funciona correctamente. Este conector queda visible al subir la tapa al modo de "prueba".

Por ejemplo supongamos un caso teórico: la compañía de telefonía me pueden indicar que, para un tono de 1 Khz y un nivel de señal del generador de +8 dBm sobre 600 Ω, que yo aplique en la central A, debo de tener en el lado de la central B, sobre ese mismo cable -10 dBm sobre 600 Ω. Esta medida se podría hacer igualmente en el PCR sobre el conector CN3, instalando un conector macho 6P2C  con un cable que termine en bornas para su inserción en el equipo de medida PLLB de la fotografía superior.

Si mido un nivel que esté dentro de esos ± 2dB que me autoriza la compañía de telefonía, por ejemplo, -11,3 dBm, el cable es válido para la empresa.

Si dispongo de 20 cables como este a probar, repetiré el proceso, cambiando los equipos de ambos extremos sobre todos y cada uno de los cables a comprobar, anotando los valores obtenidos; si algún cable presenta un valor fuera de esos márgenes, por ejemplo obtenemos -12,8 dBm de nivel recibido, se deberá revisar el mismo hasta localizar qué lo origina.

Puesto que vale más una imagen que mil palabras, aquí os adjunto el enlace al vídeo de la mediateca en el que he utilizado este equipo de medida para variar:

• Frecuencia de emisión.
• Nivel de emisión en dBm.
• Impedancia de entrada.
• Impedancia de salida.
• Nivel de recepción en dBm.

Espero que os sirva de ayuda para entender que las mediciones de señal se realizan en dBm (o dBV, que también permite su medición este equipo de medida) y qué efecto provoca la desadaptación de impedancias en los medios de transmisión.

Como se muestra en el vídeo, el equipo de medida dispone de unos terminales para conectar bornas para cables asimétricos a 150 ohmios, que es una impedancia que no se usa habitualmente en telefonía, donde se utilizan frecuentemente 600 ohmios en la línea de abonado telefónico, 75 ohmios en los cables coaxiales de las centrales telefónicas para sistemas PDH o SDH y 50 ohmios en los líneas de radiocomunicación.

Otro vídeo realizado con un cable de pares intercalado entre la parte de emisión y la parte de recepción del equipo de medida, es el que figura a continuación. En él se realiza una comprobación de un cable de manera similar a como queda reflejado en el dibujo que muestra un cable de pares y un cable coaxial.

Otra alternativa muy frecuentemente utilizada por las empresas instaladoras para comprobar los diferentes medios de transmisión analógicos, consiste en utilizar un teléfono de servicio preparado para realizar medidas básicas. Un ejemplo de este equipo de medida/teléfono de servicio es el que aparece en la fotografía:

Se puede observar que este teléfono dispone de unas pinzas para su conexión en los repartidores telefónicos, facilidades de marcación y funciones específicas integradas por el fabricante, por ejemplo el envío de un tono de 1 Khz con un determinado nivel de señal. Hay equipos más completos, cuyo coste es evidentemente mayor como el IBT-5 o el IBT-10 utilizados en RDSI y de reconocida calidad.

Errores frecuentes en la medición de niveles de señal 

Cuando se realizan mediciones de nivel de señal en sistemas de transmisión, uno de los parámetros a tener en cuenta es que,si el medio de transmisión que tenemos que comprobar es de un único tipo, es decir, o es cable coaxial o es un par telefónico, todos los equipos de medida que se utilicen para las mediciones, deben de estar configurados con la misma impedancia característica del cable.

En el caso del equipo de medida de W&G de la imagen superior, podemos ver que para medidas entre 200 Hz y 620 Khz, dispone de unas bornas cuya impedancia es seleccionable a 600, 150 ohmios y un conector BNC para impedancia de 75 ohmios. Podemos medir líneas coaxiales o líneas simétricas, pensadas para transmisiones en MDF (múltiplex por división en frecuencia).

Así, por ejemplo, en la fotografía del equipo PLLB BFC-25, que aparece en el vídeo, los conmutadores situados bajo la letra AUX y el situado en BAL, se encuentran en la misma posición: 600 Ω. Así, si la diferencia entre elnivel de emision que pasa a través del cable de pruebas utilizado y el nivel de recepción es de -0,1 dB, nos indicaría que el cable que hemos medido tiene unas pérdidas de nivel de 0,1 dB. Realmente en nuestro equipo de medida el nivel recibido es mayor que el enviado, porque el equipo de medida se encuentra desajustado. 

Si por error durante el proceso de ajuste del equipo de medida o un error de manipulacion, el equipo medidor está configurado en alta impedancia (Hi-Z), como en la fotografía y el transmisor en 600Ω, (ver la posición de los conmutadores que configuran la impedancia), podemos comprobar que hay una gran diferencia en la medida realizada:

Medida de niveles de señal con desadaptación de impedancias

Se puede ver en la fotografía que estamos transmitiendo una señal de 1 Khz y -10 dBm con el conmutador sobre 600Ω y estamos recibiendo dicha señal con un nivel de -4,1 dBm con el conmutador sobre alta impedancia (Hi-Z). Este error en la configuración de los equipos de transmisión y recepción nos traerá muchos quebraderos de cabeza, si estamos realizando las pruebas de las líneas de transmisión delante del técnico de la empresa que nos debe de recepcionar ésta.

Otro error que también se produce y que puede inducir a error es ajustar el tono de emisión a 1 Khz y no ajustar el equipo de recepción a esa misma frecuencia. Esto puede provocar también errores en los resultados de la medición.

Equipos de medida para ADSL y VDSL

Cuando se está planteando la posibilidad de extender la vida del par de cobre sin tener necesidad de sustituirlo por fibra óptica, con el ahorro de costes que supone para las compañías instaladoras, lo que se conoce como VDSL, puede ser interesante ver la forma de medir, el anterior par de cobre cuyo esquema es perfectamente válido, utilizando un generador y un medidor de baja frecuencia que lleguen a generar y medir,bastante más de los 612 Khz, que no cubren hasta los 12 Mhz que necesitamos verificar en el VDSL, pero que permiten al PS-3 y SPM-3, equipos antiguos pero aún hoy en día fiables, servir de ejemplo para estos apuntes.

La fotografía de los dos equipos cuando estamos verificando su funcionamiento, antes de llevarlos a cualquier instalación, es la siguiente:

Como la mayoría de los equipos electrónicos requieren ajustar unos parámetros de configuración básica e igual en ambos equipos (concretamente, la impedancia característica: normalmente 600 Ω simétricos en ambos equipos, nivel de transmisión el que fije la compañía de telefonía y el nivel de recepción de esa señal en el otro extremo del cable, también fijado por la compañía).

Conectamos a continuación en las bornas de transmisión de un equipo PS-3 las bornas de recepción del SPM-3, los cables rojo y negro de la fotografía, asegurándonos que funcionan, antes de llevarlos a la instalación de telefonía donde vayamos a realizar las pruebas.

Estos equipos de medida concretamente, permiten generar y recibir frecuencias desde 300 Hz hasta 612 Khz y emitir o recibir con un nivel máximo de +20 dBm. Se configuran por medio de un mando giratorio en el caso de la frecuencia y por conmutadores para seleccionar el nivel de señal.

Los mandos a ajustar en el caso del generador PS-3, son los que aparecen remarcados en la fotografía:

Ficheros adicionales

• Desadaptación de impedancias y niveles de señal
• Mediciones en líneas de transmisión por cable
• Prácticas de medidas de nivel de señal en líneas telefónicas
• Medidor de nivel de señal de telefonía SPM-3
• Ajustes del generador de señal
• Equipo de medida para telefonía analógica
• Equipos de medida de telefonía
• PCR: terminales de conexión
• Descargador de gas