Apuntes de: Sistemas embebidos (2009)

Apuntes de: Sistemas embebidos (2009) Tema 3

(c) Benito Úbeda Miñarro; José Santa Lozano

ABSTRACT

Descripción de las técnicas de interconexión mas habituales. Medios de transmisión mas usados y sus características.

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TÉCNICAS DE INTERCONEXION

Contenidos

3.1. Conceptos de transmisión digital por línea en banda base.

3.2. Puertos serie normalizados: RS232, RS422, Infrarrojos, USB.

3.3. Buses de interconexión: RS485, CAN, Ethernet.

3.4. Transmisión por canales paso banda.

3.5. Introducción a la transmisión inalámbrica. Técnicas RFID

Universidad de Murcia

07BN.- SISTEMAS EMBEBIDOS Apuntes del profesor: Benito Úbeda; José Santa

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3.1. Conceptos de transmisión digital por línea en banda base.

3.1.1.- Introducción

Un sistema embebido normalmente no es un sistema aislado, sino que necesita

comunicarse con el entorno para obtener y enviar información. Lo habitual es que

dicho sistema se construya a partir de una placa base, donde se aloja el chip que

contiene la CPU, los chips de memoria y todos aquellos que realizan el resto de

tareas necesarias, los componentes electrónicos externos, etc. La interconexión entre

dicha placa y el exterior se lleva a cabo mediante conexionado por cable o por radio.

Es habitual el empleo de conectores físicos de diseño estándar en función del tipo de

conexión: DB9, IDC, PC104, etc.

En un sistema embebido, las necesidades de interconexión suelen ser múltiples.

Algunos ejemplos típicos son:

- Captura de información de sensores.

- Envío de información a los actuadores.

- Envío de información a los dispositivos de presentación.

- Interconexión dentro de una red.

- Etc.

En todos los casos se emplea información basada en señales eléctricas, en formato

analógico o digital y como en tantos otros aspectos es necesario una labor de

normalización y estandarización para poder universalizar el uso de dichos dispositivos.

Las señales eléctricas se propagan a través de los denominados Medios de

Transmisión a velocidades próximas a la velocidad de la luz. Habitualmente

empleamos propagación a través de cables metálicos, de fibras ópticas y

comunicaciones inalámbricas.

Las necesidades de interconexión son amplias y variadas. Así podemos hablar de

comunicaciones:

- A nivel de placa PCB: Se caracteriza por distancias de interconexión muy

cortas. Se emplean las denominadas pistas de cobre fabricadas sobre un

sustrato aislante como es la fibra de vidrio. Según la anchura de estas pistas, la

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longitud y la forma física se obtienen los parámetros eléctricos deseados. La

interconexión entre circuitos integrados alojados en la misma placa PCB, a

veces se lleva a cabo mediante protocolos específicos de transmisión serie, tal

es el caso del bus I2C o el bus SPI.

Figura 3.1.- Conexiones entre componentes electrónico realizadas mediante pistas de cobre

impresas en una placa de fibra de vidrio u otro material aislante.

- Interconexión de placas o módulos, dentro de un mismo dispositivo: Se

suelen emplear cables de corta distancia o también sistemas de interconexión

del tipo “back plane” bajo estándares tipo bus VME, PCI, etc. La comunicación

puede ser serie o paralelo.

Figura 3.2.- Conexionado del modulo sensor GNSS DG16 de Magellan Navigation

- Entre dispositivos a distancias cortas y medias: Se suele emplear cableado

con transmisión serie o paralelo. La transmisión inalámbrica también se ha



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convertido en una opción de primer nivel bajo cualquier estándar conocido,

DSRC, WiFi, RFID, Bluetooth,...

Figura 3.3.- Sistema de test y medida de un modulo electrónico de Tektronix

- Entre dispositivos a distancias largas: Se empelan comunicaciones bajo

formatos de transmisión serie. Las técnicas habitualmente empleadas para

compartir el medio de transmisión entre varios usuarios son: TDMA, FDMA,

CDMA . Esta técnica de acceso multiple son empleadas tanto en transmisión

por cables metálicos, por fibra óptica y por radio.

- Etc.

En el ámbito de la electrónica y las telecomunicaciones una interfaz (electrónica) es el

puerto (circuito físico) a través del que se envían o reciben señales desde un sistema

o subsistemas hacia o desde otros. No existe un interfaz universal, sino que existen

diferentes estándares (Interfaz USB, interfaz SCSI, etc.) que establecen

especificaciones técnicas concretas (características comunes), con lo que la

interconexión sólo es posible utilizando el mismo interfaz en origen y destino. En

materia de hardware encontramos términos que se refieren a las interfaces: puerto,

puerto de datos, bus, bus de datos, slot, slot de expansión.

En transmisión digital se establece una estructura de capas que van desde el nivel

físico hasta el nivel lógico de presentación.

En los sistemas embebidos mas sencillos es necesario tener un conocimiento

profundo del nivel físico y los primeros niveles lógicos.

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Figura 3.4.- Estructura de niveles o capas empleados en comunicaciones digitales

Todas las comunicaciones que se llevan a cabo entre dispositivos emplean señales

eléctricas que se propagan a través de los medios de transmisión. Todas las señales

son formas de onda que existen para cualquier instante de tiempo (Función

matemática continua en el tiempo), tanto las denominadas analógicas como las

digitales. Esto es, en cada instante de tiempo existe un valor finito de tensión o de

corriente en un determinado punto de medida. En el caso de la señales digitales, se

realiza la medida de la tensión en determinados instantes de tiempo y de acuerdo con

un criterio de decisión se estima si el valor medido se corresponde con un “1” o un “0”

para el caso binario.

Figura 3.5.- Señal digital banda base con ruido añadido

Las señales que contienen la información a transmitir presentan unos niveles de

tensión y de corriente y poseen un determinado espectro de frecuencias, denominado

banda base.

Figura 3.6.- Densidad espectral de potencia típica de una señal banda base con ancho de banda BW=2fc

(espectro bilateral)



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Recordemos que una señal digital es una secuencia de símbolos construidos

mediante pulsos de tensión discretos y discontinuos, donde cada pulso es un

elemento de la señal, conocido como símbolo. Los datos binarios se transmiten

codificando cada bit de datos o cada conjunto de N bits de datos en un símbolo

construido con una señal eléctrica. En el caso más sencillo, habrá una

correspondencia uno a uno entre los bits y dichos elementos.

A continuación se comentan algunos aspectos importantes relacionados con la

transmisión de señales.

Señal polar frente a bipolar.

Si los símbolos se construyen con señales que varían su tensión pero no cambia su

signo, hablamos de codificación unipolar. Ejemplo, TTL, donde el ‘1’ lógico se

representa por un pulso de 5V y el ‘0’ lógico se representa con un pulso de cero

voltios. Por el contrario, en una señal polar, un estado lógico se representará

mediante un nivel positivo de tensión (+V) y el otro, mediante un nivel negativo (-V).

Velocidad de transmisión en bits por segundo.

La medida del flujo de información la denominamos la velocidad de transmisión y

viene expresada en bits por segundo. También es conocida como Régimen binario,

Rb. En modo binario, éste depende de la duración o longitud del pulso que

representa un bit, Tb que y se define como:

€

Rb =1Tb

bps

Si empleamos codificación multinivel mediante un conjunto de N símbolos, donde

cada uno tiene una duración Ts segundos y representa L=log2(N) bits, entonces, el Rb

vendrá dado por:

€

Rb =1TbLog2(N) bps

Este es el método empleado para conseguir sistemas de transmisión con una alta

eficiencia espectral, es decir, máximo numero de bits transmitidos por unidad de ancho

de banda empleado en su transmisión.

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Transmisión síncrona versus transmisión asíncrona .

En el caso de la transmisión síncrona, se necesita una señal de reloj (CLK) que se

encarga de controlar que cada símbolo transmitido se haga en el instante exacto que

la señal de reloj lo indica. Se suele emplear la detección de los flancos de subida o

bajada de la señal CLK.

Este método es muy robusto, pero necesita un cable adicional o un circuito de

recuperación de reloj bastante complejo.

Ejemplos típicos usados en microcontroladores son el bus SPI y el I2C.

La transmisión asíncrona nos evita la transmisión de la señal de reloj, pero a cambio

de emplear relojes muy precisos y mecanismos de sincronización sofisticados. Es mas

eficiente en cuanto a la necesidad de ancho de banda pero no se consiguen grandes

tasas de transferencia de datos.

Casos típicos de comunicaciones asíncronas empleadas en sistemas embebidos son

el puerto RS232 y el RS485.

Codificación de línea.

Los códigos de línea fueron desarrollados para mejorar las prestaciones de los

sistemas de transmisión, en especial la necesidad de sincronización de relojes del

transmisor y receptor, la modificación del espectro de transmisión para evitar la

componente continua, mejorar la inmunidad al ruido, etc. El esquema de codificación

es simplemente la correspondencia que se establece entre los bits de los datos con

los elementos de señal.



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Figura 3.7.- Algunos tipos de codificadores de línea empleados: NRZ-L, NRZI, AMI bipolar,

pseudoternaria, Manchester, Manchester diferencial.

En la figura 3.7 se muestran de arriba hacia abajo algunos de lo códigos de línea mas

extendidos:

No retorno a cero (NRZ-L)

o 0 = nivel alto

o 1 = nivel bajo

No retorno a cero invertido (NRZI)

o 0 = no hay transición al comienzo del intervalo (un bit cada vez)

o 1 = transición al comienzo del intervalo

Bipolar – AMI

o 0 = no hay señal

o 1 = nivel positivo o negativo, alternadamente

Pseudoternaria

o 0 = nivel positivo o negativo, alternadamente

o 1 = no hay señal

Manchester

o 0 = transición de alto a bajo en mitad del intervalo

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o 1 = transición de bajo a alto en mitad del intervalo

Manchester diferencial

o Siempre hay una transición en mitad del intervalo

o 0 = transición al principio del intervalo

o 1 = no hay transición al principio del intervalo

B8ZS

o Igual que el Bipolar-AMI, excepto que cualquier cadena de ocho ceros

se reemplaza por una cadena que tiene dos violaciones al código.

HDB3

o Igual que el Bipolar-AMI, excepto que cualquier cadena de cuatro ceros

se reemplaza por una cadena que contiene una violación al código

3.1.2.- Medios de transmisión

Se entiende por medio de transmisión al soporte material o no material empleado

para conducir las señales electromagnéticas desde el transmisor al receptor. Por un

determinado medio se puede propagar la señal en su banda base (BB) o una versión

de ésta desplazada en frecuencia en torno a una frecuencia de portadora, fc. En este

caso se denomina transmisión por canales paso banda.

En un principio podemos hablar de sistemas de transmisión por línea y de sistemas

de transmisión inalámbricos. Los primeros emplean medios capaces de confinar la

energía electromagnética dentro de una determinada zona mediante el empleo de

conductores metálicos, cables, o mediante el empleo de materiales aislantes de

determinada constante dieléctrica, fibra óptica. Los segundos emplean el espacio libre,

que tiene una constante dieléctrica semejante a la del vacío, ε0. También hacen usos

de la capacidad que tiene las antenas para concentrar la energía electromagnética

radiada, directividad, como instrumento para propagar las señales electromagnéticas

en determinadas direcciones.

Dentro de modelo general de un sistema de comunicación, el módulo que engloba al

Medio de transmisión se sitúa entre el del transmisor y el del receptor. Aquí la señal

sufre diferentes degradaciones tales como: Atenuación, distorsión, dispersión, ruido,

interferencias, etc.



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En este tema, se va a describir algunos de los sistemas físicos empleados para

transportar las señales electromagnéticas con la información, caracterizándolos según

su comportamiento ante diversas anomalías que sufre la señal.

En una primera clasificación podemos hablar de :

Medios guiados: Cables metálicos y fibra óptica

Medios no guiados: Transmisión por radio.

A través de ambos se transmiten señales de naturaleza electromagnética con una

determinada potencia y un determinado espectro de frecuencias ocupado.

No todos los medios de transmisión presentan la misma respuesta en frecuencias,

aunque casi siempre semejante a la de un filtro paso bajo, es decir, a mayor

frecuencia, mayor atenuación sufrida por la señal.

A la hora de elegir qué medio de transmisión se emplea se deben tener en cuenta

diversos factores:

Ancho de banda o margen de frecuencias capaz de transmitir. A mayor ancho

de banda mayor velocidad de transmisión.

Atenuación: La atenuación limita la longitud máxima de las secciones de

repetición. En los cables suele venir expresada en dB/m, dB/100m o dB/Km.

Protección contra Interferencias. Las posibles interferencias de señales

externas dentro de la misma banda de frecuencias puede causar graves

efectos en la transmisión de nuestras señales. En entornos con gran nivel de

posibles señales interferentes será necesario el empleo de cables con buen

nivel de apantallamiento.

Dispersión: Cuando las distintas componentes de frecuencia que forman una

señal digital se propagan a diferentes velocidades, se produce el efecto de la

dispersión que provoca errores en el receptor.

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Figura 3.8.- Efecto de redondeo de los pulsos que llegan al receptor debido a la dispersión

Criterios técnicos y económicos. Por ejemplo, la fibra óptica es mas

económica que el cable coaxial y además permite mayor velocidad, pero los

interfaces electro-opticos son costoso, lo que hace que el cable coaxial sea la

opción elegida. Otro ejemplo es el caso de las comunicaciones por satélite o

móviles, donde solo es posible la transmisión por radio.

3.1.3.-Teoría básica de Líneas de Transmisión

En el diseño de circuitos digitales de alta velocidad es necesario aplicar la teoría de

líneas para poder simular y analizar el comportamiento de los circuitos.

El estudio del comportamiento de los medios de transmisión, desde un punto de vista

eléctrico se conoce como Teoría de LINEAS de TRANSMISIÓN.

Una línea de transmisión se forma mediante dos hilos metálicos por los que circula

una corriente eléctrica de I amperios, aportada por un generador. Dicha corriente se

pretende hacerla circular a través de una carga, de impedancia ZL situada al otro

extremo de la línea de transmisión. Para que la corriente retorne al generador se hace

necesario un segundo hilo conductor, formando así la una línea de transmisión

mediante un par de hilos conductores.



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Figura 3.9.- Conexión de generador a una carga a través de una línea de transmisión

Hasta aquí ningún problema si no es porque la corriente I(x) representa una señal

armónica de frecuencia, f, amplitud, |I(x)| y fase φ.

Cuando la longitud de la línea de transmisión es mucho menor que la longitud de onda

de la señal que se propaga, el problema de resolver la potencia disipada en la carga

se resuelve de manera muy simple, aplicando las ecuaciones básicas de teoría de

circuitos, tales como la Ley de Ohm, V=IR o la expresión de la potencia P=kVI.

Sin embargo cuando la longitud de la línea se hace comparable a la longitud de onda,

los resultados obtenidos por el procedimiento anterior ya no son válidos. Es necesario

emplear otro modelo para la línea de transmisión. Dicho modelo es el denominado

modelo de constantes distribuidas, frente al clásico de constantes concentradas.

Consiste en suponer la línea de transmisión compuesta por infinitas células de

constantes concentradas, que para el modelo de línea sin perdidas se trata de células

LC, tal como se muestra en la figura 3.10.

Vemos que el valor de las capacidades y de la inductancias viene expresado en

Faradios y Henrios por unidad de longitud. A estos valores se les denomina

constantes primarias.

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Figura 3.10.- Modelo de línea de transmisión sin perdidas.

Si la línea presenta perdidas, el modelo se complica añadiendo elementos resistivos

en serie con las inductancias y en paralelo con las capacidades.

Aún así este modelo de constantes primarias no es muy versátil para trabajar con el y

se recurre entonces a definir unas constantes secundarias mas adecuadas: La

Impedancia característica de la línea de transmisión ( Z0 ) y la constante de

propagación.

Que expresan valores relacionados con la capacidad para la transmisión de las

señales de un determinado cable: Reflexiones, atenuación y desfase. Estos valores,

en algunos casos dependen de la frecuencia.

Los efectos de las reflexiones en la transmisión de datos pueden hacer que se

incremente la tasa de errores y sea imposible su utilización. En la figura se muestra la

captura de una señal digital afectada por reflexiones.

Figura 3.11.- Señal degradada por múltiples reflexiones



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3.1.4.- Medios de Transmisión Guiados

Los sistemas de transmisión por línea emplean como medios de transmisión los

diferentes tipos de cables: Cable de pares, par trenzado, cable coaxial, fibra óptica,

etc.

En los medios de transmisión guiados, la capacidad de transmisión, tanto en ancho de

banda como en velocidad de transmisión, depende críticamente de la distancia así

como si el medio se emplea para transmisión punto a punto o punto-multipunto, caso

de una red de área local.

En la tabla 1 se muestran algunas de las características de estos medios para una

transmisión punto a punto.

Tipo de cable Velocidad de

transmisión tipica

Ancho de banda

tipico

Longitud sección de

repetición

Par trenzado 4 Mbps 3 MHz 2 a 10 Km

Cable coaxial 500 Mbps 350 MHz 1 a 10 Km

Fibra óptica 2 Gbps 2 GHz 10 a 100 Km

Tabla 1

Existen multitud de tipos de cables comerciales, la mayoría de ellos normalizados por

organismos dedicados a la estandarización, para aplicaciones especificas. Todos los

cables se basan en la inclusión de un único par de cobre o de múltiples pares para así

incrementar la capacidad.

Par Trenzado

Figura 3.12.- Aspecto de un cable de par trenzado.

Es un tipo de cable económico y quizá el más ampliamente utilizado en la actualidad

en redes de área local.

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Se trata de un par de hilos de cobre aislados trenzados formando una espiral con un

paso determinado. Su impedancia característica suele ser alta y en los empalmes se

producen desadaptaciones de impedancia lo que provoca reflexiones. No es apto para

propagar señales de muy alta frecuencia.

El motivo de trenzar los hilos es para aumentar su escasa inmunidad al las fuentes de

ruido externo y asimismo provocar menor señal interferente electromagnética, EMI.

Junto con el trenzado, se suele recurrir a configuraciones de tensión balanceadas para

aumentar la inmunidad a señales interferentes.

Figura 3.13.- Generador de seña balanceada como driver de línea

Es fácil de conectar y de bajo coste. En función del nivel de protección contra

interferencias, los cables de pares trenzados sin malla de protección, UTP, se

encuentran normalizados en 5 categorías, de las cuales, la mas empleada en la

actualidad en el cableado de redes de área local es el UTP-categoría 5.

Este acepta hasta 100 Mbps de velocidad binaria. Esta compuesto por 4 pares de

cobre trenzados, con una trenza cada centímetro.

A la velocidad de 16 Mbps posee una atenuación de 8.2 dB/100m mientras que a 100

Mbps posee una atenuación de 22dB/100m.

Cable Coaxial

Existe una amplia variedad de tipos de cable coaxial. En general es el medio con

mejores prestaciones desde el punto de vista de:



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• Atenuación • Facilidad de interconexión. • Protección frente a interferencias • Ancho de banda.

En la figura 3.14 se muestra la estructura típica de un cable coaxial.

Figura 3.14.- Estructura de un cable coaxial

Y en la figura 3.15 se muestra la apariencia de diferentes tipos de cables coaxiales

comerciales.

Figura 3.15.- Apariencia de diferentes cables coaxiales

Los parámetros mas importantes que definen un cable coaxial son su impedancia

característica, Z0 y su atenuación. La Z0 de un cable es una función de sus

dimensiones físicas y de la constante dieléctrica del material dieléctrico empleado en

su construcción.

€

Z0 =60εrLn b

a⎛

⎝ ⎜ ⎞

⎠ ⎟ Ohmios

En la figura 3.16 se muestra la sección de un cable coaxial con diámetro del conductor

interior 2a y diámetro del conductor exterior igual a 2b. El dieléctrico de que se

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encuentra relleno tiene una constante dieléctrica relativa εr , que en el caso típico del

teflón tiene un valor de 2.1

Figura 3.16.- Sección de un cable coaxial

Por otro lado, la atenuación que un cable introduce a la señal es función de la

conductividad de los metales con que está fabricado, de la calidad del dieléctrico y

también de sus dimensiones físicas y por tanto de su impedancia característica. Las perdidas debidas a los conductores vienen expresadas por

dB/m

donde

es la parte real de la impedancia superficial del conductor. Depende de la frecuencia y

de la conductividad del metal. Analizando estas expresiones vemos que las perdidas debidas a los conductores es

proporcional a la raíz cuadrada de la frecuencia, k .

Cables típicos muy usados son los siguientes:

Denominación Z0 Ω, Velocidad de Propagación

Atenuación dB/100m (10 MHz)

Atenuación dB/100m (100 MHz)

RG 58 U 50 0.66c 4.9 65 RG 174 U 50 0.66c 12.8 98.4 RG 218 U 50 0.66c 0.75 12 Tabla 2



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Línea de Fibra óptica

Por ser un medio de transmisión totalmente dieléctrico (aislante), la fibra óptica

presenta ciertas características cuando se compara con los medios de transmisión

convencionales, basados en conductores metálicos.

Las propiedades básicas de una fibra óptica son:

• bajas pérdidas.

• Gran ancho de banda

• diámetro pequeño.

• bajo peso

• radio de doblez pequeño (small bending radius)

• inmunidad contra perturbaciones electromagnéticas.

Esto hace que sea un medio de transmisión muy útil con características tales como:

• espaciamiento largo del repetidor

• amplia capacidad de transmisión

• simplicidad de instalación

A continuación realizamos una breve comparación entre los cables convencionales y

las fibras ópticas:

Atenuación.

Las fibras ópticas comparadas con los cables metálicos poseen unas atenuaciones

extremadamente bajas. Mientras en un cable multipar, calibre 0.4 mm, se pueden

presentar atenuaciones de 1.6 decibelios en un Km, hoy en día se han logrado fibras

ópticas con atenuaciones de 0.1 decibelios por kilómetro.

Capacidad de transmisión

La fibra óptica tiene una capacidad superior de transmisión comparada con los

sistemas de cables metálicos; en éstas se puede transmitir en el orden de los

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Gigabit/seg, mientras que en los cables de cobre se logra trasmitir solamente en los

Megabits/seg.

Interferencias electromagnéticas

Las fibras ópticas son inmunes a las interferencias originadas por otros sistemas

eléctricos. Una fibra óptica puede ser instalada en líneas de alta tensión y no sufrir

ninguna influencia de los campos electromagnéticos que éstas generan.

El cable metálico ante la presencia de un campo electromagnético introduce ruidos y

diafonías en la comunicación.

Reducción del peso y tamaño del cable

Un cable de 6 fibras ópticas puede tener un diámetro exterior de 8 a 10 mm y ofrecer

la misma capacidad de transmisión de información de 10 cables de 2.400 pares de

cobre.

En cuanto al peso del cable de fibra, se pueden obtener 300 kgr/Km, pudiéndose así

transportar varios kilómetros de cable en una misma bobina. No sucede lo mismo con

un cable metálico multipar, donde un solo metro de él puede pesar hasta 8 Kgs o más.

Materia prima

La materia prima fundamental empleada en la fabricación de la fibra óptica es el

Dióxido de silicio (SiO2), elemento muy abundante en la naturaleza pues forma una

cuarta parte de la corteza terrestre.

Seguridad

Puesto que las fibras ópticas no irradian energía electromagnética, la señal por ellas

transmitida no puede ser captada desde el exterior, por esto algunas aplicaciones

militares apoyan en esta propiedad para incrementar la seguridad de las

comunicaciones.

Coste

Sin embargo, el coste de circuitería necesaria para la conversión electro óptica sigue

siendo excesivamente alto, lo que reduce el empleo de las líneas de fibra a las

denominadas líneas troncales de alta capacidad.

En la figura 3.17 se muestra la estructura de una fibra óptica.



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Figura 3.17.- Aspecto de un cable de fibra óptica

La propagación guiada de las señales electromagnéticas a través del núcleo

dieléctrico que compone la fibra se lleva a cabo mediante un cuidado diseño de

parámetros tales como la constante dieléctrica y el diámetro del núcleo.

En la figura 3.18 se muestran los posibles perfiles de variación del índice de

refracción, empleados típicamente en las fibras comerciales: Salto de índice e índice

gradual

Figura 3.18.- Estructura de las fibras ópticas: Salto de índice e índice gradual. Multimodo y monomodo.

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En función del diámetro del núcleo se consigue que la energía electromagnética se

propague mediante una única posible configuración o modo de los campos eléctrico y

magnético (monomodo) o mediante varias posibles configuraciones, multimodo. Se

tienen por tanto, las denominadas fibras monomodo y fibras multimodo. Esto afecta

principalmente a la dispersión, mostrada en la figura 3.18 como un ensanchamiento de

los pulsos digitales introducidos a la entrada.

La propagación monomodo es la que emplea un diámetro de núcleo mas pequeño y

por tanto tecnológicamente mas difícil de conseguir. Es la menos dispersiva y en la

actualidad la que se prefiere por sus grandes ventajas, entre otras la gran longitud de

las secciones de regeneración.

La atenuación de la fibra varía, actualmente, entre 0.2 y 5 dB/km en el rango de

longitud de onda de 0.8-1.7 µm. Un factor principal causante de pérdida es la

absorción. En la figura 3.19 se muestra la típica curva de atenuación total.

Figura 3.19.- Curva de atenuación total en las fibras ópticas: Ventanas de utilización.

En la figura 3.20 se muestran las denominadas ventanas de frecuencia en que

trabajan los sistemas de comunicaciones por fibra óptica.



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Figura 3.20.- Ventanas de frecuencia empleadas en la transmisión por fibra óptica

Lo que encarece principalmente a los sistemas por fibra óptica son los interfaces

eléctrico-óptico y los óptico-eléctrico y la electrónica que conllevan.

Como fuentes de luz que se suelen emplear en los sistemas de transmisión

por fibra óptica tenemos: El diodo LED (“ Light emitting diode”) y el diodo laser, LD

(“Laser diode”). Ver figura 3.21.

Figura 3.21.- Estructura de los emisores de luz y los detectores de luz.

Los convertidores O/E (opto-eléctricos) adecuados son los fotodiodos PD ( Photo

diode) y los fotodiodos de avalancha, APD (Avalanche photo diode).

La figura 3.22 se muestra un típico dispositivo receptor de fibra óptica basado en un

fotodiodo.

Figura 3.22.- Receptor óptico. Configuración Básica

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3.2. Puertos serie normalizados: RS232, RS422, Infrarrojos,

USB.

El empleo de la transmisión digital banda base en serie es mas económica que la

transmisión paralelo, dado el ahorro en cables conductores con respecto a la

transmisión paralelo.

Hace años, la transmisión serie era sinónimo de baja velocidad aunque en la

actualidad esto ya no es así.

La conexión punto a punto unidireccional o bidireccional entre dos extremos es una de

las aplicaciones primeramente desarrollada. Este es el caso de la conexión entre un

ordenador y una impresora u otro dispositivo periférico.

Es necesario establecer un PROTOCOLO conocido en ambos extremos para poder

realizar la transmisión

En transmisión serie se distinguen dos tipos de formatos:

Transmisión síncrona

Transmisión asíncrona.

La primera requiere el envío de la señal de reloj pero consigue mas velocidad. Como

el reloj es el mismo para el transmisor como para el receptor no se requiere una alta

estabilidad de éste. La transmisión asíncrona en general es mas lenta pero es la mas

económica, tanto por el ahorro en cables como por lo que significa de receptores mas

sencillos y por tanto mas económicos.

Comunicaciones asíncronas.

No se requiere el envío de señal de reloj. Pero requiere que los osciladores del

transmisor y el receptor sean lo suficientemente estables.

El receptor detecta el cambio de un nivel de tensión o de corriente en un determinado

pin para darse por enterado de que se inicia un proceso de comunicación. El estándar

mas clásico de este tipo es el RS232.

Comunicaciones síncronas.

La idea fundamental se encuentra en que el reloj se envía junto con los datos

(utilizando una codificación adecuada) o en una línea dedicada. De esta forma no es



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necesario preocuparse por la sincronización o los desfases producidos al enviar una

gran cantidad de datos (esto es, no es necesario enviar señales de control, como en el

caso asícrono.

Protocolos de comunicación mas empleados.

BISYNC

Históricamente, el precursor delos protocolos asíncronos fue el Bisync (binary

synchronous). Estába orientado originalmente a enviar caracteres ASCII, aunque se

extendió, en posteriores versiones, para enviar caracteres binarios. Cuando no hay

nada que enviar se transmite, por defecto, el carácter ASCCII $16, que es el carácter

nulo (null) y permite mantener sincronizado al receptor con el emisor. Este código

utiliza técnicas de corrección de errores, incluyendo, algunas versiones, al final de

cada grupo de paquetes un “cheksum”. Otras versiones de Bisync utilizan códigos

correctores de error denominados “cyclic redundancy check (CRC)”, basándose en

técnicas de manipulación de polinomios. Este protocolo ha evolucionado para conectar

varios terminales remotos a un procesador, (multi-drop). Este protocolo tiene como

fundamental limitación que sólo se puede utilizar en transmisiones half-duplex.

SDLC

Otro protocolo, desarrollado por IBM fué el Synchromous Data Link control (SDLC) y

sus versiones ANSI (ADCCP) y CCITT (HDLC). La idea básica de funcionamiento es

que mientras no existe transmisión se envían “1” (Idle condition) o un byte de “flag”

($7E=%01111110). Este byte de flag termina un paquete y puede comenzar el

siguiente. Para evitar repetir esta estructura de “flag” los datos se modifican para que

no se transmitan más de 5 “1” seguidos, insertando un valor “0” si esto ocurre; esto es,

los datos “0010011111110” se envía como “00100111110110”, mientras que los datos

“0010011111010” se envía como “00100111110010”. El paquete consta de un byte de

dirección de estación, un byte de control.

Después se envián tantos bytes de datos como sean precisos y por último se envía un

byte de test (CRC). Por último se envía un byte de flag.

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Este protocolo se puede implementar en comunicaciones full-duplex, puede enviar

datos de longitud arbitraria y es una buena elección para enviar paquetes grandes con

alta velocidad de transferencia.

X.25

El protocolo X.25 es un protocolo de tres niveles establecido por el CCITT para

grandes volúmenes de datos. Los niveles físicos y de conexión se toman de una

versión del protocolo anterior (HDLC). Además especifica el nivel de red (network

level) como de conmutación de paquetes (packet switching). De esta forma se permite

que paquetes de un mensaje se envíen por la red por diferentes caminos, mejorando

la eficiencia de la red.

USB

Con el bus USB se pretende dar a todos los dispositivos que rodean al PC un medio

único de comunicarse con el ordenador. USB es el acrónimo de Universal Serial Bus,

o Bus Serie Universal para nosotros. USB es una conexión de tipo serie entre

dispositivos que pretende unificar todos los dispositivos conectados. Es decir, los

periféricos USB comparten un mismo canal de comunicación con el ordenador.

El mecanismo que se utiliza para conectar los dispositivos USB al PC es muy versátil.

El propio ordenador es el primero que tiene conectores USB, pues hasta él tiene que

llegar la información proveniente de los dispositivos. La flexibilidad reside en el hecho

de que los periféricos cuentan a su vez con conexiones USB hacia el exterior.

La primera ventaja de esta disposición es clara, ya que se reduce el número de cables

dentro del ordenador, pues las conexiones se reparten. Por otro lado, la gestión de los

dispositivos es más fácil para el sistema operativo, que no va a tener que preocuparse

de gestionar varias líneas de interrupción y de I/O (Entrada/Salida).

En cualquier caso, algunos componentes van a centralizar la mayor parte de las

conexiones. Los elegidos para esta función son el teclado, el monitor y por supuesto el

PC, que se unirán a los demás. Estos elementos se encargarán de terminar

adecuadamente la cadena USB, además de proporcionar conectores.

La interfaz USB es relativamente rápida. El ancho de banda teórico es de 12 Mbits por

segundo, que se comparte entre los dispositivos conectados al canal de comunicación.



27

También se contempla un modo de baja velocidad de 1,5 Mbits/s para periféricos

lentos como los ratones o joysticks.

El máximo de dispositivos es de 126 siempre teniendo en cuenta que tienen que

repartirse el ancho de banda de 12 Mbits/s. Además dispone de funciones de

autoconfiguración.

La transmisión de datos sobre las líneas USB se hace mediante codificación NRZI de

bits. Para ello se emplean voltajes de 5 voltios para la alimentación del bus,

utilizándose una lógica CMOS de 3,3 voltios; los conectores USB constan de 4 pins.

Con estas características eléctricas se pueden utilizar segmentos de cable de cinco

metros de longitud.

FireWire o IEEE 1394

El FireWire se dirige a los dispositivos de alta velocidad como cámaras de

vídeo, impresoras profesionales, etc. Si con USB se intenta hacer más flexible la

conexión de dispositivos al PC, el FireWire intenta ganar en velocidad. Con este nuevo

estándar se apunta más alto dentro de los sistemas de conectividad.

La principal característica de FireWire es su elevado ancho de banda de transmisión.

Este puerto de alta velocidad es capaz de ofrecer velocidades de 100, 200 y 400

Mbits/s. Por si esto fuera poco, se están investigando soluciones que podrían ofrecer

desde 1 a 8 Gbits/s en el futuro.

Pero FireWire, en principio tiene un ancho de banda de 200 Mbits/s. Si dentro de la

cadena de periféricos tenemos uno que sólo es capaz de funcionar a un máximo de

100 Mbps, y que requiere usar el bus el 60 por ciento del tiempo, entonces sólo

dispondremos de la teórica velocidad de 200 Mbps para los dispositivos que la

aguanten un 40 por ciento del tiempo.

Los principales beneficiados por la inclusión de FireWire, como opción de conectividad

para los ordenadores PC, van a ser los productos que operan con transmisiones de

datos síncronas como la imagen. De hecho, el desarrollo de este estándar viene

motivado por productos como cámaras digitales o los lectores de discos de vídeo

digital (DVD).

En cuanto al esquema de conexión de dispositivos es muy similar al de USB. Las

conexiones se reparten entre los periféricos conectados, reduciéndose la longitud de

28

los cables. Una tremenda ventaja del IEEE 1394 es que los dispositivos pueden

comunicarse entre ellos sin tener que mediar la CPU.

El conector que lleva las señales a través de este bus consta de seis cables. De ellos,

cuatro se usan para transmitir la señal y dos para llevar la alimentación eléctrica que

podrá variar entre 8 y 40 voltios con un máximo de 1,5 amperios de corriente. La

longitud máxima de cables que asegura un buen funcionamiento es de 4,5 metros,

aunque es posible aumentar estas distancias con cables de calidad.

Para mas información sobre otros protocolos (ver tutorial de comunicaciones

industriales)

3.3. Buses de interconexión: RS485, CAN, Ethernet.

La conexión tipo bus, donde uno emite y muchos reciben (maestro-esclavo) o todos

emiten y todos reciben (multimaestro) es muy usada cuando hay que interconectar

muchas entidades, por el significativo ahorro de cables de conexión, entre otras

razones.

Este tipo de estándares suelen tener en común que transmiten señales bipolares para

conseguir mayor inmunidad a las señales de ruido en modo común que se suman a

los conectores del cable empleado.

Para una misma tasa de errores consiguen mayor velocidad de transferencia o mayor

longitud física entre el transmisor y el receptor.

Figura 3.23.- Ejemplo de configuración del bus CAN, ampliamente empleado en el automóvil.



29

Existe numerosa información bibliográfica sobre todos estos estándares que se

recomienda consultar en caso de necesidad o curiosidad.

3.4. Transmisión por canales paso banda.

Mediante las técnicas de modulación se consigue trasladar el espectro de la señal

banda base a un determinado canal. Las razones de esto son principalmente:

Utilización simultanes de multiples usuarios de un determinado medio de

transmisión: cable, fibra o canal radio. Técnicas de acceso multiple (FDMA,

TDMA, CDMA, SDMA).

Criterios de propagación de las señales electromagnéticas en determinados

medios de transmisión según la banda de frecuencia usada.

Criterios de asignación de frecuencias a determinados servicios por parte de la

Unión Internacional de Telecomunicaciones.Gestión del espectro radioeléctrico.

La información de banda base que se desea enviar necesita ser transportada

mediante una señal de mayor frecuencia. A este proceso se le denomina

MODULACION, mientras que al proceso inverso se le denomina DEMODULACION.

Para realizar comunicaciones biireccionales, en cada exteremo habrá que colocar

tanto un modulador como un demodulador. Si además, estos se colocan dentro de un

mismo encapsulado, se le suele denominar MODEM.

Figura 3.24.- Traslación de frecuencia llevada a cabo en las comunicaciones inalámbricas. Ejemplo de un

proceso de modulación.

30

3.5. Introducción a la transmisión inalámbrica. Técnicas RFID

La transmisión por radio o “wireless” presenta como principal ventaja la movilidad

entre emisor y receptor y el no necesitar cables entre los extremos de conexión. Las

antenas son los dispositivos claves en la transmisión por radio ya que son las

encargadas de emitir y recibir las ondas electromagnéticas al medio de transmisión,

que en este caso es el aire o el vacío.

Figura 3.25.- Diagrama de bloques simplificado del proceso empleado en la transmisión radio.

Entre las principales características de las antenas podemos destacar:

Su ganancia por directividad. Es decir, su capacidad para concentrar la energía

electromagnética en determinadas direcciones del espacio. El diagrama de

radiación de una antena es esencial conocerlo para poder conseguir el enlace.

La ganancia se suele expresar en decibelios, dB, con respecto a la antena

isotrópica. Siendo ésta aquella que radia por igual en todas las direcciones.

Margen de frecuencia o ancho de banda.

Su forma física, que depende de la banda de frecuencias y de la ganancia. En

general el tamaño de las antenas disminuye a medida que la frecuencia de

trabajo es mas alta.

Otros parámetros son sus pérdidas de inserción, rendimiento, polarización, etc.

Como principal inconveniente de la transmisión inalámbrica se tiene la dificultad de

compartir el espectro electromagnético por diferentes servicios simultáneamente dado

que la ondas de radio se interfieren. La UIT-R es el organismo encargado de la

asignación del espectro.

Existen múltiples estándares y aplicaciones basadas en la transmisión inalámbrica.

Los mas conocidos son:



31

Redes de telefonía celular: GSM, GPRS, UMTS.

Comunicaciones por satélite.

Redes WIFI y WIMAX.

Sistemas GNSS, RFID, UWB, etc.

…

En la figura 3.25 se muestra el proceso seguido en la transmisión de una señal banda

base entre dos puntos separados R metros. En el caso habitual de comunicaciones

digitales, inicialmente la señal banda base se hace pasar por un coder encargado de

digitalizar y codificar digitalmente la información. A continuación se hace pasar por un

modulador encargado de trasladar el espectro al entorno de una señal de frecuencia

determinada.

El proceso de traslado al canal asignado se suele llevar en una etapa de conversión

IF/RF o en dos etapas de conversión. En este módulo se emplean técnicas de diseño

analógico especificas para altas frecuencias.

El desarrollo de sistemas transmisores transmisores de pequeñas dimensiones ha

permitido que las comunicaciones inalámbricas alcancen un nivel de penetración en el

mercado sin precedentes. Aplicaciones tales como redes de sensores, sistemas de

telecontrol y telemedida son ejemplos típicos.

El nacimiento de protocolos radio robustos y con gran capacidad de transmisión han

impulsado este tipo de comunicaciones.

3.5.1 RFID como tecnología de posicionamiento y seguimiento

Probablemente, los sistemas RFID, por su necesidad de miniaturización están mas

próximos a los sistemas embebidos que otros tipos de transmisiones inalámbricas.

En los últimos años, la identificación por radio frecuencia se ha convertido en una

aplicación que ayuda en la gestión de productos y materiales a lo largo del ciclo de

producción. Sin embargo, las aplicaciones en donde esta tecnología encuentra

aplicación van mucho más allá, pasando, por ejemplo, por el etiquetado de productos

en grandes almacenes, o el seguimiento de vehículos. RFID (Radio Frequency

32

Identification) permite la identificación desde una distancia prudencial, pero, a

diferencia del tradicional código de barras, realiza dicha función sin requerir una línea

de visión directa. Mediante un receptor/lector se pueden leer las etiquetas, las cuales

contienen un identificador único y pueden incorporar, además, información adicional,

como fabricante, tipo de producto, e incluso medir factores medioambientales como la

temperatura. El lector RFID puede leer multitud de etiquetas localizadas en el área de

cobertura, lo cual presenta una ventaja añadida frente a los tradicionales sistemas de

identificación de productos.

A pesar de que la tecnología RFID ha estado presente desde hace unos cincuenta

años atrás, la implementación masiva se ha llevado a cabo recientemente. La razón

principal ha sido el coste de producción. Puesto que el principal ámbito de uso de esta

tecnología se ha centrado en la identificación de productos, el coste de producción

debía competir con el coste del tradicional sistema de identificación, basado

principalmente en símbolos impresos en etiquetas situadas en los productos. Poco a

poco, el precio de la electrónica ha descendido y, si se considera una producción

masiva de dichas etiquetas RFID, el precio, a pesar de nunca llegar a ser tan bajo

como el de los sistemas de antaño, llegará a ser aceptable si se tiene en cuenta las

información adicional de la que se podría disponer.

3.5.2.- Principios de RFID

Los sistemas RFID están compuestos por dos partes bien diferenciadas: la etiqueta y

el lector. Una etiqueta RFID consiste en un microcontrolador, una antena y un material

que encapsula los dos primeros elementos. El lector se conecta con el sistema de

información encargado de la gestión. Esto puede observarse en la figura 3.26.

Figura 3.26.- Elementos de un sistema RFID

Tal y como se muestra en la figura 3.27, el lector inicia el proceso de identificación

generando un campo de radio frecuencia, produciendo una diferencia de voltaje en la



33

antena de la etiqueta gracias a un acoplamiento inductivo o capacitivo. La etiqueta

detecta este cambio y después de autenticar al lector, responde transmitiendo el

identificador que contiene.

Figura 3.27.- Funcionamiento de RFID. La antena del lector emite la energía necesaria para que la

etiqueta transmita su identificador

Las etiquetas RFID pueden ser activas o pasivas, dependiendo de si son

completamente alimentadas por el campo de radio frecuencia transmitido por el lector

o de si contienen una fuente de energía adicional. Cada tipo de sistemas tiene sus

propias ventajas; sin embargo, su aplicabilidad depende en gran medida de la

frecuencia a la que funcione. En la tabla 3 se resumen alguna de las principales

aplicaciones de RFID, dependiendo de la frecuencia usada.

Banda de Frecuencia Características Aplicaciones Típicas

Ultra High Frequency (UHF)

2.4-5.8 GHz

50-950 MHz

• Largo alcance

• Alta velocidad de

comunicación

• Necesidad de línea

de visión

• Tecnología cara

• Monitorización de

vehículos

• Sistemas de peaje

electrónico

• Identificación de

vehículos

High Frequency (HF)

10-15 MHz

• Alcance medio

• Tecnología no

demasiado cara

• Velocidad de

comunicación media

• Control de accesos

• Tarjetas inteligentes

• Etiquetado

34

Low Frequency (LF)

100-500 KHz

• Pequeño alcance

• Baja velocidad de

comunicación

• Tecnología barata

• Control de accesos

• Identificación de

animales

• Control de inventario

• Inmobilizador de

vehículos

• Automatización de

factorías

Tabla 3 Características y aplicaciones de RFID en las diferentes frecuencias

3.5.3. Sistemas RFID activos

Las etiquetas activas requieren una fuente de alimentación, ya sea una conexión a la

red eléctrica del producto al que identifica, o la integración de una batería añadida. Las

etiquetas activas alimentadas por batería interna tienen, por tanto, un tiempo de vida

determinado por la duración de la misma. Dicha duración se suele medir en

operaciones de lectura. Como ejemplo de una etiqueta activa tenemos la que puede ir

situada en el parabrisas de un vehículo, con tal de identificarlo.

Estas etiquetas pueden ser leídas desde una distancia considerable, que puede

exceder los cien metros. Además, presentan una comunicación fiable, aunque limitada

por su tiempo de vida, tal y como se ha dicho. La frecuencia de comunicación suele

estar entre los 2.45 GHz y los 5.8 GHz. La aplicabilidad de estos sistemas, puede

verse pues en la Tabla 2, fijándonos en los sistemas que funcionan a altas

frecuencias. Un ejemplo de su aspecto puede comprobare en la Fig. 3.29. Las

etiquetas completamente autocontenidas (como la de la figura) contienen en el propio

embase el microcontrolador y la antena, a la vez que la batería para su

funcionamiento. La de la figura 3.28 usa una batería de litio de buena calidad, lo que

alarga su vida útil hasta muchos años.

Figura 3.28.-Etiqueta RFID activa para le identificación de vehículos



35

3.5.4. Sistemas RFID pasivos

El problema de las etiquetas activas radica en el coste, tamaño y en el tiempo de vida.

Es por esto que las etiquetas pasivas presentan una mejor elección para ciertos

ámbitos, ya que no requieren de mantenimiento ni batería. Las etiquetas, al no requerir

de alimentación, tienen un tiempo de vida indefinido y presentan, además, un tamaño

ínfimo. El lector es responsable de alimentar y comunicarse con la etiqueta. La antena

captura la energía y la usa para devolver el identificador guardado en el interior. El

encapsulado mantiene la integridad de la etiqueta y protege a la antena y al chip de

las condiciones medioambientales. Dicho encapsulado puede ser un pequeño cristal o

una lámina de plástico adhesiva, tal y como se puede apreciar, respectivamente, en

las dos fotografías de la figura 3.29.

Ya que no requieren de una fuente alternativa de energía, las etiquetas RFID pasivas

continúan funcionando aunque su embase pueda estar dañado o estén en desuso. Sin

embargo, en circunstancias normales, éstas solamente pueden ser leídas desde unos

pocos centímetros, y los datos transmitidos contienen un alto ratio de errores.

Figura 3.29.- Etiquetas RFID pasivas. A la izquierda un encapsulado de crista de 1 cm, y a la derecha un

encapsulado de plástico adhesivo de 5x5 cm

Existen dos aproximaciones para la transmisión de energía desde el lector a la

etiqueta: inducción magnética y captura de ondas electromagnéticas. Ambos sistemas

pueden transferir suficiente energía como para permitir su funcionamiento, entre los 10

uW y 1 mW, dependiendo del modelo. Usando varias técnicas de modulación, estos

métodos permiten, además, la transmisión y recepción de datos. La frecuencia de

transmisión se encuentra principalmente entre los 10-15 MHz y 100-500 KHz.

Observando de nuevo la Tabla 3 se puede comprobar cómo la segunda y tercera fila

comprenden a los típicos sistemas basados en etiquetas pasivas.

3.5.5. Sistemas RFID pasivos de largo alcance

36

Como bien se ha expuesto en el apartado anterior, la frecuencia de transmisión en los

sistemas RFID pasivos es significativamente baja. Esto hace que, de forma inherente,

la velocidad transmisión sea poco elevada. Además, el hecho de no usar alimentación

propia hace que el rango de alcance sea poco elevado (en torno a los pocos metros a

lo sumo). Cómo método para solucionar estos inconvenientes, sin abandonar la

comodidad de los sistemas pasivos en cuanto al precio y al no uso de batería, existe

una tendencia en el mercado hacia el desarrollo de sistemas pasivos UHF RFID. Las

ventajas de estos sistemas frente a los típicos pasivos están en una mayor distancia

de funcionamiento, a la vez que se sigue prescindiendo de una alimentación autónoma

de las etiquetas y consiguiendo bajos costes de producción.

3.5.6. Cuestiones de rendimiento

La frecuencia a la que opera un sistema RFID tiene importantes implicaciones en su

rendimiento. Por ejemplo, un sistema de seguridad basado en RFID con tarjetas suele

operar entre los 125 y los 134 KHz, donde las distancias de lectura son pequeñas,

pero las señales de radio frecuencia no son absorbidas completamente por el agua. Si

consideramos este tipo de aplicaciones, el uso de bajas frecuencias es fundamental

para que las ondas consigan transmitirse a través del cuerpo humano, el cual está

compuesto principalmente por agua.

Los sistemas RFID de nueva generación, diseñados para supermercados, usan la

frecuencia de operación de 800 MHz (Europa) o 900 MHz (USA), ofreciendo un gran

alcance y mayores velocidades de transmisión, requeridas en ciertos casos, como por

ejemplo en la identificación de todos los artículos incluidos en un carro de compra. El

problema en este caso radica en que las señales son fácilmente absorbidas por el

agua, o no son capaces de atravesar las capas de metal que pueden utilizarse en

ciertos envases de productos. Consecuentemente, el hecho de que exista una botella

de agua en un carro de compra puede evitar que la identificación de todos los

productos no sea precisa.

Como en muchos ámbitos en la tecnología, el uso de un determinado tipo de

transmisión dependerá del ámbito de aplicación sobre el que se quiera implantar el

sistema RFID.

3.5.7. Incorporación de sensorización a RFID

Uno de los aspectos más intrigantes de las nuevas etiquetas RFID consiste en la

inclusión de información que, fuera de estar almacenada de forma estática, como el

típico identificador, se genere dinámicamente a través de sensores incluidos en el

encapsulado. Algunas versiones comerciales de RFID pueden ya asegurar que ciertos



37

parámetros críticos del entorno no han sido excedidos. Por ejemplo, si el personal de

descarga de una industria deja un paquete en el suelo, el impacto puede dañar el

producto. Un sensor de presión puede proporcionar un simple bit de información que

puede ser devuelto junto con el identificador, alertando del problema al sistema de

gestión.

Otra aplicación de la sensorización en RFID es la que se encuentra en relación a la

logística en productos de alimentación. Normalmente, productos como la carne, fruta,

y preparaciones diarias no pueden exceder una temperatura crítica durante el

transporte, con tal de que el consumidor no se vea afectado. Existen productos

comerciales que incluyen, junto con la tecnología RFID, un sensor de temperatura que

podría asegurar que se mantienen bajo un rango de temperatura.

También se han desarrollados sistemas de detección de apertura de los embases

usados en determinados productos. De esta forma, mediante un sensor magnético o

un cable conectado directamente en la tapadera de un producto, el chip RFID puede

informar de si éste ha sido abierto.

3.5.8. Regulación y estandarización

En cuanto al uso de frecuencias en RFID, no existe ningún cuerpo mundial que se

encargue de regularlas. En principio, cada país es responsable de establecer sus

propias reglas en este ámbito. Los sistemas LF (Low Frequency) y HF (High

Frequency) pueden ser usados globalmente sin ninguna licencia. Lo sistemas UHF

(Ultra High Frecuency) no pueden ser usados globalmente puesto que no existe un

estándar mundial. En Norte América, UHF puede ser usado sin licencia en la banda de

los 902-928 MHz, pero existen restricciones en cuanto a la potencia de transmisión.

En Europa, RFID y otras aplicaciones radio de baja potencia están reguladas por las

recomendaciones ETSI EN 300 220 y EN 302 208, y por las recomendaciones ERO

70 03. Éstas permiten el funcionamiento RFID en la banda 865-868 MHz. En China y

Japón no existe una regulación para el uso de UHF. Cada aplicación de UHF en estos

países necesita una licencia especial. Para Australia y Nueva Zelanda la banda 918-

926 MHz está disponible, pero existen restricciones en cuanto a la potencia de

transmisión.

Algunos estándares que han sido realizados en cuanto a la tecnología RFID son los

siguientes:

ISO 11784, 11785 y 14223/1. Éstos regulan la identificación de animales por radio

frecuencia.

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ISO 14443. Es un estándar popular para la banda HF. En algunos países se está

concibiendo la idea de que sea usado para la inclusión de tecnología RFID en los

pasaportes.

ISO 15693. También conocido por transmisión en HF, para tarjetas de pago sin

contactos y tarjetas de crédito.

ISO 18000. Aglutina reglamentación para gran cantidad de frecuencias y

estructuras de datos para RFID en general.

EPCglobal. Presenta un framework de estandarización que contempla gran

cantidad de las consideraciones hechas por ISO y otras organizaciones. Los

grandes distribuidores de mercancías y clientes gubernamentales apuestan por él.

3.5.9. Implicaciones asociadas a la privacidad

Quizá una de las repercusiones más importantes de la tecnología RFID hoy está

relacionada con el uso de grandes sistemas de información conectados a Internet: los

identificadores obtenidos desde las etiquetas pueden ser usados para pedir o

actualizar bases de datos que mantengan información sobre objetos o, lo que es más

polémico, de personas.

Por ejemplo, dando el código electrónico de un producto obtenido de un

supermercado, un sistema global podría localizar y obtener información sobre dicho

elemento, de forma similar a como un DNS podría traducir nombres de dominio en

direcciones IP. Esta información estaría relacionada con el elemento identificado en

particular, y no solamente se extraería el tipo de producto, tal y como se daba con los

sistemas basado en códigos de barras.

Usualmente, después de que una tecnología ha sido implantada, los usuarios se dan

cuenta de que su intimidad puede estar comprometida. Por ejemplo, en los sistemas

electrónicos de peaje se han llegado a usar etiquetas activas que, además de servir

para el cobro de tasas en autopistas, también pueden usarse para registrar la

velocidad, útil para la gestión del tráfico y, sin embargo, cuestionable desde el punto

de vista de la privacidad del conductor, ya que la localización de los conductores

queda registrada.

Otro problema inherente de la tecnología RFID la podemos encontrar en el hecho de

que el usuario no es consciente de cuándo la comunicación se lleva a cabo.

Simplemente cabe considerar un caso en donde una tienda de ropa etiqueta los

productos con tarjetas RFID. Si bien desde el punto de vista de la tienda esto mejora

la gestión del stock, si tenemos en cuenta que la tienda puede fallar en la eliminación



39

o desactivación de la etiqueta, sería factible un seguimiento de los clientes cada vez

que vistiesen la prenda en cuestión, o incluso otras. Las tiendas podrían utilizar dicha

información para recopilar gustos o información sobre la asiduidad a determinados

lugares de compra.

A pesar de que escenarios como el anterior pueden no ser recomendados, también es

verdad que estas situaciones pueden ser convertidas en buenas prácticas. Podría

considerarse, por ejemplo, que la etiqueta que no fue desactivada en el lugar de

compra pudiese usarse en una lavadora inteligente para ajustar los parámetros de

lavado atendiendo a los tejidos en cuestión, por ejemplo.

3.5.10.- Retos de la tecnología RFID

Existen cuatro problemas fundamentales por los que el despliegue definitivo de la

tecnología RFID se ha visto frenado. El primero de ellos es el coste. Aunque las

etiquetas RFID pueden estar disponibles por unos pocos céntimos cada una (en el

caso de las pasivas), esto todavía es mucho más caro que las etiquetas impresas.

Obviamente, conforme el despliegue de la tecnología sea mayor, los precios bajarán,

pero para determinados productos, no valdrá la pena el etiquetado RFID.

Otra cuestión importante es el diseño. Es importante el desarrollo de etiquetas y

lectores que permitan una identificación eficiente. Las soluciones deberían tener

presente todas las orientaciones, empaquetado, y métodos de lectura usados en los

sistemas de compra o seguimiento. Un diseño de antena mejorado puede mejorar el

rendimiento ante tales posibilidades. Los lectores pueden, además, ser diseñados

para multiplexar sus señales a través de varios módulos de antena montados en

orientaciones ortogonales, o coordinando varios lectores.

La aceptación que obtiene RFID se ve también como otro elemento que frena su

despliegue. La presión mediática, como en muchas ocasiones, ha hecho eco de los

problemas de privacidad que conlleva RFID. Sin embargo, a pesar de no dejar de ser

cierto, también es verdad que un control racional de los sistemas desarrollados no

tiene por qué conllevar a problemas éticos.

Como último reto en RFID tenemos el problema de superar la existencia de múltiples

estándares. Multitud de frecuencias y estándares han sido usados en soluciones

RFID, como el popular ISO 14443, operando a 13.56 MHz; el EPCglobal, con

etiquetas de 96 bits y que funciona a 915 MHz; y otros. En un mundo ideal, la industria

adoptaría un solo estándar; sin embargo, existen compromisos de coste, restricciones

de uso de determinadas frecuencias, y políticas que se decantan ante determinadas

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características. Por ejemplo, mientras que WalMart (uno de los comercios más

extendidos en USA) considera la adopción del estándar EPCglobal, Nokia usa ISO

14443 en un teléfono de última generación (con este último sistema se pueden realizar

compras usando como pago el teléfono móvil). Una solución al problema de

estandarización podría ser el diseño de lectores capaces de operar con múltiples

estándares.

Apuntes de: Sistemas embebidos (2009)

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