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La transmisión por microondas es la transmisión de información por ondas de radio de microondas . Aunque en 1931 se demostró un enlace experimental de telecomunicaciones por microondas de 64 km (40 millas) a través del Canal de la Mancha, el desarrollo del radar en la Segunda Guerra Mundial proporcionó la tecnología para la explotación práctica de la comunicación por microondas. En la década de 1950, se construyeron en Europa y América grandes redes de retransmisión de microondas transcontinentales , que consisten en cadenas de estaciones repetidoras unidas por haces de microondas en la línea de visión, para retransmitir el tráfico telefónico de larga distancia y programas de televisión entre ciudades. Satelites de comunicacionque transfirió datos entre estaciones terrestres por microondas se hizo cargo de gran parte del tráfico de larga distancia en la década de 1960. En los últimos años, ha habido un aumento explosivo en el uso del espectro de microondas por las nuevas tecnologías de telecomunicaciones, como las redes inalámbricas y los satélites de transmisión directa que transmiten televisión y radio directamente a los hogares de los consumidores.
Usos [ editar ]
Las microondas se utilizan ampliamente para comunicaciones punto a punto porque su pequeña longitud de onda permite que las antenas de tamaño conveniente las dirijan en haces estrechos, que pueden apuntar directamente a la antena receptora. Esto permite que los equipos de microondas cercanos utilicen las mismas frecuencias sin interferir entre sí, como lo hacen las ondas de radio de baja frecuencia. Esta reutilización de frecuencias conserva el escaso ancho de banda del espectro radioeléctrico. Otra ventaja es que la alta frecuencia de las microondas le da a la banda de microondas una gran capacidad de transporte de información; La banda de microondas tiene un ancho de banda 30 veces mayor que el resto del espectro de radio.Por debajo de eso. Una desventaja es que las microondas se limitan a la propagación en la línea de visión ; no pueden pasar alrededor de colinas o montañas como lo hacen las ondas de radio de baja frecuencia.
La transmisión de radio por microondas se usa comúnmente en sistemas de comunicación punto a punto en la superficie de la Tierra, en comunicaciones por satélite y en comunicaciones por radio en el espacio profundo . Otras partes de la banda de radio de microondas se utilizan para radares , sistemas de radionavegación , sistemas de sensores y radioastronomía .
La siguiente banda de frecuencia más alta del espectro de radio , entre 30 GHz y 300 GHz, se denomina " ondas milimétricas " porque sus longitudes de onda oscilan entre 10 mm y 1 mm. Las ondas de radio en esta banda son fuertemente atenuadas por los gases de la atmósfera . Esto limita su distancia de transmisión práctica a unos pocos kilómetros, por lo que estas frecuencias no se pueden utilizar para comunicaciones de larga distancia. Las tecnologías electrónicas necesarias en la banda de ondas milimétricas también se encuentran en un estado de desarrollo anterior que las de la banda de microondas.
- Transmisión inalámbrica de información
- Telecomunicaciones unidireccionales (por ejemplo, y bidireccionales utilizando comunicaciones por satélite
- Enlaces de retransmisión de microondas terrestres en redes de telecomunicaciones, incluidos los operadores de red troncal o backhaul en redes celulares
Más recientemente, se han utilizado microondas para la transmisión inalámbrica de energía .
Relé de radio de microondas [ editar ]
El relé de radio de microondas es una tecnología ampliamente utilizada en las décadas de 1950 y 1960 para transmitir información, como llamadas telefónicas de larga distancia y programas de televisión entre dos puntos terrestres en un haz estrecho de microondas. En el relé de radio de microondas, un transmisor de microondas y una antena direccional transmite un haz estrecho de microondas que transporta muchos canales de información en una trayectoria de línea de visión a otra estación de retransmisión donde es recibida por una antena direccional.y receptor, formando una conexión de radio fija entre los dos puntos. El enlace era a menudo bidireccional, utilizando un transmisor y un receptor en cada extremo para transmitir datos en ambas direcciones. El requisito de una línea de visión limita la separación entre las estaciones al horizonte visual, alrededor de 30 a 50 millas (48 a 80 km). Para distancias más largas, la estación receptora podría funcionar como un relé, retransmitiendo la información recibida a otra estación a lo largo de su viaje. Se utilizaron cadenas de estaciones repetidoras de microondas para transmitir señales de telecomunicaciones a distancias transcontinentales. Las estaciones repetidoras de microondas a menudo se ubicaban en edificios altos y cimas de montañas, con sus antenas en torres para obtener el máximo alcance.
A partir de la década de 1950, las redes de enlaces de retransmisión de microondas, como el sistema AT&T Long Lines en los EE. UU., Transmitían llamadas telefónicas de larga distancia y programas de televisión entre ciudades. [1] El primer sistema, denominado TD-2 y construido por AT&T, conectó Nueva York y Boston en 1947 con una serie de ocho estaciones de relevo de radio. [1] Estos incluían series largas encadenadas en cadena de tales enlaces que atravesaban cadenas montañosas y se extendían por continentes. El lanzamiento de satélites de comunicación en la década de 1970 proporcionó un costo más económico. Gran parte del tráfico transcontinental ahora se realiza mediante satélites y fibras ópticas , pero la retransmisión de microondas sigue siendo importante para distancias más cortas.
Planificación [ editar ]
Debido a que las ondas de radio viajan en haces estrechos confinados a una trayectoria de línea de visión de una antena a la otra, no interfieren con otros equipos de microondas, por lo que los enlaces de microondas cercanos pueden usar las mismas frecuencias. Las antenas deben ser altamente direccionales (alta ganancia ); estas antenas se instalan en lugares elevados, como grandes torres de radio, para poder transmitir a largas distancias. Los tipos típicos de antenas que se utilizan en las instalaciones de radioenlaces son las antenas parabólicas , las lentes dieléctricas y las antenas reflectoras de bocina , que tienen un diámetro de hasta 4 metros. Las antenas altamente directivas permiten un uso económico del espectro de frecuencia disponible, a pesar de las largas distancias de transmisión.
Debido a las altas frecuencias utilizadas, se requiere una ruta de visibilidad directa entre las estaciones. Además, para evitar la atenuación del haz, un área alrededor del haz llamada primera zona de Fresnel debe estar libre de obstáculos. Los obstáculos en el campo de la señal provocan una atenuación no deseada . Las posiciones de picos o crestas de alta montaña suelen ser ideales.
Los obstáculos, la curvatura de la Tierra, la geografía del área y los problemas de recepción que surgen del uso de la tierra cercana (como en la industria y la silvicultura ) son cuestiones importantes a considerar al planificar enlaces de radio. En el proceso de planificación, es esencial que se produzcan "perfiles de ruta", que proporcionen información sobre el terreno y las zonas de Fresnel que afectan la ruta de transmisión. La presencia de una superficie de agua, como un lago o río, a lo largo del camino también debe tenerse en cuenta, ya que puede reflejar el haz, y el haz directo y reflejado puede interferir en la antena receptora, provocando multitrayectos.desvanecimiento. Los desvanecimientos de trayectos múltiples suelen ser profundos solo en un punto pequeño y una banda de frecuencia estrecha, por lo que se pueden aplicar esquemas de diversidad de espacio y / o frecuencia para mitigar estos efectos.
Los efectos de la estratificación atmosférica hacen que la trayectoria de radio se doble hacia abajo en una situación típica, por lo que es posible una distancia mayor a medida que la curvatura equivalente terrestre aumenta de 6370 km a aproximadamente 8500 km (un efecto de radio equivalente de 4/3). Eventos raros de temperatura, humedad y perfil de presión versus altura, pueden producir grandes desviaciones y distorsiones de la propagación y afectar la calidad de la transmisión. La lluvia y la nieve de alta intensidad que hacen que la lluvia se desvanezca también deben considerarse como un factor de degradación, especialmente en frecuencias superiores a 10 GHz. Todos los factores anteriores, conocidos colectivamente como pérdida de ruta, hacen necesario calcular márgenes de potencia adecuados, para mantener el enlace operativo durante un alto porcentaje de tiempo, como el estándar 99,99% o 99,999% utilizado en los servicios 'carrier class' de la mayoría de los operadores de telecomunicaciones.
El relé de radio de microondas más largo conocido hasta la fecha cruza el Mar Rojo con un salto de 360 km (200 millas) entre Jebel Erba (2170 m snm, 20 ° 44′46.17 ″ N 36 ° 50′24.65 ″ E / 20.7461583 ° N 36.8401806 ° E / 20.7461583; 36.8401806 , Sudán) y Jebel Dakka ( 2572 m snm, 21 ° 5′36.89 ″ N 40 ° 17′29.80 ″ E , Arabia Saudita). El enlace fue construido en 1979 por Telettra para transmitir 300 canales telefónicos y una señal de TV, en la banda de frecuencia de 2 GHz. (La distancia de salto es la distancia entre dos estaciones de microondas). [2] / 21.0935806 ° N 40.2916111 ° E / 21.0935806; 40.2916111
Las consideraciones anteriores representan problemas típicos que caracterizan los enlaces de radio terrestres que utilizan microondas para las llamadas redes troncales: hasta la década de 1990 se utilizaron en gran medida longitudes de salto de unas pocas decenas de kilómetros (normalmente de 10 a 60 km). Las bandas de frecuencia por debajo de 10 GHz y, sobre todo, la información a transmitir, eran un flujo que contenía un bloque de capacidad fijo. El objetivo era proporcionar la disponibilidad solicitada para todo el bloque ( jerarquía digital plesiócrona , PDH, o jerarquía digital síncrona , SDH). La arquitectura de diversidad tuvo que contrarrestar el desvanecimiento y / o el multitrayecto que afectaba al enlace durante un breve período de tiempo durante el día. Durante la década de 1990, los enlaces de radio por microondas comenzaron a utilizarse ampliamente para enlaces urbanos en la red celular.. Los requisitos con respecto a la distancia del enlace cambiaron a saltos más cortos (menos de 10 km, típicamente de 3 a 5 km), y la frecuencia aumentó a bandas entre 11 y 43 GHz y, más recientemente, hasta 86 GHz (banda E). Además, la planificación de enlaces trata más con lluvias intensas y menos con trayectos múltiples, por lo que los esquemas de diversidad se volvieron menos utilizados. Otro gran cambio que ocurrió durante la última década fue una evolución hacia la transmisión de radio por paquetes . Por lo tanto, se han adoptado nuevas contramedidas, como la modulación adaptativa .
La potencia emitida está regulada para sistemas celulares y de microondas. Estas transmisiones de microondas utilizan una potencia emitida típicamente de 0,03 a 0,30 W, irradiada por una antena parabólica en un haz estrecho que diverge unos pocos grados (1 a 3-4). La disposición de los canales de microondas está regulada por la Unión Internacional de Telecomunicaciones ( UIT-R ) y las regulaciones locales ( ETSI , FCC ). En la última década, el espectro dedicado para cada banda de microondas se ha vuelto extremadamente concurrido, lo que motivó el uso de técnicas para aumentar la capacidad de transmisión, como la reutilización de frecuencias, multiplexación por división de polarización , XPIC , MIMO .
Historia [ editar ]
La historia de la comunicación por relevo de radio comenzó en 1898 a partir de la publicación de Johann Mattausch en la revista austriaca Zeitschrift für Electrotechnik. [3] [4] Pero su propuesta era primitiva y no apta para un uso práctico. Los primeros experimentos con estaciones repetidoras de radio para transmitir señales de radio fueron realizados en 1899 por Emile Guarini-Foresio. [3] Sin embargo, las ondas de radio de baja y media frecuencia utilizadas durante los primeros 40 años de radio demostraron ser capaces de viajar largas distancias mediante ondas terrestres y ondas celestes.propagación. La necesidad de un relé de radio no comenzó realmente hasta la década de 1940 con la explotación de las microondas , que viajaban por la línea de visión y, por lo tanto, estaban limitadas a una distancia de propagación de aproximadamente 40 millas (64 km) por el horizonte visual.
En 1931, un consorcio anglo-francés encabezado por Andre C. Clavier demostró un enlace de retransmisión de microondas experimental a través del Canal de la Mancha utilizando platos de 10 pies (3 m). [5] Los datos de telefonía, telégrafo y facsímil se transmitieron a través de haces bidireccionales de 1,7 GHz a 40 millas (64 km) entre Dover , Reino Unido y Calais , Francia. La potencia irradiada, producida por un tubo Barkhausen-Kurz en miniatura ubicado en el foco del plato, fue de medio vatio. Un enlace de microondas militar de 1933 entre los aeropuertos de St. Inglevert, Francia y Lympne, Reino Unido, a una distancia de 56 km (35 millas), fue seguido en 1935 por un enlace de telecomunicaciones de 300 MHz, el primer sistema de retransmisión de microondas comercial. [6]
El desarrollo del radar durante la Segunda Guerra Mundial proporcionó gran parte de la tecnología de microondas que hizo posibles los enlaces prácticos de comunicación de microondas, en particular el oscilador klystron y las técnicas de diseño de antenas parabólicas. Aunque no se conoce comúnmente, el ejército estadounidense utilizó comunicaciones por microondas tanto portátiles como de estación fija en el Teatro Europeo durante la Segunda Guerra Mundial.
Después de la guerra, las compañías telefónicas utilizaron esta tecnología para construir grandes redes de retransmisión de radio por microondas para realizar llamadas telefónicas de larga distancia. Durante la década de 1950, una unidad del operador de telefonía de EE. UU., AT&T Long Lines , construyó un sistema transcontinental de enlaces de retransmisión de microondas en los EE. UU. Que creció para transportar la mayor parte del tráfico telefónico de larga distancia de EE. UU. , Así como las señales de las redes de televisión . [7]La principal motivación en 1946 para usar radio microondas en lugar de cable fue que se podía instalar una gran capacidad rápidamente y a menor costo. En ese momento se esperaba que los costos operativos anuales de la radio de microondas fueran mayores que los del cable. Hubo dos razones principales por las que se tuvo que introducir repentinamente una gran capacidad: la demanda reprimida del servicio telefónico de larga distancia, debido a la pausa durante los años de guerra, y el nuevo medio de televisión, que necesitaba más ancho de banda que la radio. El prototipo se llamó TDX y se probó con una conexión entre la ciudad de Nueva York y Murray Hill, la ubicación de Bell Laboratories en 1946. El sistema TDX se instaló entre Nueva York y Boston en 1947. El TDX se actualizó al sistema TD2, que utilizó [el tubo Morton, 416B y posterior 416C, fabricado por Western Electric] en los transmisores,y luego a TD3 que usóelectrónica de estado sólido .
Fueron notables los enlaces de retransmisión de microondas a Berlín Occidental durante la Guerra Fría , que tuvieron que ser construidos y operados debido a la gran distancia entre Alemania Occidental y Berlín en el límite de la viabilidad técnica. Además de la red telefónica, también enlaces de retransmisión de microondas para la distribución de transmisiones de radio y televisión. Esto incluyó conexiones desde los estudios a los sistemas de transmisión distribuidos por todo el país, así como entre las estaciones de radio, por ejemplo, para el intercambio de programas.
Los sistemas de retransmisión de microondas militares continuaron utilizándose en la década de 1960, cuando muchos de estos sistemas fueron reemplazados por sistemas de satélite de comunicación o dispersión troposférica . Cuando se formó el brazo militar de la OTAN , gran parte de este equipo existente se transfirió a grupos de comunicaciones. Los sistemas de comunicaciones típicos utilizados por la OTAN durante ese período consistían en tecnologías que habían sido desarrolladas para su uso por las entidades portadoras de telefonía en los países anfitriones. Un ejemplo de EE. UU. Es el sistema de relé de microondas RCA CW-20A de 1–2 GHz que utilizaba un cable UHF flexible en lugar de una guía de ondas rígida.requerido por los sistemas de frecuencia más alta, lo que lo hace ideal para aplicaciones tácticas. La instalación típica de relé de microondas o camioneta portátil tenía dos sistemas de radio (más respaldo) que conectaban dos sitios de línea de visión . Estas radios a menudo transportan 24 canales telefónicos por división de frecuencia multiplexados en la portadora de microondas (es decir, Lenkurt 33C FDM). En su lugar, cualquier canal podría designarse para transportar hasta 18 comunicaciones de teletipo . También se estaban utilizando sistemas similares de Alemania y otros países miembros.
Las redes de retransmisión de microondas de larga distancia se construyeron en muchos países hasta la década de 1980, cuando la tecnología perdió su parte de operación fija debido a tecnologías más nuevas, como el cable de fibra óptica y los satélites de comunicación , que ofrecen un menor costo por bit.
Durante la Guerra Fría, las agencias de inteligencia estadounidenses, como la Agencia de Seguridad Nacional (NSA), supuestamente pudieron interceptar el tráfico de microondas soviético utilizando satélites como Rhyolite . [8] Gran parte del haz de un enlace de microondas pasa por la antena receptora y se irradia hacia el horizonte, hacia el espacio. Al colocar un satélite geosincrónico en la trayectoria del haz, se puede recibir el haz de microondas.
En el cambio de siglo, los sistemas de relevadores de radio por microondas se utilizan cada vez más en aplicaciones de radio portátiles. La tecnología es particularmente adecuada para esta aplicación debido a los menores costos operativos, una infraestructura más eficiente y la provisión de acceso directo al hardware al operador de radio portátil.
Enlace de microondas [ editar ]
Un enlace de microondas es un sistema de comunicaciones que utiliza un haz de ondas de radio en el rango de frecuencia de microondas para transmitir video , audio o datos entre dos ubicaciones, que pueden estar desde unos pocos pies o metros hasta varias millas o kilómetros de distancia. Las emisoras de televisión suelen utilizar enlaces de microondas para transmitir programas a través de un país, por ejemplo, o desde una transmisión externa a un estudio.
Las unidades móviles se pueden montar en la cámara, lo que permite a las cámaras la libertad de moverse sin arrastrar cables. Estos se ven a menudo en las líneas de banda de los campos deportivos en los sistemas Steadicam .
Propiedades de los enlaces de microondas [ editar ]
- Involucrar tecnología de comunicación de línea de visión (LOS)
- Afectado en gran medida por las limitaciones ambientales, incluida la atenuación por lluvia
- Tienen capacidades de penetración muy limitadas a través de obstáculos como colinas, edificios y árboles.
- Sensible al alto recuento de polen [ cita requerida ]
- Las señales pueden degradarse durante los eventos de protones solares [9]
Usos de enlaces de microondas [ editar ]
- En comunicaciones entre satélites y estaciones base
- Como portadores de la columna vertebral para sistemas celulares
- En comunicaciones interiores de corto alcance
- Vinculación de centrales telefónicas remotas y regionales a centrales (principales) más grandes sin necesidad de líneas de cobre / fibra óptica
- Medir la intensidad de la lluvia entre dos ubicaciones
Troposcatter [ editar ]
Los enlaces de retransmisión de microondas terrestres tienen una distancia limitada al horizonte visual , unas pocas decenas de millas o kilómetros, dependiendo de la altura de la torre. La dispersión troposférica (" dispersión troposférica " o "dispersión") fue una tecnología desarrollada en la década de 1950 para permitir enlaces de comunicación por microondas más allá del horizonte, en un rango de varios cientos de kilómetros. El transmisor irradia un haz de microondas hacia el cielo, en un ángulo poco profundo sobre el horizonte hacia el receptor. A medida que el rayo atraviesa la troposferauna pequeña fracción de la energía de microondas se dispersa hacia el suelo por el vapor de agua y el polvo en el aire. Un receptor sensible más allá del horizonte capta esta señal reflejada. La claridad de la señal obtenida con este método depende del clima y otros factores y, como resultado, se requiere un alto nivel de dificultad técnica en la creación de un enlace de relevo de radio sobre el horizonte confiable. Por lo tanto, los enlaces Troposcatter solo se utilizan en circunstancias especiales en las que no se puede confiar en los satélites y otros canales de comunicación de larga distancia, como en las comunicaciones militares.
Ver también [ editar ]
- Transferencia de energía inalámbrica
- Zona de Fresnel
- Repetidor pasivo
- Repetidor de radio
- Relevo (desambiguación)
- Estación transmisora
- Camino perdido
- Red de microondas de British Telecom
- Microondas Trans-Canada
- Matriz de antenas (electromagnéticas)
Referencias [ editar ]
- ↑ a b Pond, Norman H (2008). Los chicos del tubo . Russ Cochran. pag. 170. ISBN 9-780-9816-9230-2.
- ^ Umberto Casiraghi (21 de mayo de 2010). "Un documento antiguo: Referencia Radio Link Telettra en el Mar Rojo, 360km y récord mundial" . Telettra . Consultado el 2 de octubre de 2012 a través de Facebook .
- ^ a b Slyusar, Vadym. (2015). Primeras antenas para estaciones de relevo (PDF) . Conferencia internacional sobre teoría y técnicas de antenas, 21-24 de abril de 2015, Kharkiv, Ucrania. págs. 254-255.
- ^ Mattausch, J. (16 de enero de 1898). "Telegraphie ohne Draht. Eine Studie" [Telégrafo sin cable. Un estudio] (PDF) . Zeitschrift für Elektrotechnik (en alemán). Elektrotechnischen Vereines en Wien. XVI (3): 35–36 - a través de www.slyusar.kiev.ua.
- ^ Gratis, EE (agosto de 1931). "Radio Searchlight con las nuevas ondas de 7 pulgadas" (PDF) . Noticias de radio . Vol. 8 no. 2. Nueva York: Radio Science Publications. págs. 107–109 . Consultado el 24 de marzo de 2015 .
- ^ "Las microondas abarcan el Canal de la Mancha" (PDF) . Artesanía de onda corta . Vol. 6 no. 5. Nueva York: Popular Book Co., septiembre de 1935, págs. 262, 310 . Consultado el 24 de marzo de 2015 .
- ^ "Las antenas de cuchara de azúcar capturan microondas" . Mecánica popular . Revistas Hearst. Febrero de 1985. p. 87.
- ^ James Bamford (2008). La fábrica de sombras . Doubleday. pag. 176 . ISBN 978-0-385-52132-1.
- ^ Kincaid, Cheryl-Annette (mayo de 2007). Análisis de espectros de microondas recopilados por el localizador de ráfagas de radio solar (MSc). Denton, Texas: Universidad del Norte de Texas . Consultado el 2 de octubre de 2012 a través de la Biblioteca digital de UNT.
- Guía de diseño de transmisión de radio por microondas, Trevor Manning, Artech House, 1999
Enlaces externos [ editar ]
 | Wikimedia Commons tiene medios relacionados con la transmisión por microondas . |
- Diseño de RF / microondas en la Universidad de Oxford
- El Skyway de relé de radio por microondas de AT&T introducido en 1951
- Anuncio de revista Bell System 1951 para sistemas de relés de radio por microondas.
- Anuncio de revista antigua de RCA para equipos de retransmisión de radio por microondas utilizados para Western Union Telegraph Co.
- Se recuerdan las torres de microondas de AT&T Long Lines
- Líneas largas de AT&T
- IEEE Global History Network Redes de enlace de microondas
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