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La transmisión por microondas es la transmisión de información mediante ondas electromagnéticas con longitudes de onda en el rango de frecuencia de microondas de 300 MHz a 300 GHz (1 m - 1 mm de longitud de onda) del espectro electromagnético . Las señales de microondas normalmente se limitan a la línea de visión , por lo que la transmisión a larga distancia utilizando estas señales requiere una serie de repetidores que formen una red de retransmisión de microondas . Es posible utilizar señales de microondas en comunicaciones sobre el horizonte utilizando dispersión troposférica , pero estos sistemas son caros y generalmente sólo se utilizan en funciones especializadas.
Aunque en 1931 se demostró un enlace experimental de telecomunicaciones por microondas de 40 millas (64 km) a través del Canal de la Mancha , el desarrollo del radar en la Segunda Guerra Mundial proporcionó la tecnología para la explotación práctica de las comunicaciones por microondas. Durante la guerra, el ejército británico introdujo el Wireless Set No. 10, que utilizaba relés de microondas para multiplexar ocho canales telefónicos a largas distancias. Un enlace a través del Canal de la Mancha permitió al general Bernard Montgomery permanecer en contacto continuo con el cuartel general de su grupo en Londres.
En la era de la posguerra, el desarrollo de la tecnología de microondas fue rápido, lo que llevó a la construcción de varios sistemas transcontinentales de retransmisión de microondas en América del Norte y Europa. Además de transportar miles de llamadas telefónicas a la vez, estas redes también se utilizaron para enviar señales de televisión para su transmisión a través del país y, más tarde, datos informáticos. Los satélites de comunicación se apoderaron del mercado de la televisión durante los años 1970 y 1980, y la introducción de sistemas de fibra óptica de larga distancia en los años 1980 y especialmente en los años 1990 condujo al rápido deterioro de las redes de retransmisión, la mayoría de las cuales están abandonadas.
En los últimos años, ha habido un aumento explosivo en el uso del espectro de microondas por parte de 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. Los enlaces con línea de visión más grandes vuelven a ser populares para entregar conexiones entre torres de telefonía móvil, aunque generalmente no están organizados en largas cadenas de retransmisión.
Las microondas se utilizan ampliamente para comunicaciones punto a punto porque su pequeña longitud de onda permite que 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 frecuencia más baja. Esta reutilización de frecuencias conserva el escaso ancho de banda del espectro radioeléctrico. Otra ventaja es que la alta frecuencia de las microondas confiere a la banda de microondas una capacidad muy grande de transporte de información; la banda de microondas tiene un ancho de banda 30 veces mayor que el resto del espectro de radio debajo de ella. Una desventaja es que las microondas se limitan a la propagación en la línea de visión ; no pueden pasar por colinas o montañas como pueden hacerlo las ondas de radio de baja frecuencia.
La transmisión de radio por microondas se utiliza 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 radioeléctrico , 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 práctica de transmisión a unos pocos kilómetros, por lo que estas frecuencias no pueden utilizarse para comunicaciones a larga distancia. Las tecnologías electrónicas necesarias en la banda de ondas milimétricas también se encuentran en un estado de desarrollo más temprano que las de la banda de microondas.
Más recientemente, se han utilizado microondas para la transmisión inalámbrica de energía .
La retransmisión de radio por 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 relevo de radio por microondas, un transmisor de microondas y una antena direccional transmiten un haz estrecho de microondas que transporta muchos canales de información en una línea de visión hacia otra estación repetidora donde es recibido por una antena direccional y un receptor, formando una conexión de radio fija entre los dos puntos. El enlace era a menudo bidireccional y utilizaba 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 estaciones hasta el horizonte visual, aproximadamente de 30 a 50 millas (48 a 80 km). Para distancias más largas, la estación receptora podría funcionar como un repetidor, retransmitiendo la información recibida a otra estación a lo largo de su recorrido. Se utilizaron cadenas de estaciones repetidoras de microondas para transmitir señales de telecomunicaciones a distancias transcontinentales. Las estaciones repetidoras de microondas a menudo estaban ubicadas 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 Estados Unidos, transmitían llamadas telefónicas de larga distancia y programas de televisión entre ciudades. [1] El primer sistema, denominado TDX y construido por AT&T, conectó Nueva York y Boston en 1947 con una serie de ocho estaciones repetidoras de radio. [1] Durante la década de 1950, implementaron una red de una versión ligeramente mejorada en todo Estados Unidos, conocida como TD2 . Estos incluían largos enlaces encadenados que atravesaban cadenas montañosas y abarcaban continentes. El lanzamiento de satélites de comunicaciones en la década de 1970 proporcionó una alternativa más barata. Gran parte del tráfico transcontinental se realiza actualmente mediante satélites y fibras ópticas , pero la retransmisión por microondas sigue siendo importante para distancias más cortas.
Debido a que las ondas de radio viajan en haces estrechos confinados a una trayectoria de línea de visión desde una antena a 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 antena utilizados en instalaciones de enlaces de radioenlaces son antenas parabólicas , lentes dieléctricas y antenas reflectoras de bocina , que tienen un diámetro de hasta 4 m (13 pies). Las antenas altamente directivas permiten un uso económico del espectro de frecuencias disponible, a pesar de las largas distancias de transmisión.
Debido a las altas frecuencias utilizadas, se requiere una ruta con línea de visión entre las estaciones. Además, para evitar la atenuación del haz, un área alrededor del haz denominada primera zona de Fresnel debe estar libre de obstáculos. Los obstáculos en el campo de la señal provocan una atenuación no deseada . Las posiciones en picos o crestas de altas montañas suelen ser ideales.
Además de los repetidores convencionales que utilizan radios consecutivas que transmiten en diferentes frecuencias, las obstrucciones en las rutas de microondas se pueden solucionar utilizando repetidores pasivos o repetidores en frecuencia.
Los obstáculos, la curvatura de la Tierra, la geografía de la zona y los problemas de recepción derivados del uso de terrenos cercanos (como en la industria manufacturera 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. También se debe tener en cuenta la presencia de una superficie de agua, como un lago o un río, a lo largo del camino, ya que puede reflejar el haz, y el haz directo y reflejado puede interferir en la antena receptora, provocando un desvanecimiento por trayectos múltiples . Los desvanecimientos por trayectos múltiples suelen ser profundos sólo en un punto pequeño y en 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 recorrer una distancia mayor a medida que la curvatura equivalente de la Tierra aumenta de 6.370 km (3.960 mi) a aproximadamente 8.500 km (5.300 mi) (un radio equivalente a 4/3). efecto). Eventos raros de perfil de temperatura, humedad y presión versus altura pueden producir grandes desviaciones y distorsiones de la propagación y afectar la calidad de la transmisión. La lluvia de alta intensidad y la nieve que hacen que la lluvia se desvanezca también deben considerarse 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 de 'clase portadora' de la mayoría. operadores de telecomunicaciones.
El relevo de radio de microondas más largo conocido hasta la fecha cruza el Mar Rojo con un salto de 360 km (220 millas) entre Jebel Erba (2170 m (7120 pies) sobre el nivel del mar, 20 ° 44′46,17 ″ N 36 ° 50′24,65 ″ E /20.7461583°N 36.8401806°E / 20.7461583; 36.8401806 , Sudán) y Jebel Dakka (2.572 m (8.438 pies) snm, 21°5′36.89″N 40°17′29.80″E / 21.0935806°N 4 0,2916111°E / 21.0935806; 40.2916111 , Arabia Saudita). El enlace fue construido en 1979 por Telettra para transmitir 300 canales telefónicos y una señal de televisión, en la banda de frecuencia de 2 GHz. (La distancia de salto es la distancia entre dos estaciones de microondas). [2] [ ¿ fuente poco confiable? ]
Las consideraciones anteriores representan problemas típicos que caracterizan los enlaces de radio terrestres que utilizan microondas para las llamadas redes troncales: longitudes de salto de unas pocas decenas de kilómetros (normalmente de 10 a 60 km (6,2 a 37,3 millas)) se utilizaron en gran medida hasta la década de 1990. Las bandas de frecuencia por debajo de 10 GHz y, sobre todo, la información a transmitir, constituían un flujo que contenía un bloque de capacidad fijo. El objetivo era suministrar 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 los trayectos múltiples que afectaban 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 redes celulares . Los requisitos con respecto a la distancia del enlace cambiaron a saltos más cortos (menos de 10 km (6,2 millas), generalmente de 3 a 5 km (1,9 a 3,1 millas)), y la frecuencia aumentó a bandas entre 11 y 43 GHz y, más recientemente, hasta 86 GHz ( Banda E). Además, la planificación de enlaces se ocupa más de lluvias intensas y menos de trayectos múltiples, por lo que los esquemas de diversidad se utilizaron menos. Otro gran cambio que se produjo durante la última década fue la evolución hacia la transmisión de radio por paquetes . Por ello, 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 normalmente de 0,03 a 0,30 W, radiada 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 saturado, motivando el uso de técnicas para aumentar la capacidad de transmisión, como la reutilización de frecuencias, la multiplexación por división de polarización , XPIC , MIMO .
La historia de las comunicaciones por radioenlaces comenzó en 1898 con la publicación de Johann Mattausch en la revista austriaca Zeitschrift für Elektrotechnik. [3] [4] Pero su propuesta era primitiva y no adecuada 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 la radio demostraron ser capaces de viajar largas distancias mediante la propagación de ondas terrestres y ionosféricas . [ cita necesaria ]
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 antenas parabólicas de 3 m (10 pies). [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 radiada, producida por un tubo en miniatura de Barkhausen-Kurz ubicado en el foco del plato, era de medio vatio. A un enlace militar de microondas de 1933 entre los aeropuertos de St. Inglevert, Francia, y Lympne, Reino Unido, a una distancia de 56 km (35 millas), le siguió en 1935 un enlace de telecomunicaciones de 300 MHz, el primer sistema comercial de retransmisión de microondas. [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 por microondas, en particular el oscilador de klistrón y las técnicas de diseño de antenas parabólicas. Aunque no es comúnmente conocido, el ejército británico utilizó el equipo inalámbrico número 10 en esta función durante la Segunda Guerra Mundial. [ cita necesaria ] La necesidad de retransmisión de radio no comenzó realmente hasta la explotación de las microondas en la década de 1940 , que viajaban por línea de visión y, por lo tanto, estaban limitadas a una distancia de propagación de aproximadamente 40 millas (64 km) por el horizonte visual. [ cita necesaria ]
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 de la compañía telefónica estadounidense, AT&T Long Lines , construyó un sistema transcontinental de enlaces de retransmisión de microondas en todo Estados Unidos que creció hasta transportar la mayor parte del tráfico telefónico de larga distancia de Estados Unidos , así como señales de redes de televisión . [7] La principal motivación en 1946 para utilizar radio microondas en lugar de cable fue que se podía instalar una gran capacidad rápidamente y a menor costo. [ cita necesaria ] En ese momento se esperaba que los costos operativos anuales de la radio por microondas fueran mayores que los del cable. Hubo dos razones principales por las que se tuvo que introducir repentinamente una gran capacidad: la demanda acumulada de servicio telefónico de larga distancia, debido a la pausa durante los años de la guerra, y el nuevo medio de televisión, que necesitaba más ancho de banda que la radio. [ cita necesaria ] El prototipo se llamó TDX y se probó con una conexión entre la ciudad de Nueva York y Murray Hill, la ubicación de los Laboratorios Bell en 1946. [ cita necesaria ] El sistema TDX se instaló entre Nueva York y Boston en 1947. El TDX se actualizó al sistema TD2, que usaba [el tubo Morton, 416B y luego 416C, fabricado por Western Electric] en los transmisores, y luego al TD3 que usaba electrónica de estado sólido . [ cita necesaria ]
Destacables fueron los enlaces de retransmisión de microondas con Berlín Occidental durante la Guerra Fría , que tuvieron que construirse y operarse debido a la gran distancia entre Alemania Occidental y Berlín al borde de la viabilidad técnica. Además de la red telefónica, también existen enlaces de retransmisión por microondas para la distribución de emisiones de radio y televisión. Esto incluía conexiones desde los estudios a los sistemas de radiodifusión distribuidos por todo el país, así como entre las estaciones de radio, por ejemplo para el intercambio de programas. [ cita necesaria ]
Los sistemas militares de retransmisión de microondas continuaron utilizándose hasta la década de 1960, cuando muchos de estos sistemas fueron reemplazados por sistemas de dispersión troposférica o de comunicaciones por satélite . Cuando se formó el brazo militar de la OTAN , gran parte de este equipo existente fue transferido 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 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 la guía de ondas rígida requerida por los sistemas de frecuencia más alta, lo que lo hacía ideal para aplicaciones tácticas. La típica instalación de relé de microondas o camioneta portátil tenía dos sistemas de radio (más respaldo) que conectaban dos sitios con línea de visión . Estas radios a menudo llevarían 24 canales telefónicos multiplexados por división de frecuencia en la portadora de microondas (es decir, Lenkurt 33C FDM). En su lugar , se podría designar cualquier canal para transportar hasta 18 comunicaciones de teletipo . También se utilizaban sistemas similares de Alemania y otros países miembros. [ cita necesaria ]
En muchos países se construyeron redes de retransmisión de microondas de larga distancia hasta la década de 1980, cuando la tecnología perdió su participación en el funcionamiento fijo frente a tecnologías más nuevas, como el cable de fibra óptica y los satélites de comunicaciones , que ofrecen un coste por bit más bajo. [ cita necesaria ]
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/Aquacade . [8] Gran parte del haz de un enlace de microondas pasa por la antena receptora e irradia hacia el horizonte, hacia el espacio. [ cita necesaria ] Al colocar un satélite geosincrónico en la trayectoria del haz, se puede recibir el haz de microondas.
A principios de siglo, [ ¿cuál? ] Los sistemas de retransmisión de radio por microondas se utilizaron 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. [ cita necesaria ]
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 separadas desde unos pocos pies o metros hasta varias millas o kilómetros. Las emisoras de televisión suelen utilizar enlaces de microondas para transmitir programas a través de un país, por ejemplo, o desde una transmisión exterior a un estudio.
Las unidades móviles pueden montarse en cámaras, lo que permite a las cámaras moverse libremente sin necesidad de arrastrar cables. Estos se ven a menudo en las líneas de banda de los campos deportivos en los sistemas Steadicam .
Los enlaces terrestres de retransmisión de microondas están limitados en distancia hasta el horizonte visual, unas pocas decenas de millas o kilómetros dependiendo de la altura de la torre. La dispersión troposférica ("troposcatter" o "dispersión") fue una tecnología desarrollada en la década de 1950 para permitir enlaces de comunicación por microondas más allá del horizonte, a un alcance 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 haz atraviesa la troposfera , una pequeña fracción de la energía de las microondas es dispersada hacia el suelo por el vapor de agua y el polvo del aire. Un receptor sensible más allá del horizonte capta esta señal reflejada. La claridad de la señal obtenida mediante este método depende del clima y otros factores y, como resultado, la creación de un enlace de retransmisión de radio confiable sobre el horizonte implica un alto nivel de dificultad técnica. Por lo tanto, los enlaces de troposcatter sólo 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.
