Historia
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 información entre dos lugares fijos de la tierra. Son cruciales para muchas formas de comunicación e impactan en una amplia gama de industrias. Las emisoras utilizan enlaces de microondas para enviar programas desde el estudio a la ubicación del transmisor, que puede estar a millas de distancia. Los enlaces de microondas transportan llamadas telefónicas celulares entre sitios celulares. Los proveedores de servicios de Internet inalámbrico utilizan enlaces de microondas para proporcionar a sus clientes acceso a Internet de alta velocidad sin necesidad de conexiones por cable. Las compañías telefónicas transmiten llamadas entre centros de conmutación a través de enlaces de microondas, aunque recientemente han sido suplantadas en gran medida por cables de fibra óptica. Las empresas y las agencias gubernamentales los utilizan para proporcionar redes de comunicaciones entre instalaciones cercanas dentro de una organización, como una empresa con varios edificios dentro de una ciudad.
Una de las razones por las que los enlaces de microondas son tan adaptables es que son de banda ancha. Eso significa que pueden mover grandes cantidades de información a altas velocidades. Otra cualidad importante de los enlaces de microondas es que no requieren equipo ni instalaciones entre los dos puntos terminales, por lo que instalar un enlace de microondas a menudo es más rápido y menos costoso que una conexión de cable. Finalmente, se pueden usar casi en cualquier lugar, siempre que la distancia a recorrer esté dentro del rango de operación del equipo y haya un camino claro (es decir, sin obstáculos sólidos) entre las ubicaciones. Las microondas también pueden penetrar la lluvia, la niebla y la nieve, lo que significa que el mal tiempo no interrumpe la transmisión.
Un enlace de microondas unidireccional simple incluye cuatro elementos principales: un transmisor, un receptor, líneas de transmisión y antenas. Estos componentes básicos existen en todos los sistemas de radiocomunicaciones, incluidos los teléfonos celulares, las radios bidireccionales, las redes inalámbricas y la radiodifusión comercial. Pero la tecnología utilizada en los enlaces de microondas difiere notablemente de la utilizada en las frecuencias más bajas (longitudes de onda más largas) en el espectro de radio. Las técnicas y componentes que funcionan bien a bajas frecuencias no se pueden utilizar en las frecuencias más altas (longitudes de onda más cortas) utilizadas en los enlaces de microondas. Por ejemplo, los cables y alambres ordinarios funcionan mal como conductores de señales de microondas. Por otro lado, las frecuencias de microondas permiten a los ingenieros aprovechar ciertos principios que no son prácticos para aplicar a frecuencias más bajas. Un ejemplo es el uso de una antena parabólica o «plato» para enfocar un haz de radio de microondas. Tales antenas se pueden diseñar para operar a frecuencias mucho más bajas, pero serían demasiado grandes para ser económicas para la mayoría de los propósitos.
En un enlace de microondas, el transmisor produce una señal de microondas que transporta la información a comunicar. Esa información, la entrada, puede ser cualquier cosa que se pueda enviar por medios electrónicos, como una llamada telefónica, programas de televisión o radio, texto, imágenes en movimiento o fijas, páginas web o una combinación de esos medios.
El transmisor tiene dos tareas fundamentales: generar energía de microondas a la frecuencia y el nivel de potencia requeridos, y modularla con la señal de entrada para que transmita información significativa. La modulación se logra variando alguna característica de la energía en respuesta a la entrada del transmisor. Parpadear una luz para transmitir un mensaje en código Morse es un ejemplo de modulación. Las diferentes longitudes de los destellos (los puntos y guiones), y los intervalos de oscuridad entre ellos, transmiten la información, en este caso un mensaje de texto.
La segunda parte integral de un enlace de microondas es una línea de transmisión. Esta línea lleva la señal del transmisor a la antena y, en el extremo receptor del enlace, de la antena al receptor. En ingeniería eléctrica, una línea de transmisión es cualquier cosa que conduce corriente de un punto a otro. El cable de la lámpara, las líneas eléctricas, los cables de teléfono y el cable del altavoz son líneas de transmisión comunes. Pero en frecuencias de microondas, esos medios debilitan excesivamente la señal. En su lugar, los ingenieros utilizan cables coaxiales y, especialmente, tuberías huecas llamadas guías de onda.
La tercera parte del sistema de microondas son las antenas. En el extremo transmisor, la antena emite la señal de microondas desde la línea de transmisión al espacio libre. «Espacio libre» es el término del ingeniero eléctrico para el vacío o vacío entre las antenas transmisoras y receptoras. No es lo mismo que «la atmósfera», porque el aire no es necesario para ningún tipo de transmisión de radio (por lo que la radio funciona en el vacío del espacio exterior). En el sitio del receptor, una antena apuntando hacia la estación de transmisión recoge la energía de la señal y la alimenta a la línea de transmisión para que el receptor la procese.
Las antenas utilizadas en enlaces de microondas son altamente direccionales, lo que significa que enfocan firmemente la energía transmitida y reciben energía principalmente de una dirección específica. Esto contrasta con las antenas utilizadas en muchos otros sistemas de comunicaciones, como la radiodifusión. Al dirigir la energía del transmisor donde se necesita, hacia el receptor, y al concentrar la señal recibida, esta característica de las antenas de microondas permite la comunicación a largas distancias utilizando pequeñas cantidades de energía.
Entre las antenas del enlace se encuentra otro elemento vital del enlace de microondas: el camino recorrido por la señal a través de la atmósfera de la Tierra. Un camino claro es crítico para el éxito del enlace de microondas. Dado que las microondas viajan en líneas esencialmente rectas, los obstáculos artificiales (incluida la posible construcción futura) que podrían bloquear la señal deben ser superados por estructuras de antena altas o evitados por completo. También existen obstáculos naturales. El terreno plano puede crear reflejos indeseables, la precipitación puede absorber o dispersar parte de la energía de microondas, y la aparición de follaje en la primavera puede debilitar una señal ligeramente fuerte, que había sido adecuada cuando los árboles estaban desnudos en el invierno. Los ingenieros deben tener en cuenta todos los problemas existentes y potenciales al diseñar un enlace de microondas.
Al final del enlace está el componente final, el receptor. Aquí, la información de la señal de microondas se extrae y se pone a disposición en su forma original. Para lograr esto, el receptor debe demodular la señal para separar la información de la energía de microondas que la transporta. El receptor debe ser capaz de detectar cantidades muy pequeñas de energía de microondas, porque la señal pierde gran parte de su fuerza en su viaje.
Todo este proceso se lleva a cabo a una velocidad cercana a la de la luz, por lo que la transmisión es prácticamente instantánea incluso a largas distancias. Con todas sus ventajas, es seguro que los enlaces de microondas serán bloques de construcción importantes de la infraestructura de comunicaciones del mundo en los próximos años.
Diagrama de bloques de enlace
Este diagrama es de un sistema de enlace de microondas de la serie NEC 500 (circa 1983) y muestra una ruta de bloque de equipo. El bloque «dirección de retorno» es el reverso del que se detalla en el diagrama principal.
Regulación y concesión de licencias
Cada país tiene un requisito variable para la concesión de licencias de enlaces de radio de microondas. En la mayoría de los casos, esta licencia solo se dirige al transmisor, pero en el mismo caso, ofrece protección regulatoria a cualquier inteferencia que pueda afectar al receptor de microondas.
Los costos de licencia generalmente están vinculados con el tamaño del espectro ocupado por la señal del transmisor, y a menudo están directamente influenciados por algunos de los costos de arrendamiento de espectro realizados por el regulador local, por ejemplo, FCC, ACMA, PTT, etc.
Seguridad de radiación de microondas
Un aspecto de seguridad de la radiación EMR de radio de microondas también está definido por estándares y directrices, y a menudo existen zonas de «exclusión» de exposición humana alrededor de la parte delantera de las antenas parabólicas, bocinas y antenas dieléctricas de microondas. La seguridad del personal también debe considerarse alrededor de los extremos de guía de onda abiertos y los interruptores de guía de onda con puertos sin terminar. Consulte otro material en el GHN sobre Seguridad EMR.
Tratar la seguridad de la radiación de microondas de una manera conservadora siempre es prudente, nunca mire hacia abajo la guía de ondas abierta, nunca se pare frente a una antena de microondas.
Planificación de frecuencias
En los antiguos sistemas de radioenlaces de microondas con Múltiplex de División de frecuencia (FDM), solo se asignaba un solo par de frecuencias a toda la red de enlaces, con una disposición de aislamiento de polarización alterna de las estaciones más distantes de la red. Esto significaba que en una sola estación repetidora de microondas, los transmisores de enlace operan en la misma frecuencia, pero con antenas apuntando en diferentes direcciones, y con polarización de antena opuesta.
La misma lógica de planificación de frecuencias sigue aplicándose a los enlaces de radio de microondas digitales modernos, con un ojo puesto en el ancho de banda / designador de «emisión». La planificación de frecuencias también puede tener restricciones del Regulador (FCC / ACMA / Ofcom / PTT), por lo que se requiere una consulta exhaustiva antes de que se puedan hacer compromisos.
Planificación de enlaces de radio por microondas
El diseño y la construcción de una red de enlaces de radio por microondas se basan en una serie de factores. Estos incluyen:
- Distancia entre terminales de radio de microondas;
- Propiedades del terreno, por ejemplo, cuerpos de agua, acantilados, bosques, nieve;
- Frecuencia de operación, a menudo regida por los costos de licencia, la disponibilidad de frecuencias, las distancias planificadas e incluso la susceptibilidad al desvanecimiento de la lluvia;
- Gestión de interferencias al receptor de enlace de microondas. Generalmente se gestiona asignando un par de frecuencias claro por el Regulador, pero para las bandas de frecuencias «vendidas en subasta» o con delegación, por ejemplo, comunicaciones de defensa y grandes compañías, esto pasa a ser responsabilidad de gestión del licenciatario/propietario de la banda;
- Desvanecimiento, dispersión y distorsión de múltiples rutas;
- Tamaño de las antenas, propiedades de la línea de alimentación, necesidad de torres y mástiles y de antenas de alta ganancia, incluso la estabilidad (propiedades de inclinación y torsión) del mástil de soporte debe diseñarse para evitar que el haz de la antena se desvíe debido al viento o al hielo en la estructura;
- Gestión de la humedad dentro de guías de onda externas;
- de equipos, alarmas de alimentación y seguridad, conmutación de control remoto y sistemas de cables de pedido.
- Permisos de desarrollo municipal, Local, FAA, CASA y comunitario que rigen las intrusiones visuales y controladas del espacio aéreo;
- Costo del equipo y análisis de costos y beneficios, incluido el mantenimiento del equipo;
- Los enlaces de comunicación por satélite también se clasifican como enlaces de radio de microondas, pero dada su exposición mínima a las condiciones atmosféricas, este tipo de enlaces de microondas pueden operar con márgenes de desvanecimiento mínimos, es decir, tener una contingencia mínima en el nivel de intensidad de la señal recibida;
- Disponibilidad de equipo, repuestos, mantenimiento, equipo de prueba y personal calificado;
- Tránsitos solares para receptores de enlace de microondas orientados a horizontes orientales u occidentales. El problema aquí es que el» ruido solar «a menudo abrumará a los receptores de microondas de banda ancha, generando lo que se llama una «interrupción del tránsito solar». El mismo trato para los enlaces de comunicación por satélite también.
Fabricantes de equipos de enlace de microondas
Sin orden específico, estos incluyen:
- – NEC
- – Ericsson
- – Nokia
- – Marelli
- – Marconi
- – GT&E
- – GE
- – Phillips
- – Rohde & Schwartz
- – Kuhne
- – Codan
- – Alcatel
- – Fujitsu
- – Siemens
- – ATI
- – Hughes