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Medios no guiados

Los medios no guiados o también conocidos como comunicación sin cable, transportan ondas electromagnéticas sin usar un conductor físico. En su lugar, las señales se radian a través del aire (o en unos pocos casos el agua) y, por lo tanto, están disponibles para cualquiera que tenga un dispositivo capaz de aceptarlas.

Radio frecuencia

La sección del espectro electromagnético definido como comunicación de radio se divide en 8 rangos, denominados bandas, cada una de ellas reguladas por las autoridades gubernamentales. Estas bandas se clasifican desde frecuencia muy baja (VLF, very low frequency) a frecuencia extremadamente alta (EHF, extremely high frequency). Ver imagen 1.

Propagación de ondas

La transmisión de ondas de radio utiliza cinco tipos de propagación distintos: superficie, troposférica, ionosférica, línea de visión y espacio. La tecnología de radio considera que la tierra de radio esta rodeada por dos capas de atmosfera la troposfera y la ionosfera, siendo la primera la que se extiende hasta 45 km desde la superficie de la tierra y que contiene lo que denominamos aire, y la segunda es la capa superior a la troposfera, pero por debajo del espacio. Esta última contiene partículas libres cargadas eléctricamente.

Propagación de superficie

Las ondas viajan por la porción mas baja de la atmosfera, abrazando a la tierra, estas señales viajan en todas las direcciones desde la antena de transmisión y la distancia que puedan alcanzar es dependiente de la potencia de la señal emitida. A mayor potencia más distancia.

Propagación troposférica

Esta propagación puede actuar de dos formas. O se puede dirigir la señal en línea recta de antena a antena (Visión directa) o se puede radiar con cierto ángulo hasta los niveles superiores de la troposfera donde se refleja hacia la superficie de la tierra. El primer método esta limitado por la curvatura de la tierra mientras que el segundo permite alcanzar distancias mayores.

Propagación ionosférica

Las ondas de radio se radian hasta la ionosfera donde se reflejan de nuevo a la tierra. La densidad entre la troposfera y la ionosfera hace que cada onda de radio se acelere y cambie de dirección curvándose de nuevo hacia la tierra. Esto permite que se puedan cubrir grandes distancias con menor potencia de salida.

Propagación de visión directa

Se transmites señales de muy alta frecuencia directamente de antena a antena siguiendo una línea recta. Las antenas deben ser direccionales estando enfrentadas entre sí y o deben estar muy juntas para no ser afectadas por la curvatura de la tierra. Este tipo de propagación es complicada ya que las ondas de radio no se pueden enfocar completamente, estas se emanan hacia arriba, hacia abajo y hacia adelante, además de que se pueden reflejar con la superficie de la tierra.

Propagación por el espacio

Se usa como retransmisores satélites en lugar de la refracción atmosférica. La señal radia es recibida por el satélite situado en la órbita ,que la reenvía a la tierra al receptor adecuado. Es prácticamente una transmisión de visión directa pero con un intermediario.

Medios de transmision

Microondas terrestres

La antena más común en las microondas es la parabólica tipo «plato». El diámetro típico es de unos 3 metros. Esta antena se fija rígidamente de forma tal que el haz debe estar perfectamente enfocado siguiendo la trayectoria visual hacia la antena receptora. Las antenas de microondas se sitúan a una altura suficientemente elevada sobre el nivel del suelo para así conseguir una separación mayor entre ellas y evitar posibles obstáculos en la transmisión. Para conseguir transmisiones larga distancia, se concatenan distintos enlaces punto a punto entre antenas situadas en torres adyacentes, hasta cubrir la distancia deseada.

Aplicaciones

Los sistemas de microondas terrestres se usan principalmente en servicios de telecomunicación de larga distancia, como alternativa al cable coaxial o a las fibras ópticas. Las microondas requieren menor número de repetidores o amplificadores que el cable coaxial pero, por el contrario, exigen que las antenas estén perfectamente alineadas. El uso de las microondas es frecuente en la transmisión de televisión y de voz. Además, las microondas a corta distancia también se utilizan en las aplicaciones denominadas bypass. Al usar la técnica bypass una determinada compañía puede establecer un enlace privado hasta el centro proveedor de transmisiones a larga distancia, evitando así tener que contratar el servicio a la compañía telefónica local.

Ondas de radio

Una de las características más importantes y que la diferencian de otros medios de usados para la trasmisión de información, es que estas son omnidireccionales, lo que significa que no necesiten antenas parabólicas ni necesitan que dichas antenas estén instaladas sobre una plataforma rígida para estar alineadas.

Aplicaciones

Estas son constantemente usadas para la transmisión de radio comercial FM, así como para la televisión UHF y VHF además que se le alude el nombre de radio a toda la banda de frecuencias comprendidas entre 3 kHz y 300 GHz. Características de transmisión - Su rango es muy adecuado para la difusión simultanea de varios destinos. - Son menos sensibles a la atenuación producida por la lluvia. - Interferencias por multitrayectorias. Entre las antenas, debido a la reflexión en la superficie terrestre.

Antenas

Este es un conductor eléctrico utilizado para radiar o captar energía electromagnética. Para transmitir la señal, la energía eléctrica proveniente del transmisor se convierte a energía electromagnética en la antena, radiándose al entorno cercano. Para recibir una señal, la energía electromagnética capturada por la antena se convierte a energía eléctrica y se pasa al receptor. Ganancia Esta es una medida de su direccionalidad. Dada una dirección, se define la ganancia de una antena como la potencia de salida, un concepto relacionado con la ganancia de una antena es el área efectiva. El área efectiva de una antena está relacionada con su tamaño físico y con su geometría. La relación entre la ganancia de una antena y su área efectiva viene dada por:

G=(4πA_e)/λ^2 =(4πf^2 A_e)/C^2 

Donde G = ganancia de la antena

	A_e= área efectiva

f = frecuencia de a portadora C = velocidad de la luz λ = longitud de onda de la portadora

Microondas por satélite

Un satélite de comunicaciones es esencialmente una estación que retransmite microondas. Se usa como enlace entre dos o más receptores/transmisores terrestres, denominados estaciones base. El satélite recibe la señal en una banda de frecuencia, la amplifica o repite y, posteriormente, la retransmite en otra banda de frecuencia. Cada uno de los satélites geoestacionarios operará en una serie de bandas de frecuencias llamadas canales transpondedores, o simplemente transpondedores.

Aplicaciones

Difusión de televisión. Transmisión telefónica a larga distancia. Las redes privadas.

Características de la transmisión

El rango de frecuencias óptimo para la transmisión vía satélite está en el intervalo entre 1 y 10 GHz. A mayor de 10 GHz la señal se ce severamente afectada por la absorción atmosférica y por las precipitaciones. Para enviar se usa un canal ascendente y para enviar uno descendente. Su alcance es a grandes distancias. Son multidestino.

Ondas infrarrojas y milimétricas

Las ondas infrarrojas y milimétricas no guiadas se usan mucho para la comunicación de corto alcance. Todos los controles remotos de los televisores, grabadoras de vídeo y estéreos utilizan comunicación infrarroja. Estos controles son relativamente direccionales, económicos y fáciles de construir.

Características de la transmisión. ===== No atraviesan bien las paredes sólidas. No es necesario contar con permisos gubernamentales para operar sistemas infrarrojos. Son direccionales.

Transmisión por ondas de luz

La señalización óptica coherente con láseres es inherentemente unidireccional, de modo que cada edificio necesita su propio láser y su propio fotodetector. Este esquema ofrece un ancho de banda muy alto y un costo muy bajo. También es relativamente fácil de instalar y, a diferencia de las microondas.

Características de la transmisión.

Unidireccional Para distancias significativas requiere de una precisión muy alta. No pueden atravesar lluvia ni la niebla densa.

Susceptible

Un grupo técnicos trataban de solucionar un problema con las líneas de teléfono en un edificio, entonces intentaron colocar un láser en el techo, lo apuntaron al edificio de ciencias de la computación de su universidad, el cual está a unos cuantos kilómetros de allí; lo probaron la noche anterior a la conferencia y funcionó a la perfección. A las 9 a.m. del siguiente día, que era brillante y soleado, el enlace falló por completo y permaneció caído todo el día. Esa noche los organizadores volvieron a probar con mucho cuidado el enlace y de nuevo funcionó a la perfección. El patrón se repitió durante dos días más de forma idéntica. Después de la conferencia, los organizadores descubrieron el problema. Durante el día, el calor del sol causaba corrientes de convección que se elevaban desde el techo del edificio, como se muestra en la figura.

Ejemplo de medios no guiados

Telefonía celular

La telefonía celular se diseñó para proporcionar conexiones de comunicaciones estables entre dos dispositivos móviles o entre una unidad móvil y una unidad estacionaria (tierra). Un proveedor de servicios debe ser capaz de localizar y seguir al que llama, asignando un canal a la llamada y transfiriendo la señal ele un canal a otro a medida que el dispositivo se mueve fuera del rango de un canal y dentro del rango de otro. Para que este seguimiento sea posible, cada área de servicio celular se divide en regiones pequeñas denominadas células. Cada célula contiene una antena y está controlada por una pequeña central, denominada central de célula. A su vez, cada central de célula está controlada por una central de conmutación denominada central de conmutación ele telefonía móvil (MTSO, Mobile telephone switching o.f!ice). La MTSO coordina las comunicaciones entre todas las centrales de célula y la central telefónica. Es un centro computarizado que es responsable de conectar las llamadas y ele grabar información sobre la llamada y la facturación. El tamaño de la célula no es fijo y puede ser mayor o menor dependiendo de la población del área. El radio típico ele una célula está entre 2 y 20 kilómetros. Las áreas con alta densidad necesitan más células geográficamente más pequeñas para satisfacer las demandas de tráfico que las áreas de baja densidad de población. Una vez calculado, el. tamaño de células se puede optimizar para prevenir las interferencias ele las señales de las células adyacentes. La potencia ele la transmisión de cada célula se mantiene baja para prevenir que su señal interfiera a las de otras células.

Bandas celulares

La transmisión celular tradicional es analógica. Para minimizar el ruido, se usa modulación en frecuencia (FM) entre los teléfonos móviles y la central de célula. La FCC asigna dos bandas para uso celular (véase la Figura 7.37). La banda entre 824 y 849 MHz lleva todas las comunicaciones que se inician en dispositivos móviles. La banda entre 869 y 894 MHz transporta las comunicaciones que se inician desde los teléfonos fijos. Las frecuencias portadoras se reparten cada 30 KHz, lo que permite que cada banda pueda soportar hasta 833 portado ras. Sin embargo, es necesario usar dos portadoras para comunicación dúplex, lo que dobla el ancho de banda necesario para cada canal hasta los 60 KHz y deja únicamente 416 canales disponibles para cada banda. Por tanto, cada banda se divide en 416 canales FM (de un total de 832 canales). De estos, algunos quedan reservados para datos ele control y activación en lugar de comunicación de voz. Además, para prevenir interferencias, los canales se distribuyen entre las células de forma que las células adyacentes no usen los mismos canales. Esta restricción significa que cada célula tiene acceso normalmente únicamente a 40 canales.

Procesos en la comunicación celular

Transmisión

Para hacer una llamada desde un teléfono móvil, el usuario introduce su código de 7 o 10 dígitos (un número de teléfono) y aprieta el botón de enviar. En ese momento, el teléfono móvil barre la banda, buscando un canal de inicio con una señal potente y envía los datos (número de teléfono) a la central de célula más cercana que usa ese canal. La central de célula retransmite los datos a la MTSO. La MTSO envía los datos a la central telefónica central. Si el destinatario de la llamada está disponible, se establece la conexión y se devuelven los resultados a la MTSO. En este momento, la MTSO asigna un canal ele voz sin usar a la llamada y se establece la conexión. El teléfono móvil ajusta automáticamente su sintonía para el nuevo canal y se comienza la transmisión de voz.

Recepción

Cuando un teléfono fijo hace una llamada a un teléfono móvil, la central telefónica envía el número a la MTSO. La MTSO localiza al teléfono móvil enviando preguntas a cada célula en un proceso denominado radiolocalización (paging). Una vez que se ha encontrado el dispositivo móvil, la MTSO transmite una señal ele llamada y cuando responde el dispositivo móvil, le asigna un canal de voz, permitiendo que comiencen las transmisiones.

Transferencia

Puede ocurrir que, durante una conversación, el dispositivo móvil se mueva de una célula a otra, Cuando lo hace, la señal se puede debilitar. Para resolver este problema, la MTSO monitoriza el nivel de la señal cada pocos segundos. Si la potencia de la señal disminuye, la MTSO busca una nueva célula que pueda acomodar mejor esa comunicación. En ese momento, la MTSO cambia el canal que transporta la llamada (transfiere la señal del canal antiguo a uno nuevo). Las transferencias se llevan a cabo tan suavemente que la mayoría ele las veces son transparentes a los usuarios.