Radiocomunicaciones por microondas!

La gran mayoría de los sistemas actuales de radio de microondas es de modulación de frecuencia, que es de naturaleza analógica. Sin embargo, en fechas recientes se han elaborado nuevos sistemas que usan modulación por conmutación de fase, o por amplitud en cuadratura, que son formas básicamente de modulación digital. También se habla de sistemas satelitales que usan PCM ó PSK, estos dos sistemas son similares a los sistemas terrestres de radio de microondas, sin duda los dos sistemas comparten muchas frecuencias. La diferencia principal entre los sistemas satelitales y terrestres de radio, es que los sistemas satelitales propagan señales fuera de la atmósfera terrestre, por lo que son capaces de llevar señales mucho más lejanas, usando menos transmisores y receptores.

Los sistemas de radio de microondas que usan modulación de frecuencia se conocen ampliamente por proporcionar comunicaciones flexibles, confiables y económicas, de punto a punto, cuando usan la atmósfera terrestre como medio de transmisión. Los sistemas de microondas FM que se usan con el equipo multiplexor adecuado son capaces de conducir en forma simultánea desde unos pocos circuitos de voz de banda angosta, hasta miles de circuitos de voz de alta velocidad, audio de calidad comercial y televisión comercial. Los estudios comparativos de costo han demostrado que la radio de microondas de FM es, casi siempre, el método más económico de proporcionar circuitos de comunicaciones cuando no hay ya cables metálicos ni fibras ópticas, o cuando existen duras condiciones de terreno o de clima. También, los sistemas de microondas de FM se pueden ampliar con facilidad.

Los radios de microondas emiten señales usando como media la atmósfera terrestre, entre transmisores y receptores, para una mejor emisión y recepción, estos se encuentran en la cima de torres a distancias de 15 a 30 millas. Así los sistemas de radio de microondas tienen la ventaja obvia de contar con capacidad de llevar miles de canales individuales de información entre dos puntos, dejando a un lado la necesidad de instalaciones físicas, tales como los cables coaxiales o fibras ópticas. Así claro esta, se evita la necesidad de adquirir derechos de vías a través de propiedades privadas, además las ondas de radio se adaptan mejor para salvar grandes extensiones de agua, montañas altas o terrenos muy boscosos que constituyes formidables obstáculos para los sistemas de cable.

Entre las ventajas de radio de microondas están las siguientes.

.- Los sistemas de radio no necesitan adquisiciones de derecho de vía entre estaciones.
.- Cada estación requiere la compra o alquiler de solo una pequeña extensión de terreno.
.- Por sus grandes frecuencias de operación, los sistemas de radio de microondas pueden llevar grandes cantidades de información.
.- Las frecuencias altas equivalen longitudes cortas de onda, que requieren antenas relativamente pequeñas.
.- Las señales de radio se propagan con más facilidad en torno a obstáculos físicos, como por ejemplo, a través del agua o las montañas altas.
.- Para la amplificación se requieren menos repetidores.
.- La distancia entre los centros de conmutación son menores.
.- Se reducen al mínimo las innataciones subterráneas.
.- Se introducen tiempos mínimos de retardos.
.- Entre los canales de voz existe un mínimo de diafonía.
.- Son factores importantes la mayor confiabilidad y menores tiempos de mantenimiento.

Microondas en la salud!

Hoy existen evidencias científicas suficientes para afirmar que la radiación indiscriminada de microondas, que genera la red de telefonía móvil sobre la población, tiene efectos biológicos indeseables e introduce un riesgo inaceptable para la salud pública. Mientras tanto los informes oficiales concluyen que la radiación que origina el uso de los teléfonos móviles y las antenas asociadas no provoca daños a las personas, aunque recomiendan más estudios e investigaciones. Los claros vínculos de algunos de estos organismos oficiales con las grandes empresas de telecomunicaciones condicionan sus investigaciones, pero nuevas normativas, en diversos países y las recientes condenas judiciales por contaminación electromagnética, están cambiando el vacío legal existente en las telecomunicaciones.

Efectos biológicos de la telefonía móvil

La radiación de un teléfono móvil supera 3 millones de veces la radiación natural (Natural Sun), y durante su uso la antena emisora - receptora se sitúa literalmente pegada al cerebro. La emisión de microondas, muy cerca de nuestro cráneo, acelera nuestras ondas cerebrales al límite del estrés, y puede tener muchos otros efectos biológicos, como se señala más adelante.
 

Hoy la cobertura de la red de telefonía móvil es casi total en todo el territorio nacional -hasta el 90-95% según compañías- y esta telaraña tecnológica crea una polución de radiofrecuencias que invaden todo el espacio radioeléctrico, generando múltiples efectos ambientales y biológicos. Muchos informes científicos alertan de los riesgos de la contaminación electromagnética y especialmente de las microondas, utilizadas en emisiones de televisión, radares y telefonía móvil, pero también en informática (chips) y en múltiples dispositivos electrónicos (wireless).

En exposición continuada, a largo plazo, con el uso del móvil o expuestos a las antenas repetidoras, muchos científicos encuentran daños en la membrana celular (flujo de iones Ca, K, Na), efectos sobre el sistema inmunitario con pérdida de defensas, e incluso alteración del ADN, con destrucción de cromosomas, y rotura de enlaces simples y dobles. Se ha encontrado incremento de tumores en cobayos de laboratorio (animales de prueba); se ha relacionado el uso del móvil con el cáncer de piel, y puede ser causa de tumores cerebrales (permeabilidad cerebral); también se ha vinculado con el Parkinson y con el riesgo de potenciar o acelerar la aparición de la demencia de Alzheimer.

Asi sostiene  Darío Acuña Castroviejo -catedrático de Fisiología de la Universidad de Granada e investigador español de prestigio internacional quien asevera -una vez más- que estar expuesto a radiaciones electromagnéticas puede provocar trastornos neurológicos (irritabilidad, cefalea, astenia, hipotonía, síndrome de hiperexcitabilidad, somnolencia, alteraciones sensoriales, temblores y mareos), mentales (alteraciones del humor y del carácter, depresiones y tendencias suicidas), cardiopulmonares (alteraciones de la frecuencia cardiaca, modificaciones de la tensión arterial y alteraciones vasculares periféricas), reproductivos (alteraciones del ciclo menstrual, abortos, infertilidad y disminución de la libido sexual), dermatológicos (dermatitis inespecíficas y alergias cutáneas), hormonales (alteraciones en el ritmo y niveles de melatonina, substancias neurosecretoras y hormonas sexuales) e inmunológicos (alteraciones del sistema de inmunovigilancia antiinfecciosa y antitumoral) además de incrementar el riesgo de cáncer, especialmente leucemias agudas y tumores en el sistema nervioso central en niños.

Asi mismo cabe añadir el último trabajo del profesor José Luis Bardasano, Presidente de la Fundación Europea de Bioelectromagnetismo y Ciencias de la Salud, quien presentó un trabajo demostrando que usar el teléfono móvil directamente pegado a la oreja modifica los parámetros del cerebro afectado a su funcionamiento. Y uno puede optar por no usar el móvil pero millones de personas están siendo sometidas sin posibilidad de evitarlo a multitud de radiaciones -especialmente las generadas por los centros de transformación, las torres de alta tensión y las antenas de telefonía- sencillamente porque las autoridades lo permiten a pesar de que ninguna empresa eléctrica o de telefonía ha podido demostrar jamás científicamente su inocuidad. Antes bien, existen centenares -si no miles- de trabajos científicos que demuestran su peligrosidad.

Todos somos sensibles a las microondas, pero el peligro potencial frente a los campos electromagnéticos es mayor para la "población de alto riesgo", como embarazadas, bebés y niños que presentan un peligro estadístico mucho mayor (hasta en centenares de veces).

El riesgo también se incrementa en enfermos, ancianos y, más aún, en las personas ultrasensibles, el colectivo de "alérgicos a la electricidad" que puede presentar respuestas biológicas con dosis de radiación hasta mil veces menores.

Generacion y Usos de las microondas!

.- Generacion: Las microondas pueden ser generadas de varias maneras, generalmente divididas en dos categorías: dispositivos de estado sólido y dispositivos basados en tubos de vacío. Los dispositivos de estado sólido para microondas están basados en semiconductores de silicio o arsenuro de galio, e incluyen transistores de efecto campo (FET), transistores de unión bipolar (BJT), diodos Gunn y diodos IMPATT. Se han desarrollado versiones especializadas de transistores estándar para altas velocidades que se usan comúnmente en aplicaciones de microondas.

Los dispositivos basados en tubos de vacío operan teniendo en cuenta el movimiento balístico de un electrón en el vacío bajo la influencia de campos eléctricos o magnéticos, entre los que se incluyen el magnetrón, el Klistrón, el TWT y el girotrón.  Estos dispositivos transforman la energía eléctrica en energía electromagnética en forma de microonda)

.- Usos: Una de las aplicaciones más conocidas de las microondas es el horno de microondas, que usa un magnetrón para producir ondas a una frecuencia de aproximadamente 2,45 GHz. Estas ondas hacen vibrar o rotar las moléculas de agua, lo cual genera calor. Debido a que la mayor parte de los alimentos contienen un importante porcentaje de agua, pueden ser fácilmente cocinados de esta manera.

En telecomunicaciones, las microondas son usadas en radiodifusión, ya que estas pasan fácilmente a través de la atmósfera con menos interferencia que otras longitudes de onda mayores. También hay más ancho de banda en el espectro de microondas que en el resto del espectro de radio. Usualmente, las microondas son usadas en programas informativos de televisión para transmitir una señal desde una localización remota a una estación de televisión mediante una camioneta especialmente equipada. Protocolos inalámbricos LAN, tales como Bluetooth y las especificaciones de Wi-Fi IEEE 802.11g y b también usan microondas en la banda ISM, aunque la especificación 802.11a usa una banda ISM en el rango de los 5 GHz. La televisión por cable y el acceso a Internet vía cable coaxial usan algunas de las más bajas frecuencias de microondas. Algunas redes de telefonía celular también usan bajas frecuencias de microondas.

En la industria armamentística, se han desarrollado prototipos de armas que utilicen la tecnología de microondas para la incapacitación momentánea o permanente de diferentes enemigos en un radio limitado.

La tecnología de microondas también es utilizada por los radares, para detectar el rango, velocidad y otras características de objetos remotos; o en el máser, un dispositivo semejante a un láser pero que trabaja con frecuencias de microondas.

Las cámaras de RF ejemplifican el gran cambio que recientemente ha surgido en este tipo de tecnologías. Desempeñan un papel importante en el ámbito de radar, detección de objetos y la extracción de identidad mediante el uso del principio de imágenes microondas de alta resolución, que consiste, esencialmente, en un transmisor de impulsos para iluminar la tarjeta, un auto-adaptador aleatorio de fase seguido por un receptor de microondas que produce un holograma a través del cual se lee la información de la fase e intensidad de la tarjeta de radiación.

Microondas!

Las microondas son ondas de radio de alta frecuencia (campos de radiofrecuencia) y como la radiación visible (luz), son parte del espectro electromagnético.

Se encuentran definidas en un rango de frecuencias determinado; generalmente de entre 300 MHz y 300 GHz, que supone un período de oscilación de 3 ns (3×10-9 s) a 3 ps (3×10-12 s) y una longitud de onda en el rango de 1 m a 1 mm.

El rango de las microondas está incluido en las bandas de radiofrecuencia, concretamente en las UHF (ultra-high frequency, frecuencia ultra alta en español) (0.3 – 3 GHz), SHF (super-high frequency, frecuencia super alta) (3 – 30 GHz) y EHF (extremely high frequency, frecuencia extremadamente alta) (30 – 300 GHz). Otras bandas de radiofrecuencia incluyen ondas de menor frecuencia y mayor longitud de onda que las microondas. Las microondas de mayor frecuencia y menor longitud de onda —en el orden de milímetros— se denominan ondas milimétricas, radiación terahercio o rayos T.

Las microondas son reflejadas, transmitidas o absorbidas por los materiales en sus trayectorias, de manera similar a la luz. Los materiales metálicos reflejan totalmente las microondas mientras que los materiales no metálicos como el vidrio y algunos plásticos son mayormente transparente a las microondas.

Los materiales que contienen agua, por ejemplo los alimentos, los fluidos o los tejidos, rápidamente absorben la energía de las microondas, la cual después es convertida en calor.

Ruido Termico!

El ruido térmico (tambien conocido como ruido de Johnson o ruido de Nyquist) es eléctrico y es producido por la energía interna de la materia, se genera por la agitación térmica de los portadores de carga (generalmente electrones dentro de un conductor) en equilibrio. Como se recordará, el movimiento browniano de las partículas produce energía que en general se disipa en modo de calor. Pero una parte de ella funciona como interferencia eléctrica. Nyquist, de los laboratorios Bell, observó en 1928 que la interferencia eléctrica era proporcional a la agitación de electrones proveniente de lo que denominó “energía browniana”, y estableció la base para el cálculo. Entre las características más sobresalientes del ruido térmico, prevalecen que es aleatorio, porque los electrones agitados por la energía browniana tienen un movimiento aleatorio; es blanco, denominación que recibe por analogía con la luz blanca, al estar presente en todas las frecuencias; y es resistivo, porque depende lineal y directamente de la resistividad del material. El ruido térmico recibe el nombre alternativo de ruido plano, porque su respuesta o su densidad espectral de potencia es plana y depende diréctamente de la resistencia y de la temperatura (en ºK).

Mientras más baja es la temperatura, más bajo es el ruido térmico. Un exceso de ruido térmico puede provocar fallas en un dispositivo.

 

Ruido de cuantificación!

Se define como error de cuantificación o ruido de cuantificación a la señal en tiempo discreto y amplitud continua introducida por el proceso de cuantificación (uno de los procesos que intervienen en la conversión analógica-digital, que sigue al de muestreo y precede al de codificación) y que resulta de igualar los niveles de las muestras de amplitud continua a los niveles de cuantificación más próximos. Una vez cuantificadas las muestras podrán ser codificadas ya que siempre se podrá establecer una correspondencia biunívoca entre cada nivel de cuantificación y un número entero. Para el caso del cuantificador ideal se trata del único error que introduce el proceso.

El proceso de convertir una señal en tiempo discreto de amplitud continua (esto es, en el proceso de muestreo la señal se ha dividido en el tiempo en un número finito de muestras pero el valor de estas aún no ha sido limitado en precisión) en una señal discreta en tiempo y amplitud (sus dos dimensiones), expresando cada muestra por medio de una precisión finita y conocida (en contraposición a una precisión infinita -en matemática- o indeterminada -en física-) consecuencia del ajuste a un número finito y determinado de niveles, se denomina cuantificación. La diferencia que resulta de restar la señal de entrada a la de salida es el error de cuantificación, esto es, la medida en la que ha sido necesario cambiar el valor de una muestra para igualarlo a su nivel de cuantificación más próximo. Esta diferencia, entendida como una secuencia de muestras de tiempo discreto pero de amplitud continua (al igual que la señal de entrada), puede ser interpretado en la práctica como una señal indeseada añadida a la señal original (motivo por el que se denomina ruido, aunque no siempre cumpla con todos los criterios necesarios para ser considerado así y no distorsión)

El ruido de cuantificación es aproximadamente de distribución uniforme en amplitud y de densidad espectral más o menos constante (ruido blanco) sobre toda la banda de Nyquist1 (hasta la frecuencia crítica) en el supuesto de que el error de cuantificación no está correlacionado con la señal ni presente periodicidad. En este caso es posible referirse al error de cuantificación como un ruido blanco uniforme.

Bajo ciertas condiciones donde la tasa de muestreo y la señal están relacionados armónicamente, esto es, que alguno de sus componentes armónicos sea de una frecuencia submúltiplo par de la de muestreo, el error de cuantificación queda correlacionado y la energía se concentra en los armónicos de la señal (si bien la potencia del error es, en general, la misma que para el caso no correlacionado). En este caso, cuando la señal no deseada es función de la señal de entrada, el error no es un ruido y debe ser descrito como distorsión.

En particular el cuantificador mostrado en la figura es uniforme debido a que los pasos del mismo son todos del mismo tamaño. Existen también los no-uniformes. Otra forma de clasificarlos es si la característica es fija o cambia en el tiempo(cuantificadores fijos y adaptativos); también se clasifican en simétricos y no simétricos respecto al cero. 

Los niveles de cuantificación se eligen en función de la aplicación y del receptor. Si por ejemplo la señal es de voz, para lograr inteligibilidad basta usar 256 niveles de cuantificación.

El siguiente paso en muchos casos es convertir la señal en binaria con lo cual M=2n. Es decir por cada muestra que se toma cada ts, se deben transmitir n bits; por lo tanto esto equivale a tener una frecuencia de muestreo más rápida (nfs) y por consiguiente un mayor ancho de banda. 

El proceso de cuantificación genera una diferencia entre la señal original x(nts) y la cuantificada xq(nts). 

Ruido!

Se denomina ruido en la comunicación a toda señal no deseada que se mezcla con la señal útil que queremos transmitir. Es el resultado de diversos tipos de perturbación que tiende a enmascarar la información cuando se presenta en la banda de frecuencias del espectro de la señal, es decir, dentro de su ancho de banda.

El ruido se debe a múltiples causas: a los componentes electrónicos (amplificadores), al ruido térmico de las resistencias, a las interferencias de señales externas, etc. Es imposible eliminar totalmente el ruido, ya que los componentes electrónicos no son perfectos. Sin embargo, es posible limitar su valor de manera que la calidad de la comunicación resulte aceptable.

Entre los tipos de ruidos tenemos:

Diafonía o cruce aparente: es ocasionada por las interferencias que producen otros pares de hilos telefónicos próximos (conocida como cruce de líneas o crosstalk). Es un fenómeno mediante el cual una señal que transita por un circuito se induce en otro que discurre paralelo, perturbándolo. Si las señales inducidas se pueden entender, se denomina diafonía inteligible. Este es un fenómeno muy perjudicial ya que afecta al secreto de las telecomunicaciones. La diafonía próxima se denomina paradifonía y la que se observa en el extremo remoto telediafonía.


Eco: Es una señal de las mismas características que la original, pero atenuada y retardada respecto a ella. El efecto nocivo del eco afecta tanto a las conversaciones telefónicas como a las transmisión de datos y es mayor cuanto menos "atenuada" y más "retardada" llega la señal del eco. El eco puede ser del que habla y del que escucha, según el modo de afectar a los interlocutores. El eco del que escucha es el que más perjudica a las comunicaciones de datos. Para que las señales del eco reflejadas se reciban con un retardo "apreciable" han de recorrer grandes distancias, por ejemplo, en las comunicaciones intercontinentales o vía satélite. Una solución que se implantó en los circuitos telefónicos para evitar el eco en estos casos consistió en instalar un elemento denominado "supresor de eco", que era un dispositivo que impedía la transmisión simultánea en ambos sentidos. Evidentemente, era necesario inhibir estos dispositivos cuando se establecían por canales telefónicos circuitos de datos en modo dúplex mediante módem. Los propios módem inhibían a los supresores de eco emitiendo un tono especial.

Telediafonia!

Debido a la atenuación, la diafonía que ocurre a mayor distancia del transmisor genera menos ruido en un cable que la NEXT(Paradiafonía). 

A esto se le conoce como telediafonía, o FEXT en inglés Far end crosstalk . El ruido causado por FEXT también regresa a la fuente, pero se va atenuando en el trayecto. Por lo tanto, FEXT no es un problema tan significativo como NEXT.

En la imagen podemos apreciar como en el Circuito 1 tenemos un generador, que envía una señal de nivel V1, en un extremo, mientras que el otro extremo está terminado con una impedancia Zc igual a la impedancia característica del circuito  (Se denomina impedancia característica de una línea de transmisión a la relación existente entre la diferencia de potencial aplicada y la corriente absorbida por la línea en el caso hipotético de que esta tenga una longitud infinita, o cuando aún siendo finita no existen reflexiones).

El Circuito 2, está cargado en el extremo emisor con Zc y en el extremo distante tenemos un medidor de nivel (R) en el que mediremos un cierto nivel de señal V2 correspondiente a la diafonía.

A la relación en decibelios existente entre V1 y V2 es a lo que se denomina atenuación de telediafonía (αt)

 (αt) = 20log(V1/V2) (dB)

Paradiafonia

La paradiafonía (NEXT), Near end crosstalk (NEXT) se entiende como la relación entre la amplitud de voltaje de la señal de prueba y la señal diafónica o diafonía de extremo cercano, medida en el mismo extremo del enlace. Esta diferencia se expresa como un valor negativo en decibelios (dB).

El NEXT se debe medir de par en par en un enlace UTP, y desde ambos extremos del enlace. Para acortar los tiempos de prueba, algunos instrumentos de prueba de cables permiten que el usuario pruebe el desempeño NEXT de un enlace utilizando un intervalo de frecuencia mayor que la especificada por el estándar TIA/EIA. Las mediciones resultantes quizás no cumplan con TIA/EIA-568-B, y pasen por alto fallas en el enlace.

Para verificar el correcto desempeño de un enlace, NEXT se debe medir desde ambos extremos del enlace con un instrumento de prueba de buena calidad. Este es también un requisito para cumplir con la totalidad de las especificaciones para cables de alta velocidad.

En la figura podemos apreciar ambos circuitos terminados en su impedancia característica Z_c en el extremo distante, mientras que en el extremo cercano el emisor se halla conectado en el Circuito 1 y el medidor en el Circuito 2.

La Paradiafonía de suma de potencia (PSNEXT) mide el efecto acumulativo de NEXT de todos los pares de hilos del cable. PSNEXT se computa para cada par de hilos por los efectos de NEXT de los otros tres pares. El efecto combinado de la diafonía proveniente de múltiples fuentes simultáneas de transmisión puede ser muy perjudicial para la señal.

En la actualidad, la certificación TIA/EIA-568-B exige esta prueba de PSNEXT.

Algunos estándares de Ethernet, como 10BASE-T y 100 BASE-TX, reciben datos de un solo par de hilos en cada dirección. No obstante, para las tecnologías más recientes como 1000 BASE-T, que reciben datos simultáneamente desde múltiples pares en la misma dirección, las mediciones de suma de potencias son pruebas muy importantes.

Recordemos que como el número de decibelios que muestra el analizador de cables es un número negativo, cuanto mayor sea ese número, menor será la NEXT en ese par de hilos.

Diafonia!

En Telecomunicación, se dice que entre dos circuitos existe diafonía, denominada en inglés Crosstalk (XT), cuando parte de las señales presentes en uno de ellos, considerado perturbador, aparece en el otro, considerado perturbado, es decir sucede cuando existe un acoplamiento o perturbacion entre dos señales (particularmente en audio) que se solapan o acoplan debido a la cercania de las pistas por las que discurre cada señal.

La diafonía, en el caso de cables de pares trenzados se presenta generalmente debido a acoplamientos magnéticos entre los elementos que componen los circuitos perturbador y perturbado o como consecuencia de desequilibrios de admitancia entre los hilos de ambos circuitos.

La diafonía se mide como la atenuación existente entre el circuito perturbador y el perturbado, por lo que también se denomina atenuación de diafonía.

.- Atenuacion : En telecomunicación, se denomina atenuación de una señal, sea esta acústica, eléctrica u óptica, a la pérdida de potencia sufrida por la misma al transitar por cualquier medio de transmisión.

Existen dos tipos de Diafonia:

.- Diafonia capacitiva: consiste en una interaccion de campo electrico que produce un acoplamiento de tensiones que se traduce en un pico de corriente transitoria.
.- Diafonia inductiva: consiste en una interaccion de campo magnetico que produce un acoplamiento de corrientes que se traduce en un pico de tension transitoria.

Esta es posible de evitar si se toman las siguientes medidas:

RECOMENDACIONES PARA EVITAR LA DIAFONIA:
1. Anchura minima de las pistas de señal de 0,5.
2. Utilizar placas de fibra de vidrio de baja constante dielectrica.
3. nunca trazar pistas de reloj junto a pistas portadoras de lineas de control de microprocesadores, reset, interrupciones, etc.
4. Procurar reducir la longitud comun entre pistas paralelas y aumentar la distancia de separacion entre ellas.
5. No trazar nunca pistas conectadas a circuitos logicos junto a pistas conectadas a circuitos analogicos portadores de señal de bajo nivel.