Planificación y Administración de Redes/Tema 3/Medios inalámbricos

Los medios inalámbricos son medios no guiados que basan su funcionamiento en la radiación de energía electromagnética. Esa energía es transmitida por un emisor y recibida por un receptor.

Existen dos configuraciones para la emisión y recepción de la energía:

• Direccional: en este tipo de transmisión, toda la energía se concentra en un haz que es emitido en una cierta dirección, por lo que se exige que el emisor y el receptor se encuentren alineados.
• Omnidireccional: en este caso la energía es dispersada en todas las direcciones, por lo que varias antenas pueden captarlas.

Tipos

Se podría hacer una clasificación de las comunicaciones que utilizan el medio inalámbrico atendiendo a la frecuencia que se utiliza. Aunque no existe una separación frecuencia clara, se pueden considerar cuatro tecnologías:

• Ondas de radio
• Microondas
• Infrarrojos
• Luz visible

Espectro electromagnético

	Longitud de onda (m)	Frecuencia (Hz)
Radio	1000 km – 1 mm	300 Hz - 300Gz
Luz	1 mm – 10 nm	300 GHz – 30 PHz
Rayos X	10 nm – 10 pm	30 PHz – 30 EHz
Rayos gamma	10 pm -	30 Ehz -

Frecuencias y medios empleados

Nota: Las ondas en las frecuencias del ultravioleta, rayos x y rayos gamma son ionizantes, es decir tienen repercusiones perjudiciales sobre los tejidos de los seres vivos, por lo que NO utilizan para la transmisión.

Rango de frecuencia	Longitud de onda	Banda (frecuencia)	Tipo de propagación	Aplicaciones
300 Hz – 3 KHz	1000-100 km	ELF (extrem. baja)	Superficie	Comunicaciones submarinas
3 KHz – 30 KHz	100-10 km	VLF (muy baja)	Superficie	Comunicaciones maritimas
30 KHz – 300 KHz	10-1 km	LF (baja) LW (Onda larga)	Superficie	Difusión AM
300 KHz – 3 MHz	1000-100 m	MF (media) MW (Onda media)	Troposférica	Difusión AM
3 MHz – 30 MHz	100-10 m	HF (alta) SW (Onda corta)	Ionosférica	Difusión AM, radioaficionados.
30 MHz – 300 MHz	10-1 m	VHF (muy alta)	Visión directa	Difusión FM, TV VHF
300 MHz – 3 GHz	1000-100 mm	UHF (ultra alta)	Visión directa	TV UHF, teléfonos móviles.
3 GHz – 30 GHz	100-10 mm	SHF (super alta)	Visión directa y espacio	Microondas terrestres, satélites
30 GHz – 300 GHz	10-1 mm	EHF (extrema. alta)	Espacio	Satélites, radar y comunicaciones experimentales
300 GHz – 6 THz	1 mm – 50 µm	Infrarrojo Lejano
6 THz – 120 THz	50 µm – 2,5 µm	Infrarrojo Medio
120 THz - 384 THz	2,5 µm – 780 nm	Infrarrojo Cercano
384 THz – 789 THz	780 nm – 380 nm	Luz Visible
789 THz – 1,5 PHz	380 nm – 200 nm	Ultravioleta Cercano
1.5 PHz – 30 PHz	200 nm -10 nm	Ultravioleta Extremo

Microondas
Luz

Microondas

Se denomina microondas a las ondas electromagnéticas definidas en un rango de frecuencias determinado generalmente de entre 300 MHz y 300 GHz, que supone una longitud de onda en el rango de 1 m a 1 mm. Otras definiciones, por ejemplo las de los estándares IEC 60050 y IEEE 100 sitúan su rango de frecuencias entre 1 GHz y 300 GHz, es decir, longitudes de onda de entre 30 centímetros a 1 milímetro.

El rango de las microondas está incluido en las bandas de radiofrecuencia, concretamente en las de UHF (ultra-high frequency - frecuencia ultra alta) 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.

Bandas ISM

ISM (Industrial, Scientific and Medical) son bandas reservadas internacionalmente para uso no comercial de radiofrecuencia electromagnética en áreas industrial, científica y médica. En la actualidad estas bandas han sido popularizadas por su uso en comunicaciones WLAN (e.g. Wi-Fi) o WPAN (e.g. Bluetooth).

Conviene destacar que el Reglamento de Radiocomunicaciones de UIT ha destinado a nivel mundial (y en algún caso, regional) bandas para uso primario para las aplicaciones Industriales, Científicas y Médicas (ICM). La Nota de Pie 5.150 dice:

“Las bandas:

• 13.553-13.567 kHz (frecuencia central 13.560 kHz),
• 26.957-27.283 kHz (frecuencia central 27.120 kHz),
• 40,66-40,70 MHz (frecuencia central 40,68 MHz),
• 902-928 MHz en la Región 2 (frecuencia central 915 MHz),
• 2.400-2.500 MHz (frecuencia central 2.450 MHz),
• 5.725-5.875 MHz (frecuencia central 5.800 MHz) y
• 24-24,25 GHz (frecuencia central 24,125 GHz),

están designadas para aplicaciones industriales, científicas y médicas (ICM). Los servicios de radiocomunicación que funcionan en estas bandas deben aceptar la interferencia perjudicial resultante de estas aplicaciones. “

El uso de estas bandas de frecuencia está abierto a todo el mundo sin necesidad de licencia, respetando las regulaciones que limitan los niveles de potencia transmitida. Este hecho fuerza a que este tipo de comunicaciones tengan cierta tolerancia frente a errores y que utilicen mecanismos de protección contra interferencias, como técnicas de ensanchado de espectro.

Algunos aparatos que usan la frecuencia de 2,4 GHz son los microondas, teléfonos inalámbricos, monitores de bebés, IEEE 802.15.1 (WPAN - Bluetooth) e IEEE 802.11 (WLAN)...

Transmisiones por satélite

Las comunicaciones por satélite han sido una revolución tecnológica de igual magnitud que la desencadenada por la fibra óptica. Entre las aplicaciones más importantes de los satélites cabe destacar:

• La difusión de televisión.
• La transmisión telefónica a larga distancia.
• Las redes privadas.

El rango de frecuencias óptimo para la transmisión vía satélite está en el intervalo comprendido entre 1 y 10 GHz. Por debajo de 1 GHZ, el ruido producido por causas naturales es apreciable, incluyendo el ruido galáctico, el solar, el atmosférico y el producido por interferencias con otros dispositivos electrónicos. Por encima de los 10 GHz, la señal se ve severamente afectada por la absorción atmosférica y por las precipitaciones.

Según la altura a la que se sitúen los satélites, existen 3 tipos:

• En 1945, el escritor de ciencia-ficción Arthur C. Clarke calculó que un satélite a una altitud de 35.800 km en una órbita ecuatorial circular aparentaría permanecer inmóvil en el cielo, por lo que no sería necesario rastrearlo (Clarke, 1945). Con la tecnología disponible en esa época no era factible el envío y mantenimiento de dichos satélites. La invención del transistor cambió las cosas, y el primer satélite de comunicaciones artificial, Telstar, fue lanzado en julio de 1962. Desde entonces, los satélites de comunicaciones se han convertido en un negocio multimillonario y en el único aspecto del espacio exterior altamente rentable. Con frecuencia, a estos satélites que vuelan a grandes alturas se les llama satélites GEO (Órbita Terrestre Geoestacionaria).
• Los satélites MEO (Órbita Terrestre Media) se encuentran a altitudes mucho más bajas, entre los dos cinturones de Van Allen. Vistos desde la Tierra, estos satélites se desplazan lentamente y tardan alrededor de seis horas para dar la vuelta a la Tierra. Por consiguiente, es necesario rastrearlos conforme se desplazan. Puesto que son menores que los GEO, tienen una huella más pequeña y se requieren transmisores menos potentes para alcanzarlos. Hoy en día no se utilizan para telecomunicaciones, por lo cual no los examinaremos aquí. Los 24 satélites GPS (Sistema de Posicionamiento Global) que orbitan a cerca de 18,000 km son ejemplos de satélites MEO.
• En una altitud más baja encontramos a los satélites LEO (Órbita Terrestre Baja). Debido a la rapidez de su movimiento, se requieren grandes cantidades de ellos para conformar un sistema completo. Por otro lado, como los satélites se encuentran tan cercanos a la Tierra, las estaciones terrestres no necesitan mucha potencia, y el retardo del viaje de ida y vuelta es de tan sólo algunos milisegundos. En esta sección examinaremos tres ejemplos, dos sobre las comunicaciones de voz y uno sobre el servicio de Internet.

Existen 2 configuraciones para la transmisión por satélite:

• enlace punto a punto
• enlace de difusión