Transmissão de microondas

Antenas refletoras de chifres de banda C no telhado de uma central telefônica em Seattle, Washington, parte dos Estados Unidos. AT&T rede de relé de microondas Long Lines

Dúzias de pratos de microondas na Heinrich-Hertz-Turm em Hamburgo, Alemanha

O rádio-relé de microondas é uma tecnologia amplamente utilizada nas décadas de 1950 e 1960 para transmitir informações, tais como chamadas telefônicas de longa distância e programas de televisão entre dois pontos terrestres em um feixe estreito de microondas. No relé de rádio de microondas, um transmissor de microondas e uma antena direcional transmitem um feixe estreito de microondas transportando muitos canais de informação em uma linha de visão para outra estação de relé onde é recebida por uma antena direcional e um receptor, formando uma conexão de rádio fixa entre os dois pontos. A ligação era frequentemente bidirecional, usando um transmissor e um receptor em cada extremidade para transmitir dados em ambas as direcções. A exigência de uma linha de visão limita a separação entre as estações ao horizonte visual, cerca de 30 a 50 milhas (48 a 80 km). Para distâncias maiores, a estação receptora poderia funcionar como um relé, retransmitir a informação recebida para outra estação ao longo de sua viagem. Cadeias de estações de relé de microondas foram usadas para transmitir sinais de telecomunicação através de distâncias transcontinentais. Estações de relé de microondas estavam frequentemente localizadas em edifícios altos e montanhas, com suas antenas em torres para obter o máximo alcance.

A partir dos anos 50, as redes de ligações de relé de microondas, como o sistema AT&T Long Lines nos EUA, levavam chamadas telefônicas de longa distância e programas de televisão entre cidades. O primeiro sistema, denominado TD-2 e construído pela AT&T, conectou Nova York e Boston em 1947 com uma série de oito estações de retransmissão de rádio. Estas incluíam longas séries em cadeia de margaridas de ligações que atravessavam cadeias de montanhas e atravessavam continentes. O lançamento dos satélites de comunicação na década de 1970 proporcionou um menor custo. Grande parte do tráfego transcontinental é agora transportado por satélites e fibras ópticas, mas o relé de microondas continua a ser importante para distâncias mais curtas.

PlanningEdit

Torre de comunicações na Frazier Mountain, no sul da Califórnia com pratos de relé de microondas

Porque as ondas de rádio viajam em feixes estreitos confinados a uma linha de visão de uma antena para a outra, elas não interferem com outros equipamentos de microondas, de modo que as ligações de microondas próximas podem usar as mesmas frequências. As antenas devem ser altamente direcionais (alto ganho); essas antenas são instaladas em locais elevados, como grandes torres de rádio, a fim de poder transmitir através de longas distâncias. Tipos típicos de antenas usadas em instalações de ligação de rádio-relé são antenas parabólicas, lentes dielétricas e antenas refletoras de chifre, que têm um diâmetro de até 4 metros. Antenas altamente diretivas permitem um uso econômico do espectro de freqüência disponível, apesar das longas distâncias de transmissão.

Nó de relé de rádio militar dinamarquês

Por causa das altas freqüências usadas, um caminho de linha de visão entre as estações é necessário. Adicionalmente, a fim de evitar a atenuação do feixe, uma área ao redor do feixe chamada primeira zona Fresnel deve estar livre de obstáculos. Obstáculos no campo de sinal causam atenuação indesejada. As posições dos picos ou cristas das montanhas altas são frequentemente ideais.

Camião de produção utilizado para transmissões remotas por telejornais de televisão tem uma antena de microondas num mastro telescópico retráctil para transmitir vídeo ao vivo de volta ao estúdio.

Obstacles, a curvatura da Terra, a geografia da área e problemas de recepção decorrentes do uso de terrenos próximos (como na fabricação e na silvicultura) são questões importantes a considerar ao planejar ligações de rádio. No processo de planejamento, é essencial que sejam produzidos “perfis de caminho”, que forneçam informações sobre o terreno e as zonas Fresnel que afetam o caminho de transmissão. A presença de uma superfície de água, como um lago ou rio, ao longo do trajeto também deve ser levada em consideração, pois pode refletir o feixe, e o feixe direto e refletido pode interferir na antena receptora, causando o desvanecimento de múltiplas vias. Os desbotamentos de multicaminhos são geralmente profundos apenas em um pequeno ponto e em uma estreita faixa de freqüência, de modo que esquemas de espaço e/ou diversidade de freqüência podem ser aplicados para mitigar esses efeitos.

Os efeitos da estratificação atmosférica fazem com que o caminho de rádio se curve para baixo em uma situação típica, de modo que uma distância maior é possível à medida que a curvatura equivalente à terra aumenta de 6370 km para cerca de 8500 km (um efeito de raio equivalente a 4/3). Eventos raros de temperatura, umidade e perfil de pressão versus altura, podem produzir grandes desvios e distorções da propagação e afetar a qualidade da transmissão. Chuva de alta intensidade e neve que faz com que a chuva desapareça também deve ser considerada como um fator de deficiência, especialmente em freqüências acima de 10 GHz. Todos os fatores anteriores, conhecidos coletivamente como perda de caminho, tornam necessário calcular margens de potência adequadas, a fim de manter o link operativo por uma alta porcentagem de tempo, como o padrão 99,99% ou 99,999% utilizado nos serviços de ‘carrier class’ da maioria dos operadores de telecomunicações.

O mais longo relé de rádio de microondas conhecido até o momento atravessa o Mar Vermelho com um salto de 360 km entre Jebel Erba (2170m a.s.l.), 20°44′46.17″N 36°50′24.65″E / 20.7461583°N 36.8401806°E, Sudão) e Jebel Dakka (2572m a.s.l., 21°5′36.89″N 40°17′29.80″E / 21.0935806°N 40.2916111°E, Arábia Saudita). A ligação foi construída em 1979 pela Telettra para transmitir 300 canais telefónicos e um sinal de TV, na banda de frequência de 2 GHz. (A distância do lúpulo é a distância entre duas estações de microondas).

As considerações anteriores representam problemas típicos que caracterizam as ligações de rádio terrestre usando microondas para as chamadas redes de backbone: comprimentos de lúpulo de algumas dezenas de quilômetros (tipicamente 10 a 60 km) foram amplamente utilizados até os anos 90. As faixas de frequência abaixo de 10 GHz e, sobretudo, as informações a serem transmitidas, eram um fluxo contendo um bloco de capacidade fixa. O objetivo era fornecer a disponibilidade solicitada para todo o bloco (hierarquia digital Plesiochronous, PDH, ou Synchronous Digital Hierarchy, SDH). O desvanecimento e/ou multicaminhos que afetavam o link por um curto período de tempo durante o dia tinham de ser neutralizados pela arquitetura de diversidade. Durante os anos 90, as ligações de rádio por microondas começaram a ser amplamente utilizadas para ligações urbanas na rede celular. Os requisitos relativos à distância do link mudaram para lúpulos mais curtos (menos de 10 km, tipicamente 3 a 5 km), e a freqüência aumentou para bandas entre 11 e 43 GHz e mais recentemente, até 86 GHz (banda E). Além disso, o planejamento do link lida mais com chuvas intensas e menos com multicaminhos, de modo que os esquemas de diversidade se tornaram menos utilizados. Outra grande mudança que ocorreu durante a última década foi uma evolução para a transmissão por pacotes de rádio. Portanto, novas contramedidas, como a modulação adaptativa, foram adotadas.

A potência emitida é regulada para sistemas celulares e de microondas. Essas transmissões de microondas utilizam a potência emitida tipicamente de 0,03 a 0,30 W, irradiada por uma antena parabólica em um feixe estreito divergindo em alguns graus (1 a 3-4). A disposição dos canais de microondas é regulada pela União Internacional de Telecomunicações (ITU-R) e pelos regulamentos locais (ETSI, FCC). Na última década o espectro dedicado para cada banda de microondas tornou-se extremamente lotado, motivando o uso de técnicas para aumentar a capacidade de transmissão, tais como reutilização de freqüência, multiplexação de polarização-divisão, XPIC, MIMO.

HistoryEdit

Antenas de 1931 ligação experimental de relé de microondas de 1,7 GHz através do Canal Inglês. A antena de recepção (fundo, à direita) foi localizada atrás da antena de transmissão para evitar interferência.

Estação de relé de microondas portátil do US Army Signal Corps, 1945. Os sistemas de relé de microondas foram desenvolvidos pela primeira vez na Segunda Guerra Mundial para comunicação militar segura.

A história da comunicação por relé de microondas começou em 1898 a partir da publicação por Johann Mattausch na revista austríaca Zeitschrift für Electrotechnik. Mas a sua proposta era primitiva e não adequada para uso prático. As primeiras experiências com estações repetidoras de rádio para retransmissão de sinais de rádio foram feitas em 1899 por Emile Guarini-Foresio. No entanto, as ondas de rádio de baixa frequência e média frequência utilizadas durante os primeiros 40 anos de rádio provaram ser capazes de percorrer longas distâncias por ondas terrestres e propagação de ondas do céu. A necessidade do relé de rádio não começou realmente até a exploração das microondas nos anos 40, que viajavam por linha de visão e assim estavam limitadas a uma distância de propagação de cerca de 40 milhas (64 km) pelo horizonte visual.

Em 1931 um consórcio anglo-francês liderado por Andre C. Clavier demonstrou uma ligação experimental de relé de microondas através do Canal da Mancha usando pratos de 3 m (10 pés). Dados de telefonia, telégrafo e fac-símile foram transmitidos sobre os feixes bidirecionais de 1,7 GHz 40 milhas (64 km) entre Dover, Reino Unido, e Calais, França. A potência irradiada, produzida por um tubo Barkhausen-Kurz miniatura localizado no foco do prato, era de meio watt. Uma ligação militar de microondas de 1933 entre aeroportos de St. Inglevert, França, e Lympne, Reino Unido, uma distância de 56 km, foi seguida em 1935 por uma ligação de telecomunicações de 300 MHz, o primeiro sistema comercial de relé de microondas.

O desenvolvimento do radar durante a Segunda Guerra Mundial proporcionou grande parte da tecnologia de microondas que tornou possíveis as práticas ligações de comunicação por microondas, particularmente o oscilador klystron e as técnicas de concepção de antenas parabólicas. Embora não seja comumente conhecido, os militares dos EUA utilizaram tanto a comunicação por microondas portátil como a de estações fixas no Teatro Europeu durante a Segunda Guerra Mundial.

Após a guerra, as companhias telefônicas utilizaram esta tecnologia para construir grandes redes de rádio-relé de microondas para transportar chamadas telefônicas de longa distância. Durante a década de 1950, uma unidade da companhia telefônica norte-americana, AT&T Long Lines, construiu um sistema transcontinental de ligações de relé de microondas através dos EUA que cresceu para transportar a maioria do tráfego telefônico de longa distância dos EUA, bem como sinais de rede de televisão. A principal motivação em 1946 para usar rádio de microondas em vez de cabo era que uma grande capacidade podia ser instalada rapidamente e a menor custo. Naquela época, esperava-se que os custos anuais de operação do rádio de microondas fossem maiores do que os do cabo. Havia duas razões principais para que uma grande capacidade tivesse que ser introduzida de repente: A procura do serviço telefónico de longa distância, devido ao hiato durante os anos de guerra, e o novo meio de televisão, que precisava de mais largura de banda do que o rádio. O protótipo chamava-se TDX e foi testado com uma ligação entre a cidade de Nova Iorque e Murray Hill, a localização dos Laboratórios Bell em 1946. O sistema TDX foi criado entre Nova Iorque e Boston em 1947. O TDX foi atualizado para o sistema TD2, que era utilizado nos transmissores, e mais tarde para o TD3 que utilizava eletrônica de estado sólido.

Remarkable foram as ligações de relé de microondas para Berlim Ocidental durante a Guerra Fria, que teve de ser construído e operado devido à grande distância entre a Alemanha Ocidental e Berlim no limite da viabilidade técnica. Além da rede telefónica, também as ligações de relé de microondas para a distribuição de emissões de televisão e rádio. Isto incluiu conexões dos estúdios aos sistemas de transmissão distribuídos pelo país, bem como entre as estações de rádio, por exemplo para a troca de programas.

Os sistemas de relé de microondas militares continuaram a ser utilizados até os anos 60, quando muitos destes sistemas foram suplantados pelos sistemas de dispersão troposférica ou de satélite de comunicação. Quando o braço militar da OTAN foi formado, grande parte deste equipamento existente foi transferido para grupos de comunicações. Os sistemas de comunicações típicos utilizados pela OTAN durante esse período de tempo consistiam nas tecnologias que tinham sido desenvolvidas para serem utilizadas pelas entidades de transporte telefónico nos países anfitriões. Um exemplo dos EUA é o sistema de relé de microondas RCA CW-20A 1-2 GHz que utilizava um cabo UHF flexível em vez do rígido guia de ondas exigido pelos sistemas de frequências mais elevadas, tornando-o ideal para aplicações tácticas. A instalação típica de relé de microondas ou furgão portátil tinha dois sistemas de rádio (mais backup) conectando duas linhas de locais de visão. Estes rádios frequentemente levavam 24 canais telefônicos de divisão de freqüência multiplexados na portadora de microondas (i.e. Lenkurt 33C FDM). Qualquer canal poderia ser designado para transportar até 18 teletipos de comunicação. Sistemas similares da Alemanha e outros países membros também estavam em uso.

Redes de relé de microondas de longa distância foram construídas em muitos países até os anos 80, quando a tecnologia perdeu sua parcela de operação fixa para tecnologias mais novas, como cabo de fibra ótica e satélites de comunicação, que oferecem um custo mais baixo por bit.

Espionagem de microondas

Durante a Guerra Fria, as agências de inteligência dos EUA, como a Agência de Segurança Nacional (NSA), foram alegadamente capazes de interceptar o tráfego soviético de microondas usando satélites como o Rhyolite. Grande parte do feixe de uma ligação de microondas passa a antena receptora e irradia em direção ao horizonte, para o espaço. Ao posicionar um satélite geossíncrono no caminho do feixe, o feixe de microondas pode ser recebido.

Na virada do século, os sistemas de rádio-relé de microondas estão sendo usados cada vez mais em aplicações de rádio portátil. A tecnologia é particularmente adequada para esta aplicação devido aos menores custos operacionais, a uma infra-estrutura mais eficiente e ao fornecimento de acesso direto de hardware ao operador de rádio portátil.

Link de microondasEdit

Um link de microondas é um sistema de comunicação que utiliza um feixe de ondas de rádio na faixa de freqüência de microondas para transmitir vídeo, áudio ou dados entre dois locais, que podem ser de apenas alguns metros ou metros até vários quilômetros de distância. As ligações de microondas são normalmente utilizadas por emissoras de televisão para transmitir programas através de um país, por exemplo, ou de uma emissão externa de volta para um estúdio.

As unidades móveis podem ser montadas em câmaras, permitindo às câmaras a liberdade de se moverem sem cabos de arrasto. Estes são frequentemente vistos nas linhas tácteis dos campos desportivos em sistemas Steadicam.

Propriedades das ligações de microondasEditar

  • Tecnologia de comunicação da linha de visão (LOS)
  • Afetada em grande parte por restrições ambientais, incluindo o desbotamento da chuva
  • Dispor de capacidades de penetração muito limitadas através de obstáculos como colinas, edifícios e árvores
  • Sensível a alta contagem de pólen
  • Os sinais podem ser degradados durante eventos de prótons solares

Usos de ligações de microondasEditar

  • Em comunicações entre satélites e estações base
  • As backbone carriers for cellular systems
  • Em resumoalcance comunicações interiores
  • Ligação de centrais telefónicas remotas e regionais a centrais (principais) maiores sem necessidade de linhas de cobre/ fibra óptica
  • Medir a intensidade da chuva entre dois locais

Deixe uma resposta

O seu endereço de email não será publicado.