Bandas de Frecuencia y Multiplexación

Bandas de Frecuencia

Las bandas de frecuencia son intervalos de frecuencias del espectro electromagnético asignados a diferentes usos dentro de las radiocomunicaciones. Su uso está regulado por la Unión Internacional de Telecomunicaciones y puede variar según el lugar. El espacio asignado a las diferentes bandas abarca el espectro de radiofrecuencia y parte del de microondas y está dividido en sectores.

Las longitudes de onda diferentes poseen propiedades diferentes. Las longitudes de onda largas pueden recorrer grandes distancias y atravesar obstáculos. Las grandes longitudes de onda pueden rodear edificios o atravesar montañas, pero cuanto mayor sea la frecuencia (y por tanto, menor la longitud de onda), más fácilmente pueden detenerse las ondas.

Cuando las frecuencias son lo suficientemente altas (hablamos de decenas de gigahertzios), las ondas pueden ser detenidas por objetos como las hojas o las gotas de lluvia, provocando el fenómeno denominado "rain fade". Para superar este fenómeno se necesita bastante más potencia, lo que implica transmisores más potentes o antenas más enfocadas, que provocan que el precio del satélite aumente.

La ventaja de las frecuencias elevadas (las bandas Ku y Ka) es que permiten a los transmisores enviar más información por segundo. Esto es debido a que la información se deposita generalmente en cierta parte de la onda: la cresta, el valle, el principio o el fin. El compromiso de las altas frecuencias es que pueden transportar más información, pero necesitan más potencia para evitar los bloqueos, mayores antenas y equipos más caros.

Concretamente, las bandas más utilizadas en los sistemas de satélites son: Banda L, Banda Ku, Banda Ka y Banda C.

Tipos de Bandas de Frecuencia

Los radares de frecuencias operan según bandas las cuales están presentes en los detectores y según el país que corresponda deberemos activar o desactivar dichas bandas para ajustar el detector a nuestras necesidades. A continuación se muestra un resumen de los tipos de bandas de frecuencia:

• Banda S: Obsoleta completamente. En algunos países se utiliza para generar una señal de aviso ante posibles situaciones peligrosas para el tráfico. 
• Banda X: Frecuencias 9,41Ghz, 9,90Ghz, 10,52Ghz y 10,60Ghz. Estas frecuencias son propias de épocas pasadas y ya no se utilizan. Su activación solo trae consigo la aparición de falsas alarmas provenientes de dispositivos como puertas automáticas.
• Banda K: Frecuencias 24,125Ghz y 24,150Ghz. La frecuencia de 24,125Ghz es la utilizada por radares Gatso o los TempoCam, en general suelen ser radares de semáforo. La activación de la banda K puede provocar falsas alarmas al paso por gasolineras. Por muchos países de Europa hay varios miles de radares en esta frecuencia. Últimamente están instalándose radares de velocidad en esta frecuencia por carreteras del estado español.
• Banda Ku: Frecuencia 13,45Ghz. Esta frecuencia solo se utiliza por radares de países como Francia o Inglaterra en donde está bastante extendida. En España no existen por el momento radares que utilicen la banda Ku.
• Banda Ka acotada: Esta banda es la propia de los radares Europeos. Trabaja con las frecuencias 33,80Ghz, 34,30Ghz y 34,70Ghz. Últimamente se le añade la frecuencia 35.5Ghz en radares de última aparición. En esta frecuencia trabajan típicamente los radares Multanova. La utilización de la banda Ka acotada en vez de la Ka ancha tiene la ventaja de que mejora el tiempo de detección de radar ya que no tiene que escanear el ancho de frecuencias entero de la banda Ka sino una frecuencia en concreto. En España se utiliza la frecuencia 34,3Ghz propia de los radares multanova.
• Banda Ka ancha: Esta banda se le llama la banda superancha americana. Trabaja con frecuencias desde la 34,3Ghz hasta la 36Ghz. Solo se utiliza en EEUU y aunque es capaz de detectar radares europeos su utilización en Europa provoca una reducción notable en su capacidad de detección ya que tiene que escanear una banda de frecuencias más ancha en vez de escanear puntualmente una frecuencia.

Cuadro Comparativo de Algunos Tipos de Bandas de Frecuencia

Usos, Ventajas y Desventajas de las Bandas de Frecuencias Utilizadas en las Comunicaciones Satelitales

• Banda C

- Usos: Un simple canal de satélite Banda-C, es capaz de llevar tanto señal de televisión como una o más canales separados de audio. Aprovechando esto hay más de 100 servicios de audio gratis, la mayoría en estéreo y muchos sin comerciales. La banda C siendo la primera banda de comunicación satelital pero que en estos tiempos se considera obsoleta nos ofrece servicios tales como la utilización de la banda para el radio aficionado, la transmisión de programas televisivos entre otros

- Ventajas/Desventajas: Comparado con la Banda-Ku, la Banda-C es más confiable bajo condiciones adversas, principalmente lluvia fuerte y granizo. Al mismo tiempo, las frecuencias de Banda-C están más congestionadas y son más vulnerables hacia interferencia terrestre. Ya que el diámetro de una antena debe ser proporcional a la longitud de  onda de la onda que recibe, la Banda-C exige antenas mayores que las de la Banda Ku. Aunque esto no es un problema mayor para instalaciones permanentes, los platos de Banda-C imponen limitaciones para camiones NG (Sáteline News Gathering, camiones diseñados y equipados para enviar una señal a un satélite). Muchos servicios de satélite para el hogar, como el Dish networktm y Direct-tv, tienen sus propios sistemas de satélites y receptores. Al menos uno de estos servicios tiene una capacidad de 50 canales digitales y simultáneos de TV. A diferencia de los servicios de Banda-C y Banda-Ku, una vez que usted adquiere este tipo de receptor y el plato receptor, usted está limitado a ese servicio particular y a los pagos de subscripción que lo acompañan.

• Banda K

- Usos: En Europa trabajan los radares Speedophot, Gatso 24, los Mesta208, los Multanova 5F. Este tipo de radares se usan mucho en Europa, siendo muy populares, como por ejemplo en Inglaterra donde existen aproximadamente unos 6.000. En España existían hasta hace poco algunos Multanovas 5F, la característica principal de estos equipos es que no pueden operar en movimiento, únicamente pueden operar en vehículos parados desde al arcén. Esta banda se detecta fácilmente, pero también existen muchas falsas alarmas, sobre todo generadas por las puertas automáticas que dan acceso a los supermercados y a las gasolineras

- Ventajas/Desventajas: La Banda K definida por el IEEE La banda k es un segmento del espectro  electromagnético en el rango de frecuencias de microondas comprendidas entre 18 y27 GHz. La banda K entre 18 y 26.5 GHz es fácilmente absorbida por el vapor de  agua (La frecuencia de resonancia del agua H2O es de 22.24 GHz, 1.35 cm de longitud de onda).

• Banda Ka

- Usos: La Banda Ka es un rango de frecuencias utilizado en las comunicaciones vía satélite. Dispone de un amplio espectro de ubicaciones y sus longitudes de onda transportan grandes cantidades de datos, pero son necesarios transmisores muy potentes y es sensible a interferencias ambientales. Esta banda también es utilizada en algunos modelos de radar (en España se usa tanto para radares fijos como móviles) por los servicios de control de tráfico (tanto nacionales como regionales y municipales).

- Ventajas: amplio espectro de ubicaciones disponible; las longitudes de onda transportan grandes cantidades de datos.

- Desventajas: son necesarios transmisores muy potentes; sensibles a interferencias ambientales.

• Banda Ku

- Usos: La banda Ku se utiliza principalmente para las comunicaciones por satélite, especialmente para la edición y la radiodifusión de televisión por satélite. Esta banda se divide en varios segmentos desglosarse en las regiones geográficas, según lo determinado por la UIT (Unión Internacional de Telecomunicaciones).La banda Ku es una porción del espectro electromagnético de microondas en el rango de frecuencias que van desde 11,7 a 12.7GHz. (Frecuencias de bajada) y 14 a14.5GHz (frecuencias de enlace ascendente). Servicios que se pueden encontrar en la banda Ku incluyen redes educativas, redes empresariales, deportes regreso, la tele-conferencias, los canales de noticias en el móvil de camiones, programación internacional, y varios de SCPC (único canal por portador) las transmisiones de audio analógico, así como de FM servicios de audio.

- Ventajas: Longitudes de onda medianas que traspasan la mayoría de los obstáculos y transportan una gran cantidad de datos. Usos más eficiente delas capacidades del satélite y a que, al no estar tan influenciado por las interferencias, se puede usar técnicas de acceso más eficientes como FDMA o TDMA frente a CDMA que hace un uso menos eficaz del ancho de banda. Antenas más pequeñas (0,6 a 1,8m) Si ya tienes una banda C de funcionamiento del sistema en su lugar, puede readaptación a aceptar frecuencias de banda Ku. La banda Ku los satélites suelen requerir mucho más para poder transmitir la banda C de los satélites. Sin embargo, la banda Ku antenas a ser más pequeñas (que varían en tamaño de 2 'a5' de diámetro.)

- Desventajas: La mayoría de las ubicaciones están adjudicadas. Hay regiones donde no está disponible. Tecnología más cara. Cuando las frecuencias superiores a 10 GHz son transmitidos y recibidos utilizan en una gran área de lluvia caída, se produce una notable degradación, debido a los problemas causados por y proporcional a la cantidad de lluvia caída (comúnmente conocido como conocido como "lluvia fundido")

Multiplexación

En telecomunicación, la multiplexación es la combinación de dos o más canales de información en un solo medio de transmisión usando un dispositivo llamado multiplexor. El proceso inverso se conoce como de multiplexación. Un concepto muy similar es el de control de acceso al medio. En informática y electrónica, la multiplexación se refiere al mismo concepto si se trata de buses de datos que haya que compartir entre varios dispositivos (discos, memoria, etc.). Otro tipo de multiplexación en informática es el de la CPU, en la que a un proceso le es asignado un quantum de tiempo durante el cual puede ejecutar sus instrucciones, antes de ceder el sitio a otro proceso que esté esperando en la cola de procesos listo a ser despachado por el planificador de procesos. También en informática, se denomina multiplexar a combinar en un mismo archivo contenedor, varias pistas de dos archivos, por ejemplo de audio y vídeo, para su correcta reproducción, también en informática multiplexar un archivo, es una forma que se mantengan varias copias idénticas de este archivo, esto para respaldar información en caso de que ocurra un fallo en el archivo principal.

Tipos de Multiplexación

• Multiplexación por División de Frecuencia

La multiplexación por división de frecuencia (MDF) o (FDM), del inglés Frequency Division Multiplexing, es un tipo de multiplexación utilizada generalmente en sistemas de transmisión analógicos. La forma de funcionamiento es la siguiente: se convierte cada fuente de varias que originalmente ocupaban el mismo espectro de frecuencias, a una banda distinta de frecuencias, y se transmite en forma simultánea por un solo medio de transmisión. Así se pueden transmitir muchos canales de banda relativamente angosta por un solo sistema de transmisión de banda ancha.

El FDM es un esquema análogo de multiplexado; la información que entra a un sistema FDM es analógica y permanece analógica durante toda su transmisión. Un ejemplo de FDM es la banda comercial de AM, que ocupa un espectro de frecuencias de 535 a 1605 kHz. Si se transmitiera el audio de cada estación con el espectro original de frecuencias, sería imposible separar una estación de las demás. En lugar de ello, cada estación modula por amplitud una frecuencia distinta de portadora, y produce una señal de doble banda lateral de 10KHz.

Hay muchas aplicaciones de FDM, por ejemplo, la FM comercial y las emisoras de televisión, así como los sistemas de telecomunicaciones de alto volumen. Dentro de cualquiera de las bandas de transmisión comercial, las transmisiones de cada estación son independientes de las demás.

Una variante de MDF es la utilizada en fibra óptica, donde se multiplexan señales, que pueden ser analógicas o digitales, y se transmiten mediante portadoras ópticas de diferente longitud de onda, dando lugar a la denominada multiplexación por división de longitud de onda, o WDM del inglés Wavelength Division Multiplexing.

En la Figura 1 siguiente se representa, de forma muy esquematizada, un conjunto multiplexor-demultiplexor por división de frecuencia para tres canales, cada uno de ellos con el ancho de banda típico del canal telefónico analógico (0,3 a 3,4 kHz).

En esta figura, se puede ver como la señal de cada uno de los canales modula a una portadora distinta, generada por su correspondiente oscilador (O-1 a O-3). A continuación, los productos de la modulación son filtrados mediante filtros paso banda, para seleccionar la banda lateral adecuada. En el caso de la figura se selecciona la banda lateral inferior. Finalmente, se combinan las salidas de los tres filtros (F-1 a F-3) y se envían al medio de transmisión que, en este ejemplo, debe tener una de banda de paso comprendida, al menos, entre 8,6 y 19,7 kHz.

En el extremo distante, el demultiplexor realiza la función inversa. Así, mediante los filtros F-4 a F-6, los demoduladores D-1 a D-3 (cuya portadora se obtiene de los osciladores O-4 a O-6) y finalmente a través de los filtros paso bajo F-7 a F-9, que nos seleccionan la banda lateral inferior, volvemos a obtener los canales en su banda de frecuencia de 0,3 a 3,4 kHz.

• Multiplexación por División de Tiempo

La multiplexación por división de tiempo (MDT) o (TDM), del inglés Time Division Multiplexing, es el tipo de multiplexación más utilizado en la actualidad, especialmente en los sistemas de transmisión digitales. En ella, el ancho de banda total del medio de transmisión es asignado a cada canal durante una fracción del tiempo total (intervalo de tiempo).

En la figura 1 siguiente se representa, esquematizada de forma muy simple, un conjunto multiplexor-demultiplexor para ilustrar como se realiza la multiplexación-desmultiplexación por división de tiempo.

En este circuito, las entradas de seis canales llegan a los denominados interruptores de canal, los cuales se cierran de forma secuencial, controlados por una señal de reloj, de manera que cada canal es conectado al medio de transmisión durante un tiempo determinado por la duración de los impulsos de reloj.

En el extremo distante, el desmultiplexor realiza la función inversa, esto es, conecta el medio de transmisión, secuencialmente, con la salida de cada uno de los seis canales mediante interruptores controlados por el reloj del demultiplexor. Este reloj del extremo receptor funciona de forma sincronizada con el del multiplexor del extremo emisor mediante señales de temporización que son transmitidas a través del propio medio de transmisión o por un camino.

• Multiplexación por División de Tiempo Estadístico

En situaciones reales, ningún canal de comunicaciones permanece continuamente transmitiendo, de forma que, si se reserva automáticamente una porción del tiempo de transmisión para cada canal, existirán momentos en los que, a falta de datos del canal correspondiente, no se transmita nada y, en cambio, otros canales esperen innecesariamente. La idea de esta multiplexación consiste en transmitir los datos de aquellos canales que, en cada instante, tengan información para transmitir.

Los multiplexores MDT estadísticos (MDTE) asignan dinámicamente los intervalos de tiempo entre los terminales activos y, por tanto, no se desaprovecha la capacidad de la línea durante los tiempos de inactividad de los terminales.

El funcionamiento de estos multiplexores permite que la suma de las velocidades de los canales de entrada supere la velocidad del canal de salida. Si en un momento todos los canales de entrada tienen información, el tráfico global no podrá ser transmitido y el multiplexor necesitará almacenar parte de esta información.

Los multiplexores estadísticos han evolucionado en un corto período de tiempo convirtiéndose en máquinas muy potentes y flexibles. Han acaparado prácticamente el mercado de la MDT y constituyen actualmente una seria competencia a los MDF. Estos proporcionan técnicas de control de errores y control del flujo de datos. Algunos proporcionan la circuitería de modulación para realizar la interfaz con redes analógicas.

De otra forma, sería necesario usar módem separados. El control de flujo se emplea para prevenir el hecho de que los dispositivos puedan enviar datos a un ritmo excesivo a las memorias tampón buffer de los multiplexores.

• Multiplexación por División de Código

La multiplexación por división de código CDM (del inglés Code División Múltiple) es un término genérico para varios métodos de multiplexación o control de acceso al medio basados en la tecnología de espectro expandido. Se basa en el uso de distintas codificaciones para cada canal, compartiendo tiempo y frecuencia simultáneamente. Es una multiplexación que usa la tecnología de espectro extendido. Espectro extendido se basa en el empleo de códigos de secuencia directa, estos códigos matemáticos transmiten y distinguen entre conversaciones inalámbricas múltiples, los códigos tienen valores pequeños de correlación y son únicos para cada usuario. Es la razón por la que el receptor de un determinado transmisor, es capaz de seleccionar la señal deseada. Habitualmente se emplea en comunicaciones inalámbricas (por radiofrecuencia), aunque también puede usarse en sistemas de fibra óptica o de cable.

• Multiplexación por División de Longitud de Onda

La multiplexación por división de longitud de onda (WDM, del inglés Wavelength Division Multiplexing) es una tecnología que multiplexa varias señales sobre una sola fibra óptica mediante portadoras ópticas de diferente longitud de onda, usando luz procedente de un láser o un LED.

Este término se refiere a una portadora óptica (descrita típicamente por su longitud de onda) mientras que la multiplexación por división de frecuencia generalmente se emplea para referirse a una portadora de radiofrecuencia (descrita habitualmente por su frecuencia). Sin embargo, puesto que la longitud de onda y la frecuencia son inversamente proporcionales, y la radiofrecuencia y la luz son ambas formas de radiación electromagnética, la distinción resulta un tanto arbitraria.

El dispositivo que une las señales se conoce como multiplexor mientras que el que las separa es un demultiplexor. Con el tipo adecuado de fibra puede disponerse un dispositivo que realice ambas funciones a la vez, actuando como un multiplexor óptico de inserción-extracción.

Los primeros sistemas WDM aparecieron en torno a 1985 y combinaban tan sólo dos señales. Los sistemas modernos pueden soportar hasta 160 señales y expandir un sistema de fibra de 10Gb/s hasta una capacidad total 25,6 Tb/s sobre un solo par de fibra.

Instituto Universitario de Tecnología de los Llanos.
PNF en Informática. Régimen Nocturno.
Trayecto III. Trimestre I. Sección ‘01’.
Valle de la Pascua, Estado Guárico.

Facilitador:

Moreno, Miguel.

Integrantes: 

Farias, Edward CI: 21.313.546

Fuentes, Katherine CI: 22.615.182

Joa, Daniel CI: 23.567.139

Gota, Carlos CI: 22.615.947

Soto, Diego CI: 19.702.011

Díaz, Luis CI: 19.382.438

Bastardo, Luis CI: 20.954.689