¿Tecnología inocua?
por M.E.Romero 12 mayo 2020
Comenzamos esta serie informativa sobre la tecnología emisora de ondas electromagnéticas o EMFs con el siguiente artículo publicado en RFGlobalnet. Este estudio sobre las propiedades únicas de absorción de oxígeno de la frecuencia de 60GHz se realizó en el 2001. Desde entonces, se han venido realizando innumerables estudios científicos, que en su mayoría, no cuentan con la debida difusión.
Comunicaciones inalámbricas fijas a 60 GHz. Propiedades únicas de absorción de oxígeno
Por Shigeaki (Shey) Hakusui, Presidente, Harmonix Corporation
La demanda de ancho de banda está creciendo a un ritmo rápido. International Data Corporation proyecta que el comercio por Internet en los Estados Unidos crecerá de $ 74 mil millones en 1999 a $ 708 mil millones en 2003, con el número de usuarios de computadoras más del doble de 81 millones a 177 millones solo en los Estados Unidos. Debido al tremendo crecimiento esperado, se deben instalar rápidamente redes confiables de fibra óptica.
En los Estados Unidos, menos del cinco por ciento de todos los edificios de oficinas comerciales tienen acceso a cables de fibra. Con los altos costes de instalación de fibra física, hasta $ 250,000 por milla, se han implementado muchas técnicas provisionales, incluidos los enlaces de comunicaciones ISDN, DSL, satelitales y de microondas, para superar este desafío de la "última milla". Sin embargo, estas técnicas plantean solo soluciones temporales, ya que ISDN y DSL requieren ancho de banda de medios físicos que no fueron diseñados para uso de Internet, y las frecuencias de microondas con licencia disponibles, 900MHz a 40GHz, y las frecuencias de satélite, 6GHz a 30GHz, son limitadas.
En los Estados Unidos, menos del cinco por ciento de todos los edificios de oficinas comerciales tienen acceso a cables de fibra. Con los altos costes de instalación de fibra física, hasta $ 250,000 por milla, se han implementado muchas técnicas provisionales, incluidos los enlaces de comunicaciones ISDN, DSL, satelitales y de microondas, para superar este desafío de la "última milla". Sin embargo, estas técnicas plantean solo soluciones temporales, ya que ISDN y DSL requieren ancho de banda de medios físicos que no fueron diseñados para uso de Internet, y las frecuencias de microondas con licencia disponibles, 900MHz a 40GHz, y las frecuencias de satélite, 6GHz a 30GHz, son limitadas.
Se requieren implementaciones de corta distancia y alta densidad de dispositivos de comunicaciones inalámbricas en áreas metropolitanas y parques empresariales en todo Estados Unidos. Muy a menudo, los edificios de oficinas, aunque no están físicamente vinculados a la red troncal de fibra, se encuentran a menos de media milla de un tronco de fibra local. Los dispositivos de comunicación inalámbricos que funcionan a frecuencias más altas, como 60 GHz, permiten a las empresas conectarse fácilmente a la fibra, sin los costos y demoras asociadas con la instalación de la fibra física.
Debido al aumento de las demandas de ancho de banda y la escasez de asignaciones de frecuencia de microondas, la industria de las comunicaciones inalámbricas está comenzando a centrarse en porciones más altas, previamente no asignadas del espectro en las frecuencias de onda milimétrica de 40GHz a 300GHz. Debido a los altos niveles de absorción de energía de RF atmosférica, la región de onda milimétrica del espectro de RF no se puede utilizar en segmentos de comunicaciones inalámbricas de larga distancia. Sin embargo, para segmentos de corta distancia, "última milla", el ancho de banda de datos de RF expandido disponible en la región de onda milimétrica lo hace ideal para conectividad de velocidad de fibra libre de interferencias.
La figura 1 ilustra la absorción atmosférica para frecuencias de onda milimétrica.
A la frecuencia de onda milimétrica de 60 GHz, la absorción es muy alta, con el 98 por ciento de la energía transmitida absorbida por el oxígeno atmosférico. Si bien la absorción de oxígeno a 60 GHz limita severamente el rango, también elimina la interferencia entre terminales de la misma frecuencia.
Debido al aumento de las demandas de ancho de banda y la escasez de asignaciones de frecuencia de microondas, la industria de las comunicaciones inalámbricas está comenzando a centrarse en porciones más altas, previamente no asignadas del espectro en las frecuencias de onda milimétrica de 40GHz a 300GHz. Debido a los altos niveles de absorción de energía de RF atmosférica, la región de onda milimétrica del espectro de RF no se puede utilizar en segmentos de comunicaciones inalámbricas de larga distancia. Sin embargo, para segmentos de corta distancia, "última milla", el ancho de banda de datos de RF expandido disponible en la región de onda milimétrica lo hace ideal para conectividad de velocidad de fibra libre de interferencias.
La figura 1 ilustra la absorción atmosférica para frecuencias de onda milimétrica.
A la frecuencia de onda milimétrica de 60 GHz, la absorción es muy alta, con el 98 por ciento de la energía transmitida absorbida por el oxígeno atmosférico. Si bien la absorción de oxígeno a 60 GHz limita severamente el rango, también elimina la interferencia entre terminales de la misma frecuencia.
El beneficio de la absorción de oxígeno en relación con la reutilización de frecuencia se detalla en la figura 2. La figura 2 ilustra la relación de distancia entre el rango de reutilización de frecuencia de 60 GHz, la región verde y el rango tradicional, la región azul. La absorción de oxígeno hace posible la reutilización de la misma frecuencia dentro de una región muy localizada del espacio aéreo. La operación dentro del espectro de onda milimétrica de 60 GHz permite un despliegue muy denso y sin interferencias de terminales de radio de la misma frecuencia.
Un sistema de comunicaciones de 60 GHz debe superar los efectos de la absorción de oxígeno, 16dB / KM. Para operar de manera confiable incluso a distancias cortas, también se debe emplear una antena de haz estrecho y muy enfocada para aumentar el nivel de señal disponible para el receptor objetivo. Esta combinación de absorción de oxígeno y transmisión de haz estrecho mejora la seguridad del enlace de radio de 60 GHz, minimizando la probabilidad de intercepción no autorizada.
Los sistemas tradicionales de comunicaciones inalámbricas que operan en los rangos de frecuencia más bajos de 900MHz a 40GHz a menudo interfieren entre sí cuando se colocan demasiado juntos. Esta interferencia, debido a la dispersión y la propagación incontrolada de la energía de RF a través de la atmósfera, se minimiza mediante la coordinación de frecuencia de la FCC, la concesión de licencias y la implementación de técnicas para evitar interferencias, como la modulación de espectro expandido. Las licencias de la FCC impiden el despliegue denso a través del número limitado de licencias regionales otorgadas y las técnicas de amplio espectro han demostrado ser solo marginalmente efectivas, ya que el nivel de ruido general ha aumentado. En la región de 60 GHz, los efectos de la absorción de oxígeno y el uso de antenas de haz estrecho minimizan la probabilidad de interferencia entre las radios. Teóricamente, 100,000 sistemas que operan a 60 GHz pueden ubicarse en un área de diez kilómetros cuadrados sin problemas de interferencia.
Las condiciones climáticas tienen un efecto adverso en todas las transmisiones de RF, especialmente en la región de ondas milimétricas donde las tormentas severas pueden causar una pérdida de hasta 20dB en la intensidad de la señal por cada kilómetro de transmisión. A medida que aumenta la distancia de la transmisión de radio, el margen de desvanecimiento necesario para compensar los efectos del clima aumenta proporcionalmente. Dado que las radios que funcionan a 60 GHz transmiten solo a distancias cortas, la compensación por los efectos climáticos no es tan grande como para los sistemas que transmiten un kilómetro o más.
A 60 GHz, el nivel de absorción atmosférica extremadamente alto se debe principalmente a la composición molecular de la atmósfera. La Figura 3 ilustra las características de atenuación atmosférica para longitudes de onda de 3 cm a 0.3 mm. Para ondas milimétricas, las moléculas de absorción primaria son H2O, O2, CO2 y O3. Dado que la presencia de O2 es bastante consistente a nivel del suelo, su efecto sobre la propagación de radio de 60 GHz se modela fácilmente para propósitos de presupuesto de margen. Además, el alto nivel de atenuación de la absorción de oxígeno hace que incluso la peor atenuación relacionada con el clima sea insignificante, especialmente en los caminos cortos donde operan los sistemas de 60 GHz. Incluso las precipitaciones extremadamente fuertes, 25 mm / h (5dB / KM), harán una contribución porcentual muy pequeña para la atenuación agregada en la región de absorción de oxígeno de 60 GHz.
Los sistemas tradicionales de comunicaciones inalámbricas que operan en los rangos de frecuencia más bajos de 900MHz a 40GHz a menudo interfieren entre sí cuando se colocan demasiado juntos. Esta interferencia, debido a la dispersión y la propagación incontrolada de la energía de RF a través de la atmósfera, se minimiza mediante la coordinación de frecuencia de la FCC, la concesión de licencias y la implementación de técnicas para evitar interferencias, como la modulación de espectro expandido. Las licencias de la FCC impiden el despliegue denso a través del número limitado de licencias regionales otorgadas y las técnicas de amplio espectro han demostrado ser solo marginalmente efectivas, ya que el nivel de ruido general ha aumentado. En la región de 60 GHz, los efectos de la absorción de oxígeno y el uso de antenas de haz estrecho minimizan la probabilidad de interferencia entre las radios. Teóricamente, 100,000 sistemas que operan a 60 GHz pueden ubicarse en un área de diez kilómetros cuadrados sin problemas de interferencia.
Las condiciones climáticas tienen un efecto adverso en todas las transmisiones de RF, especialmente en la región de ondas milimétricas donde las tormentas severas pueden causar una pérdida de hasta 20dB en la intensidad de la señal por cada kilómetro de transmisión. A medida que aumenta la distancia de la transmisión de radio, el margen de desvanecimiento necesario para compensar los efectos del clima aumenta proporcionalmente. Dado que las radios que funcionan a 60 GHz transmiten solo a distancias cortas, la compensación por los efectos climáticos no es tan grande como para los sistemas que transmiten un kilómetro o más.
A 60 GHz, el nivel de absorción atmosférica extremadamente alto se debe principalmente a la composición molecular de la atmósfera. La Figura 3 ilustra las características de atenuación atmosférica para longitudes de onda de 3 cm a 0.3 mm. Para ondas milimétricas, las moléculas de absorción primaria son H2O, O2, CO2 y O3. Dado que la presencia de O2 es bastante consistente a nivel del suelo, su efecto sobre la propagación de radio de 60 GHz se modela fácilmente para propósitos de presupuesto de margen. Además, el alto nivel de atenuación de la absorción de oxígeno hace que incluso la peor atenuación relacionada con el clima sea insignificante, especialmente en los caminos cortos donde operan los sistemas de 60 GHz. Incluso las precipitaciones extremadamente fuertes, 25 mm / h (5dB / KM), harán una contribución porcentual muy pequeña para la atenuación agregada en la región de absorción de oxígeno de 60 GHz.
Actualmente, la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) ha asignado el espectro de RF de onda milimétrica de 57.05 a 64 GHz para uso sin licencia según la Parte 15. Todos los equipos inalámbricos que funcionan a 60 GHz deben obtener la certificación de tipo FCC Parte 15. Una vez certificado, el producto puede implementarse sin licencia en todo Estados Unidos. Este espectro de frecuencia sin licencia permite al usuario final evitar el costo adicional de las subastas regionales de espectro realizadas por la FCC o la competencia por el número limitado de bandas con licencia.
Debido a las características únicas de la región de onda milimétrica de 60 GHz y el ancho de banda bruto disponible, la comunicación inalámbrica a 60 GHz ofrece una alternativa confiable de "último tramo" a la instalación de fibra física. Los sistemas de comunicaciones de 60 GHz se pueden usar para una variedad de aplicaciones, incluidas redes de área metropolitana, redes de campus, redes troncales de red, enlaces de sucursales de red, restauración temporal de emergencia y acceso local.
Debido a las características únicas de la región de onda milimétrica de 60 GHz y el ancho de banda bruto disponible, la comunicación inalámbrica a 60 GHz ofrece una alternativa confiable de "último tramo" a la instalación de fibra física. Los sistemas de comunicaciones de 60 GHz se pueden usar para una variedad de aplicaciones, incluidas redes de área metropolitana, redes de campus, redes troncales de red, enlaces de sucursales de red, restauración temporal de emergencia y acceso local.