Comunicaciones por Radio – Tecnologías, Redes y Servicios

Descripción

Presenta los aspectos más destacados de los sistemas de comunicaciones por radio utilizados actualmente, así como otros relativos a las tecnologías y servicios asociados, al espectro electromagnético y a la legislación a la que deben someterse, se inicia con una breve introducción histórica y presenta los conceptos principales de las radiocomunicaciones, describiendo en detalle el espectro electromagnético, así como las propiedades de las ondas electromagnéticas y su empleo para la emisión y recepción de información.

Presenta sus conceptos fundamentales y las diversas divisiones en bandas existentes, detallando para cada una sus características principales y sus aplicaciones concretas. A continuación, se pasa a explicar los principales sistemas de radiocomunicaciones por radio o sin hilos y los servicios que se pueden recibir a través de ellos, incluyendo clasificaciones y tipologías, con especial dedicación a las comunicaciones inalámbricas (Wi-Fi, Bluetooth, WiMAX, RFID, NFC, etc.), celulares (GSM, GPRS, UMTS, HSPA y LTE) y por satélite (LEO, MEO y GEO), comentándose los servicios tanto terrestres como marítimos y aeronáuticos, también expone diversos aspectos la de reglamentación, se presentan las características del espectro como recurso estratégico y se muestra el papel de diversos organismos de normalización; se describe la legislación aplicable al uso del espectro y a la protección frente a las radiaciones electromagnéticas.

Ventaja Competitiva:

• Explicado desde una perspectiva actual, de manera clara, sencilla y rigurosa, de modo que el lector pueda entenderlo sin necesidad de conocimientos previos.

Conozca:

• Las bases necesarias para entenderlas comunicaciones por radio.
• La historia de las radiocomunicaciones
• Los sistemas de radiocomunicaciones.
• El espectro electromagnético.
• La reglamentación en radiocomunicaciones.

Aprenda:

• Como caracterizar las comunicaciones por satélite que constituyen el elemento fundamental para la radiocomunicación.

Aplique:

• Los servicios de radiocomunicaciones.
• Servicios Móviles y redes inalámbricas.

Contenido:
.
ACERCA DE LOS AUTORES ………………………………………………………………………………15
INTRODUCCIÓN ………………………………………………………………………………………………..17

CAPÍTULO 1. HISTORIA DE LAS RADIOCOMUNICACIONES………………………..21

1.1 ORIGEN DE LAS RADIOCOMUNICACIONES…………………………………………21
1.1.1 Descubrimiento de las ondas electromagnéticas ………………………………..23
1.1.2 Los primeros desarrollos. Telegrafía sin hilos……………………………………25
1.1.3 Invención de la radio ……………………………………………………………………..27
1.1.4 Invención de la televisión……………………………………………………………….32
1.2 LOS PIONEROS DE LAS RADIOCOMUNICACIONES……………………………..34
1.2.1 Maxwell……………………………………………………………………………………….35
1.2.2 Hertz ……………………………………………………………………………………………37
1.2.3 Popov…………………………………………………………………………………………..39
1.2.4 Tesla…………………………………………………………………………………………….40
1.2.5 Marconi………………………………………………………………………………………..43
1.2.6 Fessenden……………………………………………………………………………………..47
1.3 EVOLUCIÓN Y NORMALIZACIÓN …………………………………………………………48
1.3.1 Estado actual de las radiocomunicaciones…………………………………………50
1.3.2 Normalización ………………………………………………………………………………52
1.4 ALGUNOS SISTEMAS RELEVANTES ……………………………………………………..58
1.4.1 Satélites de comunicaciones ……………………………………………………………59
1.4.2 Telefonía móvil……………………………………………………………………………..61
1.4.3 Redes inalámbricas de datos……………………………………………………………66

CAPÍTULO 2. INTRODUCCIÓN A LAS COMUNICACIONES INALÁMBRICAS…………………………………………………………………………………………………67

2.1 CONCEPTOS DE RADIOCOMUNICACIONES …………………………………………67
2.1.1 Tipos de radiocomunicación……………………………………………………………68
2.1.2 Emisión y recepción. Estaciones radioeléctricas………………………………..70
8 COMUNICACIONES POR RADIO © RA-MA
2.2 ONDAS. CARACTERÍSTICAS BÁSICAS………………………………………………….70
2.2.1 Caracterización de una onda como función sinusoidal ……………………….72
2.3 ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS……………………………………………………………75
2.3.1 Polarización de ondas electromagnéticas ………………………………………….77
2.3.2 Velocidad de propagación en ondas electromagnéticas……………………….79
2.3.3 Dualidad de la radiación…………………………………………………………………79
2.3.4 Energía de las ondas electromagnéticas ……………………………………………79
2.4 PROCESO DE RADIOCOMUNICACIÓN ………………………………………………….80
2.4.1 Transmisión de información. Modulación…………………………………………80
2.4.2 Tratamiento de señales. Conceptos básicos……………………………………….83
2.4.3 Técnicas de acceso múltiple al medio ………………………………………………86
2.4.4 Producción de radiación …………………………………………………………………89
2.4.5 Aplicaciones de la radiación……………………………………………………………91
2.5 COMUNICACIONES INALÁMBRICAS Y RADIO…………………………………….92
2.5.1 Empleo de la terminología………………………………………………………………93

CAPÍTULO 3. SISTEMAS DE RADIOCOMUNICACIONES ……………………………….95

3.1 SISTEMA. CONCEPTOS PRINCIPALES …………………………………………………..95
3.1.1 Esquema y componentes del sistema………………………………………………..96
3.1.2 Estaciones radioeléctricas. Elementos típicos ……………………………………98
3.2 ANTENAS ……………………………………………………………………………………………….99
3.2.1 Emisión y recepción …………………………………………………………………….100
3.2.2 Parámetros de una antena ……………………………………………………………..101
&ODVL¿FDFLRQHVGHDQWHQDV…………………………………………………………….103
3.2.4 Antenas de hilo ……………………………………………………………………………104
3.2.5 Antenas de apertura ……………………………………………………………………..108
3.2.6 Antenas planas…………………………………………………………………………….109
$QWHQDVFRQUHÀHFWRUSDUDEyOLFDV………………………………………………..109
3.2.8 Arrays……………………………………………………………………………………….. 111
3.2.9 Antenas inteligentes…………………………………………………………………….. 112
3.2.10 Diagrama de radiación de una antena…………………………………………….. 114
3.3 EL CANAL RADIOELÉCTRICO…………………………………………………………….. 117
3.3.1 Tipos de canal radioeléctrico………………………………………………………… 118
3.3.2 Radioenlaces………………………………………………………………………………. 119
3.3.3 Modelos de representación de canal………………………………………………. 119
3.3.4 Zona de Fresnel …………………………………………………………………………..121
3.4 RUIDO E INTERFERENCIA……………………………………………………………………123
3.5 EFECTOS DE RADIOPROPAGACIÓN ……………………………………………………125
3.5.1 Absorción……………………………………………………………………………………126
3.5.2 Dispersión…………………………………………………………………………………..129
5HÀH[LyQ…………………………………………………………………………………….130
3.5.4 Refracción…………………………………………………………………………………..131
3.5.5 Difracción …………………………………………………………………………………..132
3.5.6 Desvanecimiento …………………………………………………………………………133
3.5.7 Efecto doppler……………………………………………………………………………..133
© RA-MA ÍNDICE 9
3.5.8 Despolarización …………………………………………………………………………..134
3.5.9 Diversidad y multitrayecto ……………………………………………………………134
3.5.10 Climatología ……………………………………………………………………………….135
3.6 PARÁMETROS DE RADIACIÓN DE UN SISTEMA ………………………………..136
3.6.1 Parámetros de emisión………………………………………………………………….136
3.6.2 Denominación de las emisiones …………………………………………………….137
3.6.3 Características de propagación ………………………………………………………142
3.6.4 Parámetros de recepción y explotación …………………………………………..144

CAPÍTULO 4. COMUNICACIONES POR SATÉLITE ……………………………………….145

4.1 SATÉLITES. CONCEPTOS PRINCIPALES ………………………………………………145
4.1.1 Componentes de los satélites…………………………………………………………147
4.1.2 Sistemas de satélites …………………………………………………………………….150
4.2 ÓRBITAS SATELITALES………………………………………………………………………..151
&ODVL¿FDFLRQHVGHyUELWDV……………………………………………………………..153
4.2.2 Órbita geoestacionaria ………………………………………………………………….156
4.2.3 Comparativa entre órbitas geocéntricas…………………………………………..159
4.3 USOS Y COBERTURAS DE LOS SATÉLITES …………………………………………161
$SOLFDFLRQHVGHORVVDWpOLWHVDUWL¿FLDOHV………………………………………….161
1~PHURGHVDWpOLWHVDUWL¿FLDOHV………………………………………………………162
)UHFXHQFLDVGHORVVDWpOLWHVDUWL¿FLDOHV……………………………………………163
4.3.4 Coberturas satelitales……………………………………………………………………164
4.4 VENTAJAS E INCONVENIENTES DEL SATÉLITE…………………………………166
4.5 HAPS……………………………………………………………………………………………………..166
4.5.1 Tipos de plataformas estratosféricas ………………………………………………167
4.5.2 Características de los sistemas HAPS …………………………………………….168

CAPÍTULO 5. EL ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO…………………………………..173

5.1 ESPECTRO Y PROPAGACIÓN ……………………………………………………………….173
5.1.1 Espectro electromagnético y materia………………………………………………174
5.1.2 Espectro electromagnético y telecomunicaciones …………………………….177
5.2 DIVISIÓN DEL ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO ……………………………..178
5.2.1 Nomenclatura de bandas de frecuencia según UIT-R………………………..179
5.2.2 Otras nomenclaturas para bandas de frecuencia……………………………….181
5.2.3 Ondas subradio ……………………………………………………………………………183
5.2.4 Ondas radioeléctricas……………………………………………………………………185
5.2.5 Microondas …………………………………………………………………………………186
5.2.6 Rayos T………………………………………………………………………………………186
5.2.7 Radiación infrarroja……………………………………………………………………..187
5.2.8 Luz visible ………………………………………………………………………………….190
5.2.9 Radiación ultravioleta…………………………………………………………………..193
5.2.10 Rayos X ……………………………………………………………………………………..195
5.2.11 Rayos gamma ……………………………………………………………………………..197
5.2.12 Rayos cósmicos …………………………………………………………………………..198
5.2.13 Radiación y atmósfera ………………………………………………………………….200
5.3 RADIACIÓN Y ESPECTRO…………………………………………………………………….201
5.3.1 Radiación ionizante y no ionizante…………………………………………………201
5.3.2 Radiación y radiactividad ……………………………………………………………..202
5.4 EL ESPECTRO RADIOELÉCTRICO ……………………………………………………….203
5.4.1 Banda 4. VLF ……………………………………………………………………………..204
5.4.2 Banda 5. LF ………………………………………………………………………………..204
5.4.3 Banda 6. MF ……………………………………………………………………………….204
5.4.4 Banda 7. HF………………………………………………………………………………..205
5.4.5 Banda 8. VHF ……………………………………………………………………………..205
5.4.6 Banda 9. UHF……………………………………………………………………………..206
5.4.7 Banda 10. SHF…………………………………………………………………………….206
5.4.8 Banda 11. EHF…………………………………………………………………………….206

CAPÍTULO 6. SERVICIOS DE RADIOCOMUNICACIONES ……………………………207

6.1 CLASIFICACIONES DE LOS SERVICIOS ………………………………………………209
6.1.1 Tipos de servicios de radiocomunicaciones …………………………………….210
6.1.2 Tipos de estaciones radioeléctricas…………………………………………………216
6.2 SERVICIO FIJO………………………………………………………………………………………219
6HUYLFLR¿MRSRUVDWpOLWH………………………………………………………………..221
6.2.2 Telepuertos………………………………………………………………………………….223
6.2.3 Terminales y sistemas VSAT…………………………………………………………224
6.3 SERVICIO MÓVIL TERRESTRE …………………………………………………………….226
6.4 SERVICIOS MARÍTIMOS Y AERONÁUTICOS ……………………………………….226
6.5 SERVICIOS DE RADIODIFUSIÓN………………………………………………………….226
6.5.1 Tipos de servicio de radiodifusión………………………………………………….226
6.5.2 Redes de radiodifusión …………………………………………………………………228
6.5.3 Periodismo electrónico …………………………………………………………………231
6.5.4 Servicios y frecuencias para la radiodifusión…………………………………..233
6.5.5 Radiodifusión sonora analógica en onda media ……………………………….233
6.5.6 Radiodifusión sonora analógica en onda corta…………………………………234
6.5.7 Radiodifusión sonora analógica en ondas métricas…………………………..235
6.5.8 Radiodifusión sonora digital terrenal ……………………………………………..236
6.5.9 Radiodifusión de televisión analógica…………………………………………….238
6.5.10 Radiodifusión de televisión digital…………………………………………………238
6.6 SERVICIO DE RADIOAFICIONADOS…………………………………………………….244
3UiFWLFDGHODUDGLRD¿FLyQ……………………………………………………………..245
7LSRVGHHVWDFLyQGHUDGLRD¿FLRQDGRV…………………………………………….248
,GHQWL¿FDWLYRVGHORVUDGLRD¿FLRQDGRV ……………………………………………250
6.6.4 Abreviaturas de servicio ……………………………………………………………….252
6.6.5 Diexismo y tarjetas QSL……………………………………………………………….256
6.6.6 Características técnicas del servicio ……………………………………………….257
6DWpOLWHVGHUDGLRD¿FLRQDGRV …………………………………………………………260
%DQGDVGHIUHFXHQFLDSDUDUDGLRD¿FLRQDGRV…………………………………….261
6.6.9 Banda ciudadana. CB-27 ………………………………………………………………262
6.7 SERVICIOS DE POSICIONAMIENTO Y NAVEGACIÓN………………………….264
6.7.1 Tipos de sistemas de posicionamiento y navegación ………………………..265
6.7.2 Primeros sistemas de posicionamiento y navegación………………………..267
6.7.3 Sistemas GNSS……………………………………………………………………………269
6.7.4 Sistemas regionales y locales ………………………………………………………..272
6.7.5 Sistemas asistidos y diferenciales…………………………………………………..272
6.7.6 Sistemas de aumentación………………………………………………………………274
6.7.7 Determinación de la posición ……………………………………………………….279
6.7.8 Frecuencias de los servicios de radionavegación ……………………………..282
6.7.9 Comparativa entre sistemas GNSS…………………………………………………284
6.8 SERVICIOS CIENTÍFICOS……………………………………………………………………..285
6.8.1 Servicio de exploración de la Tierra por satélite ………………………………285
6.8.2 Servicio meteorológico…………………………………………………………………294
6.8.3 Servicio de investigación espacial………………………………………………….301
6.8.4 Servicio de radioastronomía ………………………………………………………….303
6.9 SERVICIOS OPERACIONALES………………………………………………………………305
6.9.1 Servicio entre satélites………………………………………………………………….305
6.9.2 Servicio de operaciones espaciales…………………………………………………307
6.10 SERVICIOS DE APOYO………………………………………………………………………….310
6.10.1 Servicios de frecuencias patrón y señales horarias……………………………310
6.10.2 Servicio de seguridad……………………………………………………………………314
6.11 SERVICIOS ESPECIALES ………………………………………………………………………314

CAPÍTULO 7. SERVICIOS MÓVILES……………………………………………………………….315

7.1 CLASIFICACIÓN DE LOS SERVICIOS …………………………………………………..316
7.2 RADIOBÚSQUEDA………………………………………………………………………………..319
7.2.1 Concepto y tipos ………………………………………………………………………….319
7.3 RADIOTELEFONÍA DE CORTO ALCANCE ……………………………………………321
7.3.1 Radiotelefonía móvil privada ……………………………………………………….322
7.4 TELEFONÍA SIN HILOS…………………………………………………………………………325
7.4.1 Generaciones CT0, CT1 y CT2 ……………………………………………………..326
7.4.2 El estándar DECT………………………………………………………………………..326
7.5 TELEFONÍA MÓVIL CELULAR……………………………………………………………..329
7.5.1 Sistemas celulares………………………………………………………………………..330
7.5.2 Generaciones de telefonía móvil ……………………………………………………335
7.5.3 Telefonía móvil 1G. AMPS, NMT, TACS……………………………………….339
7.5.4 Telefonía móvil 2G. GSM-GPRS…………………………………………………..342
7.5.5 Telefonía móvil 3G. UMTS-CDMA……………………………………………….348
7.5.6 Telefonía móvil 4G. LTE y LTE-A…………………………………………………352
7.5.7 Terminales móviles………………………………………………………………………360
7.5.8 Comunicaciones móviles por satélite ……………………………………………..363
7.6 REDES HETEROGÉNEAS Y SMALL CELLS ……………………………………………366
&UHFLPLHQWRGHOWUi¿FRGHGDWRV…………………………………………………….367
7.6.2 La solución de las small cells………………………………………………………..368
12 COMUNICACIONES POR RADIO © RA-MA
7.7 SERVICIOS MARÍTIMOS ………………………………………………………………………371
7.7.1 Bandas de frecuencias ………………………………………………………………….373
7.7.2 Sistema mundial de socorro y seguridad marítima……………………………377
7.7.3 COSPAS – SARSAT …………………………………………………………………….385
7.8 SERVICIOS AERONÁUTICOS………………………………………………………………..389
7.8.1 Bandas de frecuencias …………………………………………………………………390
7.8.2 Estaciones aeronáuticas ………………………………………………………………..393

CAPÍTULO 8. REDES INALÁMBRICAS …………………………………………………………..401

8.1 RED INALÁMBRICA. CONCEPTO Y CLASIFICACIÓN …………………………402
8.1.1 Concepto de red inalámbrica …………………………………………………………402
&ODVL¿FDFLRQHVGHUHGHVLQDOiPEULFDV…………………………………………….403
8.2 REDES WBAN……………………………………………………………………………………….407
8.2.1 Concepto y características generales ………………………………………………407
8.2.2 Redes BSN………………………………………………………………………………….408
8.2.3 Redes WSN…………………………………………………………………………………409
8.3 REDES WPAN………………………………………………………………………………………..417
8.3.1 Concepto y características generales ………………………………………………417
8.3.2 Tecnologías de redes WPAN …………………………………………………………418
8.4 REDES WLAN ……………………………………………………………………………………….440
8.4.1 Concepto y características generales ………………………………………………441
8.4.2 Arquitectura………………………………………………………………………………..441
8.4.3 Normalización WLAN………………………………………………………………….444
8.4.4 WI-FI 802.11 ………………………………………………………………………………448
8.5 REDES WMAN ………………………………………………………………………………………461
8.5.1 Concepto y características generales ………………………………………………461
8.5.2 Tecnologías de redes WMAN………………………………………………………..462
8.6 REDES WRAN……………………………………………………………………………………….468
8.6.1 Concepto y características generales ………………………………………………468
8.6.2 Tecnologías de redes WRAN…………………………………………………………469
8.7 REDES WWAN ………………………………………………………………………………………471
8.7.1 Concepto y características generales ………………………………………………471
8.7.2 Tecnologías de redes WWAN………………………………………………………..472

CAPÍTULO 9. REGLAMENTACIÓN EN RADIOCOMUNICACIONES …………….473

9.1 EL ESPECTRO COMO RECURSO ESTRATÉGICO………………………………….474
9.1.1 El espectro como recurso natural……………………………………………………475
9.1.2 El espectro como recurso limitado …………………………………………………476
9.1.3 El espectro como recurso escaso ……………………………………………………476
9.1.4 El espectro como recurso internacional…………………………………………..477
9.1.5 El espectro como recurso económico ……………………………………………..478
9.1.6 Importancia estratégica del espectro……………………………………………….478
9.2 UIT-R……………………………………………………………………………………………………..479
9.2.1 Estructura y sectores de UIT………………………………………………………….481
9.2.2 Estructura de UIT-R. Sector de radiocomunicaciones……………………….483
9.2.3 Comisiones de estudio de radiocomunicaciones ……………………………..487
© RA-MA ÍNDICE 13
9.2.4 Conferencias mundiales y regionales ……………………………………………..491
9.2.5 Recomendaciones y otras publicaciones …………………………………………491
9.2.6 Reglamento de Radiocomunicaciones…………………………………………….497
9.3 OTROS ORGANISMOS DE NORMALIZACIÓN ……………………………………..500
9.3.1 Organismos regionales de normalización………………………………………..500
9.3.2 CEPT …………………………………………………………………………………………501
9.3.3 Organismos nacionales de normalización ……………………………………….502
9.3.4 Otros consorcios de investigación y estandarización ………………………..502
9.4 RADIOCOMUNICACIONES. LEGISLACIÓN BÁSICA……………………………503
9.4.1 Ley General de Telecomunicaciones………………………………………………503
9.4.2 Real Decreto 863/2008 …………………………………………………………………510
9.4.3 Otra legislación aplicable en radiocomunicaciones………………………….. 511
9.5 EL ESPECTRO COMO BIEN DE DOMINIO PÚBLICO…………………………….513
9.5.1 El dominio público radioeléctrico ………………………………………………….513
9.5.2 Tipos de uso y títulos habilitantes ………………………………………………….514
9.5.3 Servidumbres radioeléctricas…………………………………………………………516
9.5.4 Tasas por reserva de dominio público …………………………………………….516
9.6 ATRIBUCIÓN, ADJUDICACIÓN Y ASIGNACIÓN ………………………………….520
9.6.1 Atribución de frecuencias……………………………………………………………..522
9.6.2 Adjudicación de frecuencias………………………………………………………….524
9.6.3 Asignación de frecuencias…………………………………………………………….526
9.6.4 Bandas con y sin licencia. Bandas ICM ………………………………………….527
9.7 CUADROS DE ATRIBUCIÓN DE FRECUENCIAS…………………………………..530
9.7.1 Cuadro internacional de atribución…………………………………………………531
9.7.2 Cuadro europeo de atribución………………………………………………………..535
9.7.3 Cuadro nacional de atribución. CNAF ……………………………………………538
9.8 REGLAMENTACIÓN TÉCNICA……………………………………………………………..552
&HUWL¿FDFLRQHVHLQWHUIDFHVUDGLRHOpFWULFDV………………………………………552
9.8.2 Radiaciones y salud. Niveles de exposición…………………………………….554
ACRÓNIMOS …………………………………………………………………………………………………….563
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS………………………………………………………………….575
ÍNDICE ALFABÉTICO ………………………………………………………………………………………579