Radio
Definición
La radio es la tecnología de uso de ondas de radio para transportar información, como el sonido, mediante la modulación sistemática de las propiedades de las ondas de energía electromagnética transmitidas a través del espacio, como su amplitud, frecuencia, fase o ancho de pulso. Cuando las ondas de radio golpean un conductor eléctrico, los campos oscilantes inducen una corriente alterna en el conductor. La información en las ondas se puede extraer y transformar nuevamente en su forma original.
Los sistemas de radio necesitan un transmisor para modular (cambiar) alguna propiedad de la energía producida para imprimir una señal sobre ella, por ejemplo, usando modulación de amplitud o modulación angular (que puede ser modulación de frecuencia o modulación de fase). Los sistemas de radio también necesitan una antena para convertir las corrientes eléctricas en ondas de radio y las ondas de radio en una corriente eléctrica. Se puede usar una antena para transmitir y recibir. La resonancia eléctrica de los circuitos sintonizados en radios permite seleccionar frecuencias individuales. La onda electromagnética es interceptada por una antena receptora sintonizada. Un receptor de radio recibe su entrada desde una antena y la convierte en una forma utilizable para el consumidor, como sonido, imágenes, datos digitales, valores de medición, posiciones de navegación, etc. Las frecuencias de radio ocupan el rango de 3 kHz a 300 GHz,
Un sistema de comunicación de radio requiere un transmisor y un receptor, teniendo cada uno una antena y un equipo terminal apropiado tal como un micrófono en el transmisor y un altavoz en el receptor en el caso de un sistema de comunicación de voz.
Etimología
El término "radio" se deriva de la palabra latina "radio", que significa "habló de una rueda, rayo de luz, rayo". Se aplicó por primera vez a las comunicaciones en 1881 cuando, por sugerencia del científico francés Ernest Mercadier, Alexander Graham Bell adoptó "radiophone" (que significa "sonido irradiado") como un nombre alternativo para su sistema de transmisión óptica de fotófono. Sin embargo, esta invención no sería ampliamente adoptada.
Tras el establecimiento por parte de Heinrich Hertz de la existencia de radiación electromagnética a fines de la década de 1880, inicialmente se utilizaron diversos términos para el fenómeno, con descripciones tempranas de la radiación en sí mismas que incluyen "ondas hertzianas", "ondas eléctricas" y "ondas de éter". mientras que las frases que describen su uso en las comunicaciones incluyeron "chispa telegráfica", "telegrafía espacial", "aerografía" y, eventualmente y más comúnmente, "telegrafía inalámbrica". Sin embargo, "inalámbrico" incluía una amplia variedad de tecnologías electrónicas relacionadas, incluidas la inducción electrostática, la inducción electromagnética y la conducción acuática y terrestre, por lo que era necesario un término más preciso que se refiriera exclusivamente a la radiación electromagnética.
El primer uso de la radio- junto con la radiación electromagnética parece haber sido realizado por el físico francés Édouard Branly, quien en 1890 desarrolló una versión de un receptor coherente que llamó un radio-conductor . El prefijo de radio se usó más tarde para formar un compuesto descriptivo adicional y palabras con guiones, especialmente en Europa. Por ejemplo, a principios de 1898, la publicación británica The Practical Engineer incluyó una referencia a "radiotelegrafía" y "radiotelegrafía", mientras que el texto francés de las Convenciones Radiotelegráficas de Berlín de 1903 y 1906 incluye las frases radiotélégraphique y radiotélégrammes .
El uso de "radio" como palabra independiente data de al menos el 30 de diciembre de 1904, cuando las instrucciones emitidas por la Oficina de Correos británica para transmitir telegramas especificaban que "La palabra 'Radio' ... se envía en las Instrucciones de servicio". Esta práctica fue adoptada universalmente, y la palabra "radio" introducida internacionalmente, por la Convención Radiotelegráfica de Berlín de 1906, que incluía un Reglamento de Servicio que especificaba que "Los radiotelegramas deberán mostrar en el preámbulo que el servicio es 'Radio'".
El cambio a "radio" en lugar de "inalámbrico" tuvo lugar de forma lenta y desigual en el mundo de habla inglesa. Lee de Forest ayudó a popularizar la nueva palabra en los Estados Unidos. A principios de 1907 fundó DeForest Radio Telephone Company, y su carta en el 22 de junio de 1907 Electrical World. sobre la necesidad de restricciones legales advirtió que "Radio caos ciertamente será el resultado hasta que se aplique una regulación tan estricta". La Marina de los Estados Unidos también desempeñaría un papel. Aunque su traducción de la Convención de Berlín de 1906 utilizó los términos "telégrafo inalámbrico" y "telegrama inalámbrico", en 1912 comenzó a promover el uso de la "radio". El término comenzó a ser preferido por el público en general en la década de 1920 con la introducción de la radiodifusión. ("Radiodifusión" se basa en un término agrícola que significa aproximadamente "dispersión de semillas ampliamente"). Los países de la Commonwealth británica continuaron utilizando comúnmente el término "inalámbrico" hasta mediados del siglo XX,
En los últimos años, el término más general "inalámbrico" ha ganado una renovada popularidad, incluso para dispositivos que usan radiación electromagnética, a través del rápido crecimiento de redes informáticas de corto alcance, por ejemplo, Red de área local inalámbrica (WLAN), Wi-Fi y Bluetooth. así como telefonía móvil, por ejemplo, teléfonos celulares GSM y UMTS. En la actualidad, el término "radio" especifica el dispositivo o chip transceptor, mientras que "inalámbrico" se refiere a la falta de conexiones físicas; por lo tanto el equipo emplea incrustados de radio transceptores, pero funciona como inalámbricos dispositivos a través de inalámbricos redes de sensores.
Procesos
Los sistemas de radio utilizados para la comunicación tienen los siguientes elementos. Con más de 100 años de desarrollo, cada proceso se implementa mediante una amplia gama de métodos, especializados para diferentes propósitos de comunicación.
Transmisor y modulación
Cada sistema contiene un transmisor. Consiste en una fuente de energía eléctrica que produce una corriente alterna de una frecuencia de oscilación deseada. El transmisor contiene un sistema para modular (cambiar) alguna propiedad de la energía producida para imprimir una señal sobre ella. Esta modulación puede ser tan simple como encender y apagar la energía, o alterar propiedades más sutiles como amplitud, frecuencia, fase o combinaciones de estas propiedades. El transmisor envía la energía eléctrica modulada a una antena resonante sintonizada; esta estructura convierte la corriente alterna rápidamente cambiante en una onda electromagnética que puede moverse a través del espacio libre (a veces con una polarización particular).
La modulación de amplitud de una onda portadora funciona variando la intensidad de la señal transmitida en proporción a la información que se envía. Por ejemplo, los cambios en la intensidad de la señal se pueden usar para reflejar los sonidos que se reproducirán por un altavoz, o para especificar la intensidad de la luz de los píxeles de televisión. Fue el método utilizado para las primeras transmisiones de radio de audio, y sigue en uso en la actualidad. "AM" se usa a menudo para referirse a la banda de transmisión de onda media (ver radio AM), pero se usa en varios servicios de radiotelefonía, como la Banda Ciudadana, la radioafición y especialmente en la aviación, debido a su capacidad de ser recibido bajo condiciones de señal débil y su inmunidad al efecto de captura, permitiendo que se escuche más de una señal simultáneamente.
La modulación de frecuencia varía la frecuencia de la portadora. La frecuencia instantánea de la portadora es directamente proporcional al valor instantáneo de la señal de entrada. FM tiene el "efecto de captura" por el cual un receptor solo recibe la señal más fuerte, incluso cuando hay otros presentes. Los datos digitales se pueden enviar cambiando la frecuencia de la portadora entre un conjunto de valores discretos, una técnica conocida como modulación por desplazamiento de frecuencia. FM se usa comúnmente en frecuencias de radio de muy alta frecuencia (VHF) para transmisiones de alta fidelidad de música y voz (vea la radiodifusión de FM). El sonido del TV analógico también se transmite usando FM.
La modulación de ángulo altera la fase instantánea de la onda portadora para transmitir una señal. Puede ser FM o modulación de fase (PM).
Antena
Una antena (o antena ) es un dispositivo eléctrico que convierte las corrientes eléctricas en ondas de radio, y viceversa. Por lo general, se utiliza con un transmisor de radio o receptor de radio. En la transmisión, un transmisor de radio suministra una corriente eléctrica que oscila a la frecuencia de radio (es decir, CA de alta frecuencia) a las terminales de la antena, y la antena irradia la energía de la corriente como ondas electromagnéticas (ondas de radio). En la recepción, una antena intercepta parte de la potencia de una onda electromagnética para producir una pequeña tensión en sus terminales, que se aplica a un receptor que se amplificará. Algunas antenas se pueden usar tanto para transmitir como para recibir, incluso simultáneamente, dependiendo del equipo conectado.
Propagación
Una vez generadas, las ondas electromagnéticas viajan a través del espacio ya sea directamente, o tienen su camino alterado por reflexión, refracción o difracción. La intensidad de las ondas disminuye debido a la dispersión geométrica (la ley inversa del cuadrado); parte de la energía también puede ser absorbida por el medio intermedio en algunos casos. El ruido generalmente alterará la señal deseada; esta interferencia electromagnética proviene de fuentes naturales, así como de fuentes artificiales como otros transmisores y radiadores accidentales. El ruido también se produce en cada paso debido a las propiedades inherentes de los dispositivos utilizados. Si la magnitud del ruido es lo suficientemente grande, la señal deseada ya no será discernible; la relación señal-ruido es el límite fundamental para el rango de las comunicaciones de radio.
Resonancia
La resonancia eléctrica de los circuitos sintonizados en las radios permite seleccionar estaciones individuales. Un circuito resonante responderá fuertemente a una frecuencia particular, y mucho menos a frecuencias diferentes. Esto permite que el receptor de radio discrimine entre múltiples señales que difieren en frecuencia.
Receptor y demodulación
La onda electromagnética es interceptada por una antena receptora sintonizada; esta estructura captura parte de la energía de la onda y la devuelve a la forma de corrientes eléctricas oscilantes. En el receptor, estas corrientes se demodulan, que es la conversión a una forma de señal utilizable por un subsistema detector. El receptor está "sintonizado" para responder preferentemente a las señales deseadas y rechazar las señales no deseadas.
Los primeros sistemas de radio dependían completamente de la energía recolectada por una antena para producir señales para el operador. La radio se hizo más útil después de la invención de dispositivos electrónicos tales como el tubo de vacío y más tarde el transistor, lo que hizo posible la amplificación de señales débiles. En la actualidad, los sistemas de radio se utilizan para aplicaciones desde juguetes para niños con walkie-talkie hasta el control de vehículos espaciales, así como para transmisión y muchas otras aplicaciones.
Un receptor de radio recibe su entrada de una antena, utiliza filtros electrónicos para separar una señal de radio deseada de todas las otras señales recogidas por esta antena, la amplifica a un nivel adecuado para su posterior procesamiento y finalmente convierte a través de demodulación y decodificación la señal en una forma utilizable para el consumidor, como sonido, imágenes, datos digitales, valores de medición, posiciones de navegación, etc.
Banda de radio
| Comparación de luz | |||||||
| Nombre | Frecuencia (Hz) (longitud de onda) | Energía del fotón (eV) | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Rayo gamma | > 30 EHz (0.01 nm) | 124 keV - 300+ GeV | |||||
| Radiografía | 30 EHz - 30 PHz (0.01 nm - 10 nm) | 124 eV a 120 keV | |||||
| Ultravioleta | 30 PHz - 750 THz (10 nm - 400 nm) | 3.1 eV a 124 eV | |||||
| Visible | 750 THz - 428.5 THz (400 nm - 700 nm) | 1.7 eV - 3.1 eV | |||||
| Infrarrojo | 428.5 THz - 300 GHz (700 nm - 1 mm) | 1.24 meV - 1.7 eV | |||||
| Microonda | 300 GHz - 300 MHz (1 mm - 1 m) | 1.24 μeV - 1.24 meV | |||||
| Radio | 300 MHz - 3 kHz (1 m - 100 km) | 12.4 feV - 1.24 meV | |||||
Las frecuencias de radio ocupan el rango de 3 kHz a 300 GHz, aunque los usos comercialmente importantes de la radio solo utilizan una pequeña parte de este espectro. Otros tipos de radiación electromagnética, con frecuencias por encima del rango de RF, son infrarroja, luz visible, ultravioleta, rayos X y rayos gamma. Como la energía de un fotón individual de frecuencia de radio es demasiado baja para eliminar un electrón de un átomo, las ondas de radio se clasifican como radiación no ionizante.
Sistemas de comunicación
Un sistema de comunicación por radio envía señales por radio. Los tipos de sistemas de comunicación por radio implementados dependen de la tecnología, los estándares, las regulaciones, la asignación del espectro de radio, los requisitos del usuario, el posicionamiento del servicio y la inversión.
El equipo de radio involucrado en los sistemas de comunicación incluye un transmisor y un receptor, teniendo cada uno una antena y un equipo terminal apropiado tal como un micrófono en el transmisor y un altavoz en el receptor en el caso de un sistema de comunicación de voz. La potencia consumida en una estación transmisora varía según la distancia de comunicación y las condiciones de transmisión. La potencia recibida en la estación receptora suele ser solo una pequeña fracción de la salida del transmisor, ya que la comunicación depende de recibir la información, no la energía, que se transmitió.
Los sistemas de radiocomunicaciones clásicas utilizan la multiplexación por división de frecuencia (FDM) como una estrategia para dividir y compartir el ancho de banda de radiofrecuencia disponible para que las comunicaciones de las diferentes partes lo utilicen al mismo tiempo. Los sistemas modernos de comunicación por radio incluyen aquellos que dividen una banda de radiofrecuencia por multiplexación por división de tiempo (TDM) y multiplexación por división de código (CDM) como alternativas a la estrategia clásica de FDM. Estos sistemas ofrecen diferentes compensaciones en el soporte de múltiples usuarios, más allá de la estrategia FDM que era ideal para la radiodifusión pero menos para aplicaciones como la telefonía móvil.
Un sistema de comunicación por radio puede enviar información solo de una manera. Por ejemplo, al emitir un solo transmisor envía señales a muchos receptores. Dos estaciones pueden turnarse para enviar y recibir, usando una sola frecuencia de radio; esto se llama "simplex". Al utilizar dos frecuencias de radio, dos estaciones pueden enviar y recibir señales de forma continua y simultánea; esto se denomina operación "dúplex".
Historia
En 1864, James Clerk Maxwell demostró matemáticamente que las ondas electromagnéticas podían propagarse a través del espacio libre. Los efectos de las ondas electromagnéticas (comportamiento de chispa de "acción a distancia" inexplicada) se observaron realmente antes y después del trabajo de Maxwell por muchos inventores y experimentadores como George Adams (1780-1784), Luigi Galvani (1791), Peter Samuel Munk ( 1835), Joseph Henry (1842), Samuel Alfred Varley (1852), Edwin Houston, Elihu Thomson, Thomas Edison (1875) y David Edward Hughes (1878). Edison dio al efecto el nombre de "fuerza etérica" y Hughes detectó un impulso de chispa de hasta 500 yardas (460 m) con un receptor portátil, pero ninguno pudo identificar qué causó el fenómeno y generalmente se descartó como inducción electromagnética. En 1886 Heinrich Rudolf Hertz notó el mismo fenómeno chispeante y,
El descubrimiento de estas "ondas hertzianas" (ondas de radio) provocó muchos experimentos por parte de los físicos. Una conferencia de agosto de 1894 del físico británico Oliver Lodge, donde transmitió y recibió "ondas hertzianas" a distancias de hasta 50 metros, fue seguida el mismo año con experimentos del físico indio Jagadish Chandra Bose en óptica de microondas de frecuencia extremadamente alta y una un año más tarde con la construcción de un detector de rayos basado en la radio por el físico ruso Alexander Stepanovich Popov. A partir de finales de 1894, Guglielmo Marconibegan persigue la idea de construir un sistema de telegrafía inalámbrico basado en ondas hertzianas (radio). Marconi obtuvo una patente sobre el sistema en 1896 y lo convirtió en un sistema de comunicación comercial en los próximos años.
Los sistemas de radio de principios del siglo XX transmitían mensajes solo por código de onda continua. Los primeros intentos de desarrollar un sistema de modulación de amplitud para voz y música se demostraron en 1900 y 1906, pero tuvieron poco éxito. La Primera Guerra Mundial aceleró el desarrollo de la radio para las comunicaciones militares, y en esta época los primeros tubos de vacío se aplicaron a los transmisores y receptores de radio. La amplificación electrónica fue un desarrollo clave en el cambio de la radio de una práctica experimental por expertos en un electrodoméstico. Después de la guerra, la radiodifusión comercial comenzó en la década de 1920 y se convirtió en un medio de comunicación importante para el entretenimiento y las noticias. David Sarnoff, un antiguo exponente de la radiodifusión, persuadió a la Radio Corporation of America para que comenzara un servicio de transmisión de AM que creció rápidamente en popularidad. La Segunda Guerra Mundial aceleró de nuevo el desarrollo de la radio para los fines de la guerra en los aviones y la comunicación terrestre, la radionavegación y el radar. Después de la guerra, los experimentos en televisión que se habían interrumpido se reanudaron, y también se convirtió en un importante medio de difusión de entretenimiento hogareño. La radiodifusión Stereo FM de la radio estaba teniendo lugar desde la década de 1930 en adelante en los Estados Unidos y desplazó AM como el estándar comercial dominante en la década de 1960, y en la década de 1970 en el Reino Unido.
Usos de la radio
Los primeros usos eran marítimos, para enviar mensajes telegráficos usando el código Morse entre barcos y tierra. Los primeros usuarios incluyeron a la marina japonesa explorando la flota rusa durante la batalla de Tsushima en 1905. Uno de los usos más memorables de la telegrafía marina fue durante el hundimiento del RMS Titanic en 1912, incluidas las comunicaciones entre los operadores del barco que se hunde y los buques cercanos y comunicaciones a las estaciones costeras que enumeran a los sobrevivientes.
La radio se usó para transmitir órdenes y comunicaciones entre los ejércitos y las marinas de ambos lados en la Primera Guerra Mundial; Alemania usó comunicaciones de radio para mensajes diplomáticos una vez que descubrió que sus cables submarinos habían sido interceptados por los británicos. Estados Unidos transmitió los Catorce puntos del presidente Woodrow Wilson a Alemania por radio durante la guerra. La radiodifusión comenzó en San José, California en 1909, y se volvió factible en la década de 1920, con la introducción generalizada de receptores de radio, particularmente en Europa y los Estados Unidos. Además de la radiodifusión, la radiodifusión punto a punto, incluidos los mensajes telefónicos y retransmisiones de programas de radio, se generalizó en los años veinte y treinta. Otro uso de la radio en los años anteriores a la guerra fue el desarrollo de la detección y localización de aeronaves y buques mediante el uso de radar ( RAdio D etection And R anging).
Hoy en día, la radio adopta muchas formas, incluidas las redes inalámbricas y las comunicaciones móviles de todo tipo, así como la transmisión de radio. Antes del advenimiento de la televisión, las transmisiones de radio comerciales incluían no solo noticias y música, sino dramas, comedias, espectáculos de variedades y muchas otras formas de entretenimiento (la era de fines de la década de 1920 a mediados de la década de 1950 se conoce comúnmente como la "Edad de Oro" de la radio). ) La radio era única entre los métodos de presentación dramática ya que solo usaba sonido. Para más información, vea la programación de radio.
Audio
De una sola mano
La radio AM usa modulación de amplitud, en la cual la amplitud de la señal transmitida se hace proporcional a la amplitud del sonido capturada (transducida) por el micrófono, mientras que la frecuencia transmitida permanece sin cambios. Las transmisiones se ven afectadas por la estática y la interferencia porque los rayos y otras fuentes de emisiones de radio en la misma frecuencia agregan sus amplitudes a la amplitud original transmitida.
En la primera parte del siglo 20, las estaciones de radio AM estadounidenses transmiten con potencias de hasta 500 kW, y algunos se podían escuchar en todo el mundo; los transmisores de estas estaciones fueron requisados para uso militar por el gobierno de los Estados Unidos durante la Segunda Guerra Mundial. Actualmente, la potencia de transmisión máxima para una estación de radio AM civil en los Estados Unidos y Canadá es de 50 kW, y la mayoría de las estaciones que emiten señales tan potentes fueron protegidas (ver la lista de estaciones de radio AM de 50 kW en los Estados Unidos). En 1986 KTNN recibió la última licencia de clase A de 50,000 vatios. Estas estaciones de 50 kW se denominan generalmente estaciones de "canal claro" (que no deben confundirse con Clear Channel Communications), porque en América del Norte cada una de estas estaciones tiene uso exclusivo de su frecuencia de transmisión durante parte o la totalidad del día de emisión.
La radio de transmisión FM envía música y voz con menos ruido que la radio AM. A menudo se piensa erróneamente que FM es de mayor fidelidad que AM, pero eso no es cierto. AM es capaz de usar el mismo ancho de banda de audio que FM. Los receptores AM normalmente usan filtros más estrechos en el receptor para recuperar la señal con menos ruido. Los receptores estéreo AM pueden reproducir el mismo ancho de banda de audio que FM debido al filtro más amplio utilizado en un receptor estéreo AM, pero hoy en día, las radios AM limitan el paso de banda de audio a 3-5 kHz. En la modulación de frecuencia, la variación de amplitud en el micrófono hace que la frecuencia del transmisor fluctúe. Debido a que la señal de audio modula la frecuencia y no la amplitud, una señal FM no está sujeta a interferencias e interferencias de la misma manera que las señales AM. Debido a su necesidad de un ancho de banda más amplio,
Las ondas de radio VHF actúan más como la luz, viajando en línea recta; por lo tanto, el rango de recepción generalmente se limita a aproximadamente 50-200 millas (80-322 km). En condiciones atmosféricas superiores inusuales, la ionosfera ocasionalmente refleja señales de FM hacia la Tierra, lo que da como resultado una recepción FM de larga distancia. Los receptores de FM están sujetos al efecto de captura, que hace que la radio solo reciba la señal más fuerte cuando aparecen múltiples señales en la misma frecuencia. Los receptores FM son relativamente inmunes a los rayos y la interferencia de chispas.
El alto poder es útil para penetrar edificios, difractar alrededor de colinas y refractarse en la atmósfera densa cerca del horizonte por una cierta distancia más allá del horizonte. En consecuencia, las emisoras de FM de 100.000 vatios pueden escucharse regularmente a una distancia de hasta 160 km (160 millas) y más allá, a 240 km (150 millas), si no hay señales que compitan entre sí. Algunas estaciones antiguas, "protegidas" no se ajustan a estas reglas de poder. WBCT-FM (93.7) en Grand Rapids, Michigan, EE. UU., Ejecuta 320.000 vatios de ERP y puede aumentar a 500.000 vatios ERP según los términos de su licencia original. Tal nivel de potencia enorme no suele ayudar a aumentar el alcance tanto como cabría esperar, porque las frecuencias VHF viajan en líneas casi rectas sobre el horizonte y hacia el espacio.
Los servicios de la subportadora FM son señales secundarias transmitidas de manera "secundaria" junto con el programa principal. Se requieren receptores especiales para utilizar estos servicios. Los canales analógicos pueden contener programación alternativa, como servicios de lectura para personas ciegas, música de fondo o señales de sonido estéreo. En algunas áreas metropolitanas extremadamente concurridas, el programa de subcanal podría ser un programa de radio alternativo en idioma extranjero para varios grupos étnicos. Las subportadoras también pueden transmitir datos digitales, como la identificación de la estación, el nombre de la canción actual, las direcciones web o las cotizaciones de acciones. En algunos países, las radios FM se sintonizan automáticamente al mismo canal en un distrito diferente mediante el uso de subbandas.
Bidireccional
Las radios de voz de aviación usan la banda de aeronave VHF AM. AM se usa para que se puedan recibir múltiples estaciones en el mismo canal. (El uso de FM daría como resultado estaciones más fuertes que bloquearían la recepción de estaciones más débiles debido al efecto de captura de FM). Las aeronaves vuelan lo suficientemente alto como para que sus transmisores puedan ser recibidos a cientos de millas de distancia, a pesar de que están usando VHF.
Las radios de voz marinas pueden usar una sola banda lateral de voz (SSB) en el espectro de onda corta de onda corta (HF-3 MHz a 30 MHz) para rangos muy largos o Radio VHF marina / banda estrecha FM en el espectro VHF para rangos mucho más cortos. Narrowband FM sacrifica la fidelidad para hacer que haya más canales disponibles dentro del espectro de radio, utilizando una gama más pequeña de frecuencias de radio, generalmente con una desviación de cinco kHz, frente a los 75 kHz utilizados por las emisiones comerciales de FM, y 25 kHz para sonido de TV.
Los servicios de voz gubernamentales, policiales, de bomberos y comerciales también usan FM de banda estrecha en frecuencias especiales. Las primeras radios policiales usaban receptores AM para recibir despachos de un solo sentido. Los servicios de voz HF (de alta frecuencia), tanto civiles como militares, utilizan la radio de onda corta para contactar buques en el mar, aviones y asentamientos aislados. La mayoría usa una sola voz de banda lateral (SSB), que usa menos ancho de banda que AM. En una radio AM, SSB suena como patos graznando, o los adultos en una caricatura de Charlie Brown. Visto como un gráfico de frecuencia versus potencia, una señal de AM muestra la potencia donde las frecuencias de la voz suman y restan con la frecuencia de radio principal. SSB corta el ancho de banda a la mitad al suprimir el transportador y una de las bandas laterales. Esto también hace que el transmisor sea tres veces más potente, ya que no necesita transmitir el portador y la banda lateral no utilizados.
TETRA, Terrestrial Trunked Radio es un sistema digital de teléfonos celulares para militares, policías y ambulancias. Los servicios comerciales como XM, WorldSpace y Sirius ofrecen radio satelital digital encriptada.
Telefonía
Los teléfonos móviles transmiten a un sitio de célula local (transmisor / receptor) que finalmente se conecta a la red telefónica pública conmutada (PSTN) a través de una fibra óptica o radio de microondas y otros elementos de red. Cuando el teléfono móvil se acerca al borde del área de cobertura de radio del sitio de la celda, la computadora central cambia el teléfono a una nueva celda. Los teléfonos celulares originalmente usaban FM, pero ahora la mayoría usa esquemas de modulación digital GSM o CDMA. Los teléfonos satelitales usan satélites en lugar de torres celulares para comunicarse.
Vídeo
El televisor analógico envía la imagen como AM y el sonido como AM o FM, con el portador de sonido a una frecuencia fija (4,5 MHz en el sistema NTSC) lejos del portador de video. La televisión analógica también usa una banda lateral vestigial en el soporte de video para reducir el ancho de banda requerido.
La televisión digital utiliza la modulación 8VSB en Norteamérica (según el estándar de televisión digital ATSC) y la modulación COFDM en otras partes del mundo (utilizando el estándar DVB-T). Un código de corrección de errores Reed-Solomon agrega códigos de corrección redundantes y permite una recepción confiable durante la pérdida moderada de datos. Aunque muchos códecs actuales y futuros pueden enviarse en formato de contenedor de flujo de transporte MPEG, a partir de 2006 la mayoría de los sistemas utilizan un formato de definición estándar casi idéntico al DVD: MPEG-2 en formato panorámico anamórfico y MPEG nivel 2 ( MP2)) audio. La televisión de alta definición es posible simplemente utilizando una imagen de mayor resolución, pero H.264 / AVC está siendo considerado como un códec de video de reemplazo en algunas regiones por su compresión mejorada. Con la compresión y la modulación mejoradas involucradas, un solo "canal" puede contener un programa de alta definición y varios programas de definición estándar.
Todos los sistemas de navegación por satélite utilizan satélites con relojes de precisión. El satélite transmite su posición y el tiempo de la transmisión. El receptor escucha cuatro satélites y puede calcular su posición como si estuviera en una línea que es tangente a una capa esférica alrededor de cada satélite, determinada por el tiempo de vuelo de las señales de radio del satélite. Una computadora en el receptor hace los cálculos.
El radio direction-finding es la forma más antigua de navegación por radio. Antes de 1960, los navegantes usaban antenas de bucle móviles para localizar estaciones AM comerciales cerca de las ciudades. En algunos casos utilizaron balizas de radiolocalización marina, que comparten un rango de frecuencias justo por encima de la radio AM con operadores de radioaficionados. Los sistemas LORAN también usaron señales de radio de tiempo de vuelo, pero desde estaciones de radio en el suelo.
Los sistemas omnidireccionales de muy alta frecuencia (VOR), sistemas (utilizados por aeronaves), tienen una matriz de antenas que transmite dos señales simultáneamente. Una señal direccional gira como un faro a una tasa fija. Cuando la señal direccional está orientada al norte, una señal omnidireccional pulsa. Al medir la diferencia en fase de estas dos señales, una aeronave puede determinar su rumbo o radial desde la estación, estableciendo así una línea de posición. Un avión puede obtener lecturas de dos VOR y ubicar su posición en la intersección de los dos radiales, lo que se conoce como "arreglo".
Cuando la estación VOR se coloca con DME (Equipo de medición de distancia), la aeronave puede determinar su rumbo y alcance desde la estación, proporcionando así una solución desde una sola estación terrestre. Tales estaciones se llaman VOR / DMEs. Los militares operan un sistema similar de ayudas a la navegación, llamadas TACAN, que a menudo se integran en estaciones VOR. Tales estaciones se llaman VORTACs. Debido a que los TACAN incluyen equipos de medición de distancia, las estaciones VOR / DME y VORTAC son idénticas en potencial de navegación a las aeronaves civiles.
Radar
El radar (Detección y rango de radio) detecta objetos a distancia haciendo rebotar las ondas de radio sobre ellos. La demora causada por el eco mide la distancia. La dirección del haz determina la dirección de la reflexión. La polarización y la frecuencia del retorno pueden detectar el tipo de superficie. Los radares de navegación escanean un área amplia de dos a cuatro veces por minuto. Usan ondas muy cortas que se reflejan desde la tierra y la piedra. Son comunes en barcos comerciales y aviones comerciales de larga distancia.
Los radares de uso general generalmente usan frecuencias de radar de navegación, pero modulan y polarizan el pulso para que el receptor pueda determinar el tipo de superficie del reflector. Los mejores radares de uso general distinguen la lluvia de fuertes tormentas, así como también de tierra y vehículos. Algunos pueden superponer los datos del sonar y los datos del mapa desde la posición del GPS.
Los radares de búsqueda escanean un área amplia con pulsos de ondas de radio cortas. Usualmente escanean el área de dos a cuatro veces por minuto. A veces, los radares de búsqueda usan el efecto Doppler para separar los vehículos en movimiento del desorden. Los radares de orientación utilizan el mismo principio que los radares de búsqueda, pero escanean un área mucho más pequeña con mucha más frecuencia, generalmente varias veces por segundo o más. Los radares meteorológicos se asemejan a los radares de búsqueda, pero usan ondas de radio con polarización circular y una longitud de onda para reflejarse en las gotas de agua. Algunos radares meteorológicos usan el efecto Doppler para medir la velocidad del viento.
Datos (radio digital)
La mayoría de los nuevos sistemas de radio son digitales, incluidos la televisión digital, la radio por satélite y la transmisión de audio digital. La forma más antigua de transmisión digital fue la telegrafía de chispa, utilizada por pioneros como Popov o Marconi. Al presionar la tecla, el operador podría enviar mensajes en código Morse energizando una chispa de conmutación rotativa. El conmutador giratorio producía un tono en el receptor, donde un simple chispazo produciría un siseo, indistinguible de la estática. Los transmisores Spark-gap ahora son ilegales, porque sus transmisiones abarcan varios cientos de megahercios. Esto es un desperdicio de frecuencias de radio y potencia.
El siguiente avance fue la telegrafía de onda continua, o CW (Continuous Wave), en la que una frecuencia de radio pura, producida por un oscilador electrónico de tubo de vacío, se encendía y apagaba con una tecla. Un receptor con un oscilador local sería "heterodino" con la frecuencia de radio pura, creando un tono de audio similar a un silbido. CW usa menos de 100 Hz de ancho de banda. CW todavía se utiliza, en estos días principalmente por los operadores de radio aficionados (jamones). Estrictamente, la incrustación on-off de una portadora se debe conocer como "Onda continua interrumpida" o ICW o incrustación on-off (OOK).
El equipo de radiotelefonía funciona generalmente en onda corta (HF) y es muy querido por los militares porque crean información escrita sin un operador experto. Envían un poco como uno de dos tonos usando la codificación por desplazamiento de frecuencia. Grupos de cinco o siete bits se convierten en un personaje impreso por un teletipo. Desde aproximadamente 1925 hasta 1975, el radioteleipo era la forma en que la mayoría de los mensajes comerciales se enviaban a los países menos desarrollados. Estos todavía son utilizados por los servicios militares y meteorológicos.
Las aeronaves utilizan un servicio de radiotelefotipo de 1200 baudios a través de VHF para enviar su identificación, altitud y posición, y obtener datos de puerta de embarque y de conexión. Los platos de microondas en satélites, centrales telefónicas y estaciones de TV generalmente usan modulación de amplitud en cuadratura (QAM). QAM envía datos cambiando tanto la fase como la amplitud de la señal de radio. A los ingenieros les gusta QAM porque empaqueta la mayor cantidad de bits en una señal de radio cuando se les da un rango de frecuencia de banda estrecha fijo exclusivo (no compartido). Por lo general, los bits se envían en "marcos" que se repiten. Se usa un patrón de bits especial para ubicar el comienzo de un cuadro.
Los sistemas de comunicación que se limitan a un rango de frecuencia fija de banda estrecha son vulnerables al atasco. En un principio, se desarrollaron diversas técnicas de espectro ensanchado resistentes a interferencias para uso militar, las más famosas para las transmisiones por satélite del Sistema de Posicionamiento Global. El uso comercial del espectro expandido comenzó en la década de 1980. Bluetooth, la mayoría de los teléfonos celulares y la versión 802.11b de Wi-Fi utilizan cada uno varias formas de espectro ensanchado.
Los sistemas que necesitan confiabilidad, o que comparten su frecuencia con otros servicios, pueden usar "multiplexación por división de frecuencia ortogonal codificada" o COFDM. COFDM divide una señal digital en hasta varios cientos de subcanales más lentos. La señal digital a menudo se envía como QAM en los subcanales. Los modernos sistemas COFDM usan una computadora pequeña para hacer y decodificar la señal con procesamiento de señal digital, que es más flexible y mucho menos costosa que los sistemas más antiguos que implementaron canales electrónicos separados.
COFDM resiste el desvanecimiento y el efecto fantasma porque las señales QAM de canal estrecho pueden enviarse lentamente. Un sistema adaptable, o uno que envía códigos de corrección de errores también puede resistir la interferencia, porque la mayoría de las interferencias pueden afectar solo a algunos de los canales de QAM. COFDM se utiliza para Wi-Fi, algunos teléfonos celulares, Digital Radio Mondiale, Eureka 147 y muchos otros estándares de red de área local, televisión digital y radio.
Calefacción
La energía de radiofrecuencia generada para el calentamiento de objetos generalmente no está destinada a radiar fuera del equipo generador, para evitar la interferencia con otras señales de radio. Los hornos de microondas usan ondas de radio intensas para calentar los alimentos. El equipo de diatermia se usa en cirugía para sellar los vasos sanguíneos.
Servicio de radio aficionado
La radio aficionada, también conocida como "radioafición", es un hobby en el que los entusiastas tienen licencia para comunicarse en varias bandas del espectro de radiofrecuencia de forma no comercial y para sus propios experimentos. También pueden proporcionar asistencia de emergencia y servicio en circunstancias excepcionales. Esta contribución ha sido muy beneficiosa para salvar vidas en muchos casos.
Los radioaficionados utilizan una variedad de modos, incluidos los eficientes como el código Morse y los experimentales como la Radio Experimental de Baja Frecuencia. Varias formas de radio fueron iniciadas por radioaficionados y más tarde adquirieron importancia comercial, incluyendo FM, banda lateral única (SSB), AM, radio digital por paquetes y repetidores de satélite. Algunas frecuencias de aficionados pueden ser interrumpidas ilegalmente por el servicio de internet de la línea de alta tensión.
Servicios de radio sin licencia
Los servicios de radio personales sin licencia y autorizados por el gobierno, como la banda de radio de ciudadanos en Australia, la mayoría de las Américas y Europa, y el Servicio de Radio Familiar y Servicio de Radio de Uso Múltiple en América del Norte, ofrecen comunicación simple, generalmente de corto alcance para individuos y grupos pequeños, sin la sobrecarga de las licencias. Servicios similares existen en otras partes del mundo. Estos servicios de radio implican el uso de unidades de mano.
Wi-Fi también funciona en bandas de radio sin licencia y es muy utilizado para computadoras en red.
Las estaciones de radio gratuitas, a veces llamadas estaciones de radio pirata o "clandestinas", son estaciones de radiodifusión ilegales, no autorizadas y sin licencia. Estos son a menudo transmisores de baja potencia operados en horarios esporádicos por aficionados, activistas comunitarios o disidentes políticos y culturales. Algunas estaciones piratas que operan en alta mar en partes de Europa y el Reino Unido se asemejan más a estaciones legales, mantienen horarios regulares, usan alta potencia y venden tiempo de publicidad comercial.
Radio control (RC)
Los controles remotos de radio usan ondas de radio para transmitir datos de control a un objeto remoto como en algunas formas tempranas de misiles guiados, algunos controles remotos tempranos de TV y una variedad de modelos de barcos, autos y aviones. Los grandes equipos industriales controlados a distancia como las grúas y las locomotoras de conmutación ahora suelen utilizar técnicas de radio digital para garantizar la seguridad y la fiabilidad.
En el Madison Square Garden, en la Exhibición Eléctrica de 1898, Nikola Tesla demostró con éxito un bote controlado por radio. Le otorgaron la patente estadounidense No. 613,809 por un "Método y aparato para controlar el mecanismo de embarcaciones o vehículos en movimiento".