vpravo|náhled|Atmosférický útlum mikrovln v suchém vzduchu s hladinou vodní páry 0,001 mm. Spodní hroty v grafu odpovídají frekvencím, na nichž jsou mikrovlny pohlcovány silněji, např. molekulami kyslíku.

Mikrovlnný přenos je přenos dat elektromagnetickými vlnami o v mikrovlnném frekvenčním rozsahu 300 MHz až 300 GHz (vlnová délka ve vakuu 1 m – 1 mm) elektromagnetického spektra. Dosah mikrovlnných signálů je normálně omezen přímou viditelností, proto dálkový přenos s použitím těchto signálů vyžaduje řadu opakovačů tvořících mikrovlnnou radioreléovou síť. Mikrovlnné signály lze také používat pro komunikaci za horizont s využitím troposférického rozptylu, ale takové systémy jsou nákladné a obecně se používají pouze pro speciální účely.

Historie I když experimentální mikrovlnné telekomunikační spojení přes Lamanšský průliv na vzdálenost 64 km bylo předvedeno již v roce 1931, technologie pro praktické využití mikrovlnné komunikace poskytl až vývoj radarů za druhé světové války. Britská armáda během 2. světové války zavedla bezdrátovou soupravu č. 10 (), která používala mikrovlnná relé na multiplex osmi telefonních kanálů na dlouhé vzdálenosti. Spoj přes kanál La Manche umožňoval generálovi Bernardu Montgomerymu být v neustálém kontaktu s velitelstvím své skupiny v Londýně.

V poválečném období se mikrovlnná technologie velmi rychle vyvíjela, což vedlo k výstavbě několika transkontinentálních mikrovlnných radioreléových systémů v Severní Americe a Evropě. Kromě současného přenosu tisíců telefonních hovorů se tyto sítě také používaly pro přenos televizních signálů pro celostátní vysílání, a později i pro přenos dat. V 70. a 80. letech 20. století ovládly trh s televizním vysíláním komunikační satelity a zavádění dálkových optických systémů v 80. a zvláště 90. letech 20. století vedlo k rychlému zániku radioreléových sítí, z nichž většina byla opuštěna.

Po roce 2010 došlo k explozivnímu nárůstu využití mikrovlnného spektra novými telekomunikačními technologiemi, jako jsou bezdrátové sítě a satelity s přímým vysíláním, které slouží k přenosu televize a rozhlasu přímo do domácností spotřebitelů. Větší spoje se šířením na přímou viditelnost jsou opět oblíbené pro komunikaci spojení mezi mobilní telefonními základnovými stanicemi, které však obvykle nejsou organizovány do dlouhých radioreléových řetězců.

Použití Mikrovlny se nejčastěji používají pro dvoubodovou komunikaci, protože jejich malá vlnová délka umožňuje použití antén rozumné velikostí pro vytvoření úzkého paprsku, který lze směrovat přímo na přijímací anténu. Toto použití přesně zaměřených přímých paprsků umožňuje mikrovlnným vysílačům ve stejné oblasti používat stejné frekvence bez vzájemného rušení, ke kterému dochází na nižších frekvencích rádiových vln. Toto znovupoužití frekvencí šetří cenné omezené pásmo rádiového spektra. Další výhodou je, že vysoká frekvence mikrovln poskytuje v mikrovlnném pásmu velmi velkou přenosovou kapacitu; mikrovlnné pásmo má šířku pásma třicetkrát větší než celý zbytek rádiového spektra pod ním. Nevýhodou je, že mikrovlny jsou omezeny na šíření na přímou viditelnost; nemohou proto překonávat hory nebo jiné terénní překážky jako nižší frekvence rádiových vln.

náhled|Parabolická satelitní anténa pozemní stanice v bavorském Raistingu v Německu Mikrovlnný rádiový přenos se často používá v dvoubodových komunikačních systémech na povrchu Země, v satelitních komunikacích a při komunikaci s kosmickými sondami. Ostatní části mikrovlnného rádiového pásma se používají pro radary, rádiové navigační systémy, senzorové systémy a v radioastronomii.

Další vyšší frekvenční pásmo rádiového spektra mezi 30 GHz a 300 GHz, se nazývá „milimetrové vlny“, podle rozsahu jejich vlnových délek mezi 10 mm a 1 mm. Rádiové vlny v pásmu milimetrových vln jsou silně zeslabovány plyny v zemské atmosféře, což omezuje použitelnou přenosovou vzdálenost na několik kilometrů, což není dostatečné pro dálkové komunikace. Také elektronické technologie pro pásmo milimetrových vln nejsou dosud tak pokročilé jako technologie pro mikrovlnné pásmo.

Bezdrátový přenos informací

Jednosměrná a obousměrná telekomunikace pomocí telekomunikačních družic Pozemní mikrovlnné radioreléové spoje v telekomunikačních sítích včetně páteřní síť nebo páteřní připojení mobilní operátoři v buňkové sítě

Později se mikrovlny začaly též používat pro bezdrátový přenos energie.

Mikrovlnná radioreléová komunikace náhled|Antény s rohovým reflektorem pro pásmo C na střeše telefonní ústředny v Seattlu ve státě Washington, používaná mikrovlnnou radioreléovou sítí AT&T Long Lines v USA náhled|vpravo|upright|Desítky mikrovlnných parabolických antén na věži Heinricha Hertze v Hamburku v Německu

Mikrovlnná radioreléová komunikace je technologie, která se v 50. a 60. letech 20. století hojně používala pro přenos informací, např. dálkových telefonních hovorů a televizních programů mezi dvěma pozemními body pomocí úzkého svazku mikrovln. Při mikrovlnném radioreléovém přenosu vysílá mikrovlnný rádiový vysílač se směrovou anténou úzký svazek mikrovln, které přenášejí mnoho informačních kanálů na přímou viditelnost do jiné radioreléové stanice, kde jsou přijímány směrovou anténou a přijímačem, čímž se vytvoří pevné rádiové spojení mezi dvěma body. Spoj je obvykle obousměrné, používá vysílač a přijímač na obou koncích pro přenos dat v obou směrech. Požadavek přímé viditelnosti omezuje vzdálenost mezi stanicemi na viditelný obzor, přibližně 48 až 80 km. Pro překlenutí delších vzdáleností musí stanice fungovat jako radioreléové a přeposílat přijaté informace na další stanici po trase. Řetězce mikrovlnných radioreléových stanic byly používány pro přenos telekomunikačních signálů na transkontinentální vzdálenosti. Mikrovlnné radioreléové stanice byly obvykle umístěné na vysokých budovách a vrcholcích hor, s anténami na věžích, aby měly maximální dosah.

Od 50. let 20. století přenášely dálkové telefonní hovory a televizní programy mezi městy sítě mikrovlnných radioreléových spojů, jako byl např. systém AT&T Long Lines v USA. První systém pojmenovaný TDX postavený firmou AT&T propojil v roce 1947 New York a Boston řadou osmi radioreléových stanic. V průběhu 50. let 20. století byla po celých Spojených státech vybudována síť nepatrně vylepšené verze, známá jako TD2. Ta zahrnovala dlouhé řetězené spoje, které překonávaly horská pásma a překlenovaly kontinenty. Spuštění telekomunikačních družic v 70. letech 20. století poskytlo levnější alternativu. Většina transkontinentálního provozu se nyní uskutečňuje přes satelity a optická vlákna, ale mikrovlnné radioreléové trasy zůstávají důležité pro kratší vzdálenosti.

Plánování náhled|vlevo|Komunikační věž s mikrovlnnými radioreléovými parabolickými anténami na Frazier Mountain v Jižní Kalifornii

Protože se při mikrovlnném přenosu vlny šíří v úzkých svazcích omezenými přímou viditelností z jedné antény na druhou, neruší se s jinými mikrovlnnými zařízeními, takže blízké mikrovlnné spoje mohou používat stejné frekvence. Antény proto musí být vysoce směrové (s vysokým ziskem) a musí být umístěny na vyvýšených místech jako jsou vysoké rádiové věže, aby se signál mohl vyhnout překážkám blíže k zemi a šířit se na velké vzdálenosti. Obvyklými typy antén používaných pro radioreléové spoje jsou parabolické antény, dielektrické čočkové antény a antény s rohovým reflektorem, které mají průměr až 4 metry. Vysoce směrové antény dovolují hospodárné využití dostupného frekvenční spektra, bez ohledu na velké přenosové vzdálenosti.

náhled|vlevo|Radioreléový uzel dánské armády

Kvůli použití vysokých frekvencí je nutná přímá viditelnost mezi stanicemi. Kromě toho, aby se zabránilo zeslabování paprsku, oblast okolo paprsku nazývaná první Fresnelova zóna by neměla obsahovat žádné překážky. Překážky v poli signálu způsobí nežádoucí zeslabení. Ideální místem pro antény jsou proto vysoké vrcholy a hřbety hor.

Kromě použití obvyklých opakovačů, které vysílají zády k sobě na různých frekvencích, lze překážky v mikrovlnné trase také řešit pomocí pasivních opakovačů nebo opakovačů se stejnou frekvencí.

náhled|vlevo|Produkční vůz používaný pro dálkové vysílání televizního zpravodajství má mikrovlnnou anténu na teleskopickém stožáru pro přenos živého videa zpět do studia Překážky, zakřivení Země, geografie oblasti a problémy s příjmem způsobené využíváním blízkých pozemků (např. průmyslovou výrobou nebo lesnictvím) jsou důležitými faktory, které je třeba uvažovat při plánování rádiových spojů. V procesu plánování je nezbytné vytvořit „profily trasy“, které poskytují informace o terénu a Fresnelových zónách ovlivňujících přenosovou trasu. Pozornost musí být také věnována přítomnosti vodních ploch např. jezer nebo řek po cestě, protože mohou odrážet rádiové vlny, a přímá a odražená vlna se mohou v přijímací anténě vzájemně rušit, čímž dochází k vícecestnému úniku. Vícecestný únik je obvykle hluboké pouze v malé části úzkého kmitočtového pásma, takže lze pro jejich zmírnění využít prostorovou nebo frekvenční diverzitu.

Vlivem rozvrstvení atmosféry se rádiové vlny obvykle ohýbají dolů, takže vzdálenost obzoru, kterou lze považovat za míru zakřivení Země, se zvyšuje z 6370 km na přibližně 8500 km (efekt 4/3 ekvivalentního poloměru). Malé rozdíly teploty, vlhkosti a tlaku v závislosti na výšce mohou způsobovat velké odchylky a zkreslení šíření a ovlivnit kvalitu přenosu. Intenzivní déšť a sněžení způsobují dešťový únik, který je dalším rušivým faktorem, zvláště na frekvencích nad 10 GHz. Veškeré škodlivé faktory zmíněné v této části, souhrnně nazývané útlum trasy, vyžadují výpočet vhodné rezervy výkonu, aby funkčnost spoje byla zachována po většinu času např. 99.99% nebo 99.999% používaných ve službách 'carrier class' většiny telekomunikačních operátorů.

Nejdelší známý mikrovlnný radioreléový spoj protíná Rudé moře s hopem délky 360 km mezi Jebel Erba (661 m nad mořem, , Súdán) a Jebel Dakka (784 m nad mořem, , Saúdská Arábie). Spoj byl vybudován v roce 1979 firmou Telettra pro přenos 300 telefonních a jednoho televizního kanálu v kmitočtovém pásmu 2 GHz. (Hop vzdálenost je vzdálenost mezi dvěma mikrovlnnými stanicemi).

Předchozí informace prezentují typické problémy pozemních rádiových spojů používajících mikrovlny pro tak zvané páteřní sítě: vzdálenosti mezi stanicemi několik desítek kilometrů (typicky 10 až 60 km byly z větší části používaly do 90. let 20. století. Kmitočtové pásmo níže 10 GHz, a především, informace být přenášené, byly pyšná obsahující pevný kapacita blok. Cílový byl na dodávají/zdroj požadovaný dostupnost pro celý blok (Plesiochronní digitální hierarchie, PDH nebo synchronní digitální hierarchie, SDH). Únik a/nebo vícecestné šíření ovlivňující spoj zkratka čas perioda během den musely být potlačeny diverzitní architekturou. Během v 90. letech 20. století mikrovlnný rádiový spoje začaly široce které mají být použity pro městské spoje v Celulární rádiová síť. Požadavky ohledně spoj vzdálenost změněný na kratší hops (méně než , typicky 3 až 5 km, a frekvence byla zvýšena do pásem mezi 11 a 43 GHz a později, až 86 GHz (E-pásmo). Plánování spojů se více zabývá intenzivním deštěm a méně vícecestným šířením, takže diverzitní schémata se začala méně používat. Další velkou změnou, ke které došlo během poslední desetiletí, byl vývoj k paketovým přenosům. Pro ně se začaly používat nové techniky, např. adaptivní modulace.

V celulárních a mikrovlnných systémech se používá regulace vysílacího výkonu. Tyto mikrovlnné přenosy typicky používají výkon 0,03 až 0,3 W vyzářený parabolickou anténou v úzkém svazku o šířce několika stupňů (1 až 3-4). Rozložení mikrovlnných kanálů je regulováno Mezinárodní telekomunikační unií (ITU-R) a lokálními předpisy (ETSI, FCC). V posledních desetiletích začne být vyhrazené spektrum pro každé mikrovlnné pásmo extrémně zaplněné, což podněcuje použití technik pro zvýšení přenosové kapacita např. znovupoužití frekvencí, polarizační multiplexování, XPIC, technologie MIMO, apod.

Historie