TD-2

Ya en 1915 se habían realizado experimentos con sistemas de radiotelefonía, un año después de que AT&T adquiriera las patentes de Lee de Forest sobre el tubo de vacío audión . Se llevaron a cabo experimentos entre Arlington (Virginia) , Hawái y París. Tras la interrupción causada por la Primera Guerra Mundial , estos experimentos se reanudaron y culminaron en la creación de una conexión permanente entre Nueva York y Londres en 1927. Este sistema operaba a 60 kHz , aprovechando el comportamiento de las ondas de radio de baja frecuencia para seguir la curvatura de la Tierra y así lograr comunicaciones más allá del horizonte. ^{[ 1 ]} 

Casi al mismo tiempo, los primeros experimentos con radios de frecuencia megahercio demostraban la capacidad de utilizar la dispersión ionosférica para proporcionar propagación de radio a larga distancia en estas frecuencias más altas. En 1928 se inició un nuevo enlace entre Nueva York y Londres, al que pronto siguieron otros usuarios en todo el mundo. El principal problema de este sistema era que la dispersión impedía predecir el alcance final de las señales, lo que dificultaba garantizar que dos estaciones pudieran usar las mismas frecuencias sin sufrir interferencias. La investigación continuó avanzando hacia frecuencias cada vez más altas en un esfuerzo por evitar interferencias y ampliar el ancho de banda . ^{[ 1 ]}

En 1934 se estableció un enlace de línea única entre Boston y Cape Cod  a 60 MHz, utilizando un espectro que por entonces estaba relativamente sin usar. En 1941 se instaló un sistema más avanzado a través de la entrada de la bahía de Chesapeake , que operaba a 150  MHz. Este sistema tenía suficiente ancho de banda para permitir el envío de 12 llamadas telefónicas a través de una sola conexión, utilizando el mismo sistema de multiplexación empleado en las líneas de llamadas de larga distancia . ^{[ 2 ]}

Ya era evidente que pasar a la banda de gigahercios ofrecería mucho más ancho de banda y permitiría cientos de llamadas en un solo enlace. Bell llegó incluso a mostrar ilustraciones de cómo podría ser un sistema así, utilizando antenas de bocina largas . El inicio de la Segunda Guerra Mundial puso fin a estos experimentos. ^{[ 2 ]}

El desarrollo del magnetrón de cavidad y las mejoras en la potencia de los klistrones , junto con las guías de onda , los detectores de cristal y los conmutadores de microondas asociados, como parte del desarrollo del radar, proporcionaron todo el equipo necesario para trasladar la radiotelefonía a la región de las microondas. En el Reino Unido, estas tecnologías se utilizaron para producir el primer sistema telefónico de retransmisión de microondas del mundo: el Wireless Set No. 10 (WS.10), que multiplexaba ocho llamadas telefónicas en un único enlace de microondas que podía utilizarse hasta el límite de la línea de visión. Este sistema se utilizó durante el desembarco de Normandía en la Segunda Guerra Mundial : en el campo de batalla para comunicarse con las unidades de vanguardia y a ambos lados del Canal de la Mancha para proporcionar un enlace con el cuartel general en el Reino Unido. ^{[ 3 ]}

Bell continuó trabajando en el campo de la telefonía durante la guerra, experimentando con sistemas que operaban a 3, 4,6 y 9,5  GHz en una línea de 64 km (40 millas) entre Nueva York y Neshanic, Nueva Jersey . También se probó un enlace más corto a 0,7 y 24 GHz. En abril de 1944, la compañía anunció sus planes para utilizar esta tecnología en la construcción de un sistema de telefonía interurbana. En diciembre, se creó un nuevo grupo de proyecto especial, dado que la guerra estaba llegando a su fin y se acercaba el regreso al trabajo civil. Esto dio lugar a la creación de un grupo de retransmisión por microondas en el Departamento de Investigación, bajo la dirección de Gordon Thayer. ^{[ 4 ]}  

El 13 de marzo de 1944, AT&T anunció la instalación de 11 000 km (7000 millas) de cable coaxial para transmitir señales de telefonía y televisión, y posteriormente, en 1950, amplió la red a 19 000 km (12 000 millas) . Sin embargo, estudios de ingeniería demostraron que la instalación de un repetidor de microondas resultaría más económica para la misma red, aunque existían dudas sobre los costos operativos continuos. Ante la preocupación por la capacidad de la empresa para obtener capital, el sistema de microondas se consideró una opción más atractiva. Los experimentos realizados durante este período demostraron que la interferencia de la lluvia era significativa por encima de los 10 GHz, mientras que la operación por debajo de 1 GHz resultaba difícil debido al tamaño excesivo de las antenas requeridas. ^{[ 5 ]}    

Un problema para el proyecto fue que AT&T no era la única con grandes planes de posguerra para el espectro radioeléctrico; durante la guerra se canceló la producción televisiva y esas compañías esperaban una enorme oleada de compras tras la guerra. Durante las primeras pruebas, a veces se detectaban señales UHF a distancias muy largas que la teoría sugería imposibles. Esto condujo al descubrimiento de la dispersión troposférica , que se convertiría en otro importante sistema de telefonía de largo alcance en el futuro. También provocó la "congelación de la televisión" de 1948, mientras la FCC intentaba comprender el problema y encontrar soluciones. Como esto casi invariablemente implicaría una reasignación de frecuencias, AT&T también suspendió sus esfuerzos de retransmisión mientras esperaba saber qué frecuencias podría utilizar. ^{[ 5 ]}

Mientras esperaban el resultado de las gestiones de la FCC, Bell decidió instalar un sistema experimental como prototipo de lo que creían que sería el sistema comercial. Este se construyó como la línea TDX entre Nueva York y Boston. La FCC les otorgó una asignación entre 3,9 y 4,4  GHz en mayo de 1945. El sistema tenía cuatro canales de 10  MHz cada uno, distribuidos en la frecuencia asignada, y las señales se codificaban en los canales mediante modulación de frecuencia . La red utilizaba siete repetidores a lo largo del enlace. ^{[ 6 ]}

El sistema se completó en noviembre de 1947 y las transmisiones experimentales de televisión comenzaron el día 13. Las señales se transmitieron desde Boston a Nueva York y luego a Washington, D.C., a través de un enlace coaxial ya existente. El enlace permaneció de uso gratuito hasta mayo de 1948, momento en el que se ofreció como servicio comercial. El enlace TDX se mantuvo en funcionamiento hasta 1958. ^{[ 6 ]}

A medida que se adquiría el espectro televisivo, AT&T se enfrentó a una creciente presión para ceder sus asignaciones de VHF existentes para nuevos canales de televisión. ^{[ 6 ]} Esto solo sería posible si la FCC abría nuevas frecuencias para que las utilizaran para telefonía. Ya en 1946, la FCC estaba preocupada por la posible saturación en el rango de GHz y comenzó a considerar también su asignación formal. En 1947, se convocó una reunión de la Unión Internacional de Telecomunicaciones para asignar el espectro, que fue ratificado por la FCC en el verano de 1948. Esto reservó tres bandas para uso de operadores comunes : de 3,7 a 4,2 GHz, de 5,925 a 6,425 GHz y de 10,7 a 11,7  GHz. ^{[ 7 ]}

Así, mientras TDX aún se encontraba en la etapa de prototipo , se decidió avanzar con un sistema de producción en las nuevas frecuencias, ligeramente más bajas. En octubre de 1946, se seleccionó la ruta de Nueva York a Chicago como base para una red nacional. Un equipo de planificación esbozó dos planes: uno que se completaría en junio de 1949 y el otro en junio de 1950. La principal diferencia radicaba en que el primero, conocido como TD1, utilizaría el equipo TDX existente, mientras que el segundo, TD-2, emplearía un equipo mejorado con seis canales en lugar de cuatro y nuevos receptores que permitirían mayores distancias entre las estaciones. ^{[ 8 ]}

AT&T presentó una solicitud ante la FCC en enero de 1947 para construir el enlace. ^{[ 9 ]} La gerencia exigió que utilizaran el sistema TD-2, más avanzado, pero que cumplieran con la fecha original de 1949, ya que las estaciones de televisión estaban ansiosas por nuevos enlaces. El departamento de ingeniería aceptó el objetivo y dijo que podría cumplirse si todo salía bien. ^{[ 10 ]} Su plan inicial era desarrollar los diseños de la radio, la antena y la planta de energía para finales de 1947 y todos los demás componentes para principios de 1948. Western Electric prepararía las líneas de producción para que las entregas pudieran comenzar a finales de 1948 y completarse en seis meses. Mientras tanto, AT&T Long Lines inspeccionaría y compraría los sitios de repetidores y construiría los edificios y torres asociados. ^{[ 11 ]}

Inicialmente, la dirección se centró en las señales de televisión, pero con el tiempo, las señales telefónicas cobraron mayor importancia. Esto llevó a la decisión de retrasar el servicio hasta el otoño de 1950, lo que permitió la instalación de sistemas multiplexores que posibilitarían 480 llamadas por canal. Al mismo tiempo, se planificó una segunda línea entre Los Ángeles y San Francisco. El equipo en la ruta de Chicago se instaló en la primavera de 1950. ^{[ 12 ]} Estos primeros sistemas se construyeron en altas torres de hormigón que permitieron montar el equipo de radio en la torre para mantenerlo lo más cerca posible de las antenas y así evitar pérdidas en las líneas de transmisión. ^{[ 13 ]}

Las pruebas comenzaron en junio, inicialmente con poco éxito, y los problemas de ruido continuaron afectando al sistema durante julio. ^{[ 12 ]} Las cosas finalmente mejoraron en agosto, momento en el que un experimento envió una señal de Nueva York a Chicago, de vuelta a Nueva York y luego nuevamente a Chicago. La longitud total de la transmisión fue la misma que de Nueva York a San Francisco, y la degradación de la señal fue "apenas perceptible" incluso en un osciloscopio . ^{[ 14 ]}

La línea Nueva York-Chicago se inauguró el 1 de septiembre de 1950, y la conexión Los Ángeles-San Francisco el 15. Ambas secciones se conectaron a tiempo para la transmisión nacional del discurso inaugural de Harry S. Truman en el Tratado de San Francisco el 4 de septiembre de 1951. ^{[ 15 ]}

Durante los años siguientes, AT&T y Bell Labs trabajaron continuamente en el sistema para mejorarlo. Entre las mejoras más importantes se encontraban las relativas a la vida útil de los tubos. La principal preocupación era el transmisor principal, el 416A, cuya vida útil se incrementó de aproximadamente 2000 horas al entrar en servicio a entre 6000 y 8000 horas en 1952, y a 20 000 horas en 1967. Asimismo, se resolvieron con éxito los problemas con el 417A utilizado en el preamplificador de frecuencia intermedia , aumentando su vida útil de tan solo 100 horas a 10 000. Otra mejora importante fue un sistema de conmutación rápida que permitía cambiar cualquier canal a un canal de espera sin perder la señal. Normalmente, un canal se dejaba libre para este propósito, mientras que los otros cinco se utilizaban activamente. ^{[ 15 ]}

Otro problema importante del sistema TD-2 era que solo se podía utilizar la mitad del ancho de banda disponible, ya que los filtros de frecuencia de microondas de la época no eran particularmente estrechos, por lo que los canales debían estar muy separados. Esto también limitaba los ángulos de orientación de las antenas; dos señales con una separación inferior a 60 grados comenzaban a interferir. En 1951, el desarrollo de filtros de ranura con núcleos de ferrita solucionó este problema y permitió casi duplicar el número de canales y orientar las antenas con una precisión de 9 grados, lo que significaba que una sola torre podía dar servicio a dos puntos finales muy próximos. ^{[ 16 ]}

En 1955, Bell Labs comenzó a trabajar en un nuevo sistema de retransmisión conocido como TH, que operaba en la  banda de 6 GHz. Una característica importante de TH era que utilizaba la polarización para separar las señales, lo que permitía que los canales operaran muy cerca unos de otros en frecuencia y, por lo tanto, aprovecharan mucho mejor el ancho de banda. Combinado con bandas más amplias y una nueva codificación, TH podía transmitir 1200 llamadas por canal y tenía el doble de canales. ^{[ 16 ]}

En teoría, dado que operaban en bandas diferentes, los sistemas TH podrían añadirse a los emplazamientos TD-2 existentes para aumentar la capacidad de la estación. Desafortunadamente, las antenas TD-2 no podían utilizarse con señales polarizadas, y TH planeaba usar antenas de bocina que conservaban la polarización. ^{[ 16 ]} Esto llevó a considerar si TD-2 también podría adoptar un diseño de bocina y si una sola bocina podría funcionar en ambas frecuencias. Para ello, la guía de ondas tendría que ser circular hasta el punto donde se derivaría la señal TH, y lo suficientemente grande como para transportar la  señal TD-2 de 3,7 GHz en lugar de las  señales TH más cortas de 6 GHz. Se requirió una extensa investigación y pruebas para responder a la pregunta, pero finalmente se produjo un diseño de antena adecuado. ^{[ 16 ]}

Las estaciones TD-2 posteriores a 1955 utilizaron el nuevo diseño de bocina. Al mismo tiempo, esto permitió actualizar las estaciones TD-2 existentes para que también utilizaran señales polarizadas, y surgieron nuevos diseños de multiplexores que, en conjunto, permitieron hasta 600 llamadas por canal. Esto duplicó con creces la capacidad de los enlaces originales. Por lo tanto, el esfuerzo de diseño que consideró si TH podría reemplazar los sitios TD-2 existentes retrasó el uso generalizado de TH a medida que mejoraba la capacidad de los sistemas TD-2 existentes. El despliegue de TH no comenzó hasta 1961, y a mediados de la década de 1960, la mayor parte de la red todavía utilizaba TD-2. ^{[ 13 ]}

En abril de 1962, se decidió rediseñar el sistema TD-2 como TD-3. Este era un sistema de estado sólido , con el transmisor de microondas como único tubo restante, que pasó de un klistrón a un tubo de onda progresiva de menor ruido . El receptor tenía mucho menos ruido, gracias al uso de diodos Schottky y diodos túnel , lo que permitió aumentar nuevamente el número de llamadas telefónicas por canal a 1200. Para alcanzar estos niveles, también fue necesario mejorar la infraestructura física y las antenas. Aprovechando estos cambios, se creó el TD-2A, que podía gestionar 900 llamadas telefónicas por canal y que podía desplegarse rápidamente mientras se esperaba la llegada del TD-3. ^{[ 13 ]}

Para 1968, el TD-2 transportaba el 40% de todo el tráfico de larga distancia en los EE. UU. También transportaba el 95% de las señales de televisión interurbanas del país. ^{[ 17 ]}

Dos acontecimientos ocurridos en 1970 provocaron el fin de la expansión de la red de microondas de AT&T y su eventual desaparición.

Los primeros satélites de comunicaciones geoestacionarios se lanzaron en la década de 1960, pero el servicio comercial generalizado no comenzó hasta la década de 1970. Los satélites rápidamente se hicieron cargo de la distribución de las señales de televisión, ya que estas generalmente se originaban en un único sitio transmisor, los estudios principales de la cadena, y se transmitían a muchos receptores, en las estaciones de televisión locales. Esto se podía lograr fácilmente con un solo satélite y receptores relativamente económicos en las estaciones locales. A medida que la televisión dejó de usar los sistemas de microondas, los canales liberados se destinaron a la telefonía o al mercado emergente de principios de la década de 1970 para líneas de datos dedicadas. ^{[ 18 ]}

La sustitución de su uso por telefonía también tuvo lugar durante la década de 1970. En Corning Glass , un equipo liderado por Robert Maurer desarrolló un nuevo método para fabricar fibra óptica con una calidad mucho mayor y menores pérdidas que los diseños anteriores. Casi al mismo tiempo, Bell Labs desarrolló el primer láser semiconductor a temperatura ambiente . Este podía encenderse y apagarse a muy alta velocidad, lo que le permitía crear señales de modulación por impulsos codificados (PCM) dentro de una fibra. En 1976, AT&T instaló su primer sistema experimental de fibra, un cable de 610 m (2000 pies ) que discurría bajo las calles de Atlanta , y surgieron muchos proyectos similares en todo el mundo. ^{[ 19 ]} 

En 1976, Masaru Horiguchi de NTT presentó una nueva fibra óptica que era ópticamente transparente a 1,3 micrómetros. Ese mismo año, J. Jim Hsieh del Laboratorio Lincoln presentó un láser de estado sólido que operaba a esta frecuencia. En 1979, AT&T construyó una red utilizando esta tecnología en Lake Placid, Nueva York , para transmitir las señales de televisión de los Juegos Olímpicos de Invierno de 1980. A principios de la década de 1980, las fibras de larga distancia estaban reemplazando rápidamente a todas las demás tecnologías. ^{[ 19 ]}

AT&T continuó utilizando su red de microondas para el servicio telefónico durante este período, pero la red totalmente digital y de fibra óptica de Sprint en la década de 1980 obligó a la compañía a pasarse también a lo digital, utilizando nueva fibra en lugar de actualizar el sistema de microondas. A finales de la década de 1990, la mayor parte de la red de microondas se había desactivado. En 1999, AT&T vendió las torres a cualquier comprador. La mayoría de las torres no se vendieron y ahora se encuentran abandonadas. ^{[ 20 ]}

Un pequeño número de antiguas torres TD-2 se han vuelto a utilizar bajo propiedad de terceros. El enlace original entre Nueva York y Chicago es uno de ellos. Hay dos razones para su reutilización, ambas relacionadas con el tiempo de extremo a extremo. La primera es que las señales viajan algo más despacio por fibra óptica que por el aire, unos 200 000  km/s en lugar de 299 700  km/s. Mucho más importante es que las redes de fibra óptica generalmente siguen la infraestructura existente, como vías férreas y túneles, en lugar de las conexiones punto a punto relativamente directas del sistema de microondas. Los paquetes no se enrutan entre las dos estaciones, simplemente se reenvían, lo que mejora aún más el rendimiento. ^{[ 21 ]}

En el caso del enlace Nueva York-Chicago, mediciones de terceros mostraron una disminución promedio general de la latencia de 2,5 milisegundos alrededor de 2011. Esto coincidió con la apertura del primer enlace de microondas nuevo. Para 2013, 15 enlaces de este tipo estaban en funcionamiento entre las dos ciudades, y se han puesto en marcha redes similares entre Londres y Frankfurt y otras ubicaciones. Si bien estos no utilizan el equipo original, y generalmente tampoco las antenas, las torres están perfectamente ubicadas para su uso con equipos nuevos. ^{[ 21 ]}

• "Fibra óptica" . El ingeniero de hoy . Noviembre de 2011.
• Dickieson, Alton (octubre de 1967). "La historia del TD2" . Bell Laboratories Record .
• Berger, EE. UU. (julio-agosto de 1968). "TD2: Dieciocho años y sigue creciendo" . Bell Laboratories Record .
• Anthony, Sebastian (3 de noviembre de 2016). "El mundo secreto de las redes de microondas" . ArsTechnica .
• Hathaway, SD; Hensel, WG; Jordan, DR; Prime, RC (septiembre de 1968). "Sistema de retransmisión de radio por microondas TD-3" (PDF) . The Bell System Technical Journal . 47 (8): 1143– 1188. doi : 10.1002/j.1538-7305.1968.tb00078.x .