Que es un repetidor y que problema resuelve

Dos radios portátiles hablando directamente entre si funcionan en lo que suele llamarse simplex: ambos equipos transmiten y reciben en una misma frecuencia única, y se alcanzan solo hasta donde su propia baja potencia y sus antenas cortas lo permitan. En terreno plano y abierto eso podría ser unas cuantas millas. Ponga un cerro, un edificio de acero o un valle de por medio y ese alcance se derrumba rápidamente. El radio que usted tiene en la mano hace su mejor esfuerzo con los dos a cinco vatios que posee, pero está luchando contra la física y el terreno desde la peor posición posible, que es justo a nivel del suelo.

Un repetidor resuelve esto actuando como un relevo en las alturas. Se ubica en un punto alto: la cima de un cerro, una torre, la azotea de un edificio alto, un tanque de agua. Escucha de manera continua en una frecuencia, la de entrada, y en el momento en que un portátil transmite, el repetidor retransmite ese audio en una segunda frecuencia, la de salida, con mucha más potencia y desde un punto de vista mucho mejor. Cada radio del sistema transmite en la frecuencia de entrada y escucha en la de salida. Los dos portátiles que no podian escucharse directamente ahora alcanzan al repetidor con facilidad, y el repetidor alcanza a ambos. Su alcance efectivo ya no depende de la señal débil entre ellos. Depende de qué tan bien cada uno pueda alcanzar el sitio elevado, lo cual es un camino mucho más fácil.

Esa es toda la idea. Un repetidor no hace que su portátil sea más fuerte. Le da a cada radio del grupo un intermediario compartido y elevado que puede escuchar a los débiles y regresar el mensaje a un área amplia. Por eso un puñado de portátiles esparcidos por todo un condado pueden comunicarse entre si a través de una sola maquina bien ubicada.

Las partes principales de un repetidor

Si se reduce un repetidor a lo esencial, se encuentra un pequeño conjunto de partes trabajando juntas. Ninguna de ellas es exotica por si sola. La ingeniería está en como se combinan y se protegen.

• Un receptor. Una entrada de radio sensible sintonizada a la frecuencia de entrada. Su trabajo es captar señales débiles de portátiles distantes, por lo que la sensibilidad importa muchisimo.
• Un transmisor. Un radio sintonizado a la frecuencia de salida, que opera con mucha más potencia que un portátil, con frecuencia decenas de vatios y a veces más, según el sitio y la licencia.
• Un controlador, a veces llamado la logica del repetidor. Este es el cerebro que decide cuando activar el transmisor, cuanto tiempo mantenerlo activo, cuando desactivarlo, y como manejar los tonos de cortesia, la identificación y los tiempos de espera. En maquinas sencillas esto viene incorporado. En sistemas más grandes es un equipo separado y con más capacidad.
• Una antena y una línea de transmisión. Por lo general una sola antena en la torre, alimentada por un cable coaxial que baja hasta el equipo. Dedicaremos tiempo a esto más adelante, porque en un sitio de repetidor la antena y la línea de transmisión no son un detalle secundario.
• Energía y energía de respaldo. Energía comercial para hacer funcionar todo día a día, más baterias y a menudo una planta electrica para que el sitio siga funcionando cuando falla la red electrica.
• Un duplexor. El dispositivo que permite que el transmisor y el receptor compartan una sola antena sin destruirse mutuamente. Esta es la parte que la mayoría nunca ha escuchado nombrar, y es el corazon de este artículo.

Note que un receptor y un transmisor funcionan al mismo tiempo, en la misma caja, conectados a la misma antena. Ese solo hecho es donde empieza la dificultad.

Por qué una sola antena complica las cosas

Un repetidor es un dispositivo full duplex. Transmite y recibe de manera simultanea y continua mientras hay una conversación en curso. Eso es lo que hace que el relevo se sienta instantáneo. También es lo que hace difícil el equipo.

Considere las cifras en términos sencillos. El transmisor emite una señal fuerte, facilmente decenas de vatios. El receptor intenta detectar una señal proveniente de un portátil distante que, para cuando llega, podría ser una fracción de una millonesima de vatio, o menos. Esas dos señales están separadas por una razón enorme en cuanto a fuerza, y comparten la misma antena y el mismo tramo corto de cable dentro del gabinete.

Si no se hiciera nada para mantenerlas separadas, el transmisor inundaria al receptor. El receptor intentaria escuchar un susurro al otro lado del salón mientras una sirena de camion de bomberos suena justo encima de el. Esto se manifiesta de varias formas. El receptor puede desensibilizarse, es decir, su entrada se satura y simplemente se vuelve sorda a las señales débiles. Puede producir productos de mezcla, en los que señales fuertes se combinan dentro de la electronica y crean ruido falso justo donde usted intenta escuchar. De cualquier forma, la maquina deja de escuchar a los portátiles distantes a los que se debe, lo cual anula todo su propósito.

Hay dos formas honestas de manejar esto. Una es usar dos antenas separadas, con bastante distancia entre ellas, una para transmisión y otra para recepción, de manera que la distancia física provea el aislamiento. Eso funciona y se usa en algunas instalaciones, pero requiere espacio en la torre, equipo y una ubicación cuidadosa. El otro enfoque, más común y más compacto, es mantener una sola antena e insertar un dispositivo que separe las dos frecuencias mediante filtrado. Ese dispositivo es el duplexor.

El duplexor y sus filtros de cavidad

Un duplexor es un conjunto de filtros especializado que conecta un transmisor, un receptor y una antena a través de tres puertos, y evita que la energía de transmisión y la energía de recepción interfieran entre si. Lo logra siendo muy selectivo en frecuencia. Presenta un camino fácil para la frecuencia de salida que va hacia la antena, un camino fácil para la frecuencia de entrada que viene de la antena hacia el receptor, y un camino fuertemente bloqueado para que la frecuencia de salida no se filtre hacia el receptor.

Los bloques de construcción de un duplexor son los filtros de cavidad, a menudo llamados simplemente cavidades o “cans”. Un filtro de cavidad es una camara metalica resonante, por lo general un tubo con un conductor interno sintonizado, diseñado para resonar de forma marcada en una sola frecuencia. Debido a que resuena en una frecuencia específica, puede sintonizarse para dejar pasar con fuerza la energía cercana a esa frecuencia mientras rechaza con firmeza la energía un poco alejada de ella. Se combinan e interconectan varias cavidades, algunas sintonizadas para dejar pasar la frecuencia de transmisión y rechazar la de recepción, y otras sintonizadas para dejar pasar la frecuencia de recepción y rechazar la de transmisión.

Al apilar ese filtrado, el resultado es una gran cantidad de aislamiento entre el puerto de transmisión y el puerto de recepción en las dos frecuencias que importan, mientras ambos siguen conectados a una sola antena. En la práctica, esto es lo que permite que el receptor mantenga su sensibilidad a portátiles débiles aunque un transmisor potente este funcionando a tiempo completo a unas pocas pulgadas de distancia, en el mismo bastidor.

• Las cavidades son fisicamente grandes por una razón. Una mayor selectividad y una menor perdida por lo general requieren camaras resonantes más grandes. Por eso un duplexor serio es un conjunto pesado de tubos metalicos y no una tarjeta de circuito pequeña.
• Están sintonizadas, y la sintonia se desajusta. Las cavidades se ajustan a las frecuencias exactas de entrada y salida en uso. Los cambios de temperatura, los golpes mecanicos y el paso del tiempo pueden mover esa sintonia, lo cual es una de las razones por las que los sitios de repetidores necesitan mantenimiento periodico.
• Introducen algo de perdida. Nada es gratis. Un duplexor cuesta un poco de potencia de transmisión y un poco de sensibilidad de recepción a cambio de hacer posible la operación con una sola antena. Un buen diseño mantiene ese costo bajo.

La separación de frecuencia y por qué importa el offset

Un duplexor solo puede hacer su trabajo si las frecuencias de entrada y salida están lo bastante separadas para que las cavidades puedan diferenciarlas con limpieza. La brecha entre las dos se llama offset, o separación. Si la entrada y la salida estuvieran casi en la misma frecuencia, ningún filtro razonable podría distinguirlas, y el transmisor se filtraria directamente hacia el receptor sin importar cuantas cavidades se apilaran.

Por esta razón, las bandas de radio usadas para repetidores tienen offsets estándar integrados en la manera en que se asignan las frecuencias. Las cifras exactas dependen de la banda, pero el principio es universal: la salida se ubica a una distancia fija de la entrada, y cada radio del sistema se programa para transmitir bajo y escuchar alto, o transmitir alto y escuchar bajo, según corresponda al repetidor. Cuando alguien dice que un repetidor tiene un offset positivo o un offset negativo, está describiendo en que dirección se ubica la entrada respecto a la salida, y en que magnitud.

Para quien programa los radios, de esto se derivan dos cosas. Primero, el offset tiene que ser correcto o el radio transmitira en la frecuencia equivocada y el repetidor nunca lo escuchara. Segundo, el offset no es arbitrario. Se elige para que quede cómodamente dentro de lo que el duplexor puede separar y para que encaje en el plan de bandas de ese servicio. Lograr que un portátil trabaje con un repetidor consiste en hacer coincidir tres cosas: el par de frecuencias, la dirección del offset y, como veremos a continuación, el tono.

Tonos CTCSS y PL

Un repetidor está en la cima de un cerro escuchando todo en su frecuencia de entrada, incluyendo señales que debería ignorar. Otros sistemas en frecuencias cercanas, estaciones distantes que llegan por saltos bajo ciertas condiciones, y simple ruido pueden alcanzar la entrada. Si el repetidor se activara y retransmitiera cada una de esas señales, estaria repitiendo basura constantemente e interfiriendo con los usuarios que en realidad le pertenecen.

CTCSS, siglas en inglés de Sistema Continuo de Silenciamiento Codificado por Tono y ampliamente conocido como PL, es la solución más común. Es un tono bajo, subaudible, por debajo del rango de frecuencias que normalmente se nota en el habla, que un radio transmisor envía por debajo del audio de voz durante todo el tiempo que está transmitiendo. El repetidor está programado para exigir ese tono exacto. Si una señal llega en la frecuencia de entrada portando el tono correcto, el repetidor responde y la retransmite. Si una señal llega sin el tono, o con el tono equivocado, el repetidor la ignora.

• Es un filtro de acceso, no una encriptación. Un tono no oculta ni codifica su audio. Cualquiera que escuche en la frecuencia de salida escucha todo. El tono solo controla a que responde el repetidor.
• Reduce la interferencia y las activaciones falsas. Al exigir el tono, el repetidor permanece en silencio cuando señales ajenas llegan a su entrada, lo cual mantiene el canal utilizable.
• Debe coincidir en ambos extremos. Un radio programado sin el tono, o con el tono equivocado, puede estar transmitiendo en la frecuencia exacta correcta con una señal fuerte y aun así no recibir respuesta, porque el repetidor se niega a abrirse. Esta es una de las razones más comunes por las que un radio bien sintonizado parece no funcionar.

Algunos sistemas también aplican un requisito de tono en la salida, de modo que los radios receptores permanezcan en silencio a menos que el repetidor envíe el tono correspondiente, lo cual reduce aun más el ruido que los usuarios tienen que soportar. Los detalles varían, pero el concepto es el mismo en todos los casos: un tono discreto y acordado funciona como una contrasena que mantiene al repetidor y a sus radios comunicandose solo entre si.

Altura de la antena y perdida en la línea de transmisión

Todo lo anterior ocurre para que una sola antena pueda cumplir ambas funciones. Esa antena, y el cable que la alimenta, importan más en un sitio de repetidor que en casi cualquier otro lugar, por una razón sencilla: el repetidor sirve a toda un área, así que cualquier perdida o mala ubicación se multiplica en todos los usuarios, en todas las direcciones, todo el tiempo.

La altura es la palanca más importante. La radio en estas frecuencias viaja principalmente en línea de vista, así que entre más alta este la antena, más lejos llega el horizonte y más terreno despeja la señal. Elevar la antena en la torre por lo general hace más por la cobertura que aumentar la potencia de transmisión, porque la potencia levanta la señal un poco en todas partes mientras que la altura cambia lo que la antena realmente puede ver. Por eso los repetidores están en las estructuras más altas disponibles.

La perdida en la línea de transmisión es el enemigo silencioso. El cable coaxial que va del equipo hasta la antena en la torre suele ser largo, y cada pie de cable absorbe algo de señal. Esa perdida trabaja en su contra dos veces: debilita la salida del transmisor antes de que llegue a la antena, y debilita las señales entrantes débiles antes de que lleguen al receptor sensible. En una torre alta el tramo de cable puede ser considerable, así que los sitios usan líneas de transmisión de baja perdida y de gran calibre, y mantienen los tramos y conectores en buen estado. Un conector corroido o un cable dañado por agua pueden costarle silenciosamente a un sitio buena parte de su alcance, y como la maquina tecnicamente sigue funcionando, el problema a menudo pasa desapercibido hasta que se acumulan las quejas por cobertura.

Fundamentos del sitio: energía, respaldo, puesta a tierra, entorno

Un repetidor es tan confiable como el sitio que lo sostiene, y los sitios de radio suelen estar en lugares difíciles: cimas de cerros expuestas, torres remotas, refugios sin calefacción. Unos cuantos fundamentos separan a un sitio que funciona por años de uno que falla en el peor momento.

• Energía principal. El equipo necesita energía limpia y estable. Los sitios usan acondicionamiento y protección para que los picos y bajones de la red no dañen los radios ni dejen el sitio fuera de servicio.
• Energía de respaldo. Las comunicaciones de seguridad pública no pueden detenerse porque falle la red electrica. Los sitios cuentan con baterias dimensionadas para sostener la carga durante un periodo significativo, y muchos suman una planta electrica para que el sitio siga funcionando durante interrupciones prolongadas. El propósito de un repetidor es funcionar durante la emergencia, que es justo cuando la energía es menos confiable.
• Puesta a tierra y protección contra rayos. Una antena alta en un punto elevado es un blanco natural para los rayos. Una puesta a tierra adecuada y protección contra sobretensiones le dan a las descargas un camino seguro hacia tierra en lugar de a través de sus equipos electronicos. Esto no es opcional en un sitio expuesto, y protege tanto al equipo como a las personas que le dan mantenimiento.
• Control del entorno. El calor, el frio, la humedad y el polvo acortan la vida útil del equipo y pueden desajustar la sintonia de piezas sensibles como las cavidades del duplexor. Los refugios, la ventilación y el sellado contra el ingreso de agua mantienen el equipo dentro de las condiciones para las que fue diseñado.

Nada de esto es glamoroso, pero un repetidor perfectamente sintonizado con una batería muerta o detrás de una puesta a tierra corroida es solo una caja costosa. El trabajo del sitio es parte del sistema, no un asunto aparte.

Esa es la base analógica: un receptor y un transmisor que comparten una antena, mantenidos separados por un duplexor construido a partir de filtros de cavidad sintonizados, separados en frecuencia por un offset estándar, controlados por un tono para que la maquina solo responda a sus propios usuarios, elevados en una torre con una línea de transmisión de baja perdida, y sostenidos por un sitio con energía de respaldo y protección reales. Entienda esta maquina y entendera la pieza sobre la cual se construye cada sistema más grande. En las siguientes partes de esta serie conectaremos múltiples repetidores en sistemas enlazados que cubren áreas mucho más amplias, y luego veremos los sistemas troncalizados, donde muchos usuarios comparten un conjunto de canales gestionados de forma automática. Todo eso se construye directamente sobre los fundamentos aquí expuestos, así que este es el punto correcto para empezar.