Pomembno možnost za izmenjavo podatkov na daljavo predstavljajo brezžične povezave, ki skupaj lahko sestavljajo verige ali omrežja. Prve brezžične povezave so na začetku prejšnjega stoletja uporabili za izmenjavo znakovnih telegrafskih sporočil nato pa še za razpršeno oddajanje zvočnih radijskih in slikovnih televizijskih programov. V drugi polovici stoletja so začeli množično uporabljati različne zemeljske in satelitske usmerjene povezave za usklajeno medkrajevno izmenjavo vseh vrst podatkov. Zaradi pomanjkljivih žičnih povezav so jih do devetdesetih let zelo pogosto uporabljali tudi pri nas.
Vrste brezžičnih povezav
Poznavanje osnovnih značilnosti, uporabe in razvoja brezžičnih povezav je pomembno za razumevanje sodobnih telekomunikacijskih omrežij in storitev. Na voljo je veliko možnosti za brezžični prenos oziroma izmenjavo podatkov. Polno izrabo teh možnosti je omejeval in še danes omejuje predvsem zahteven razvoj ustrezne elektronske oddajno-sprejemne opreme, potrebne za natančno prilagajanje rešitev posameznim področjem in načinom uporabe. Brezžične povezave so danes široko dostopne in nepogrešljive v vsakdanjem življenju, v preteklosti pa so bile predvsem ključne za delovanje osrednjih delov javnih telekomunikacijskih omrežij. Brezžične povezave in omrežja za prenos podatkov na daljavo izkoriščajo prosto gibljivost elektromagnetnega valovanja v prostoru. Z urejenim spreminjanjem lastnosti električnega toka v anteni oddajnika lahko ustvarjamo umetne elektromagnetne valove, ki se po naravni zakonitosti s svetlobno hitrostjo prosto širijo po prostoru, dokler ne dosežejo antene sprejemnika. Tu na obraten način povzročajo spremembe, ki jih sprejemnik po dogovorjenih postopkih lahko prevede oziroma obnovi v izvorno obliko. Če podatke urejeno spreminjamo še na način, da zasedajo ločena frekvenčna ali časovna območja, jih lahko združimo in istočasno posredujemo prek ene brezžične povezave.
Brezžične povezave delujejo v različnih delih radiofrekvenčnega območja, ki leži zunaj območja vidne svetlobe. Najbolj poznane so povezave, ki delujejo v območju radijskih valov (3 kHz – 300 MHz), še bolj uporabne in za našo obravnavo pomembne pa so povezave v območju mikro valov (300 MHz – 300 GHz). Mikrovalovne povezave z veliko zmogljivostjo je mogoče vzpostaviti razmeroma hitro. V nasprotju z radijskim ali televizijskim oddajnikom, s katerim umetne elektromagnetne valove običajno oddajamo razpršeno (angl. Broadcast), jih z mikrovalovnim oddajnikom lahko lažje po želji zberemo v razmeroma omejen snop in jih usmerimo naravnost proti sprejemniku, zato takšne povezave običajno imenujemo usmerjene povezave. Poleg zemeljskih so zelo pogoste tudi satelitske usmerjene povezave.
Za brezžične povezave so značilne določene prednosti in slabosti. Razdalja izmenjav je odvisna od moči oddajnika, vendar je potrebna neovirana pot na celotni razdalji med oddajnikom in sprejemnikom. Ovire, kot so določeni vremenski pojavi in razgiban teren, lahko povzročijo motnje ali pa signal v celoti prekinejo, vendar je s pravilnim načrtovanjem povezav zunanje vplive mogoče bistveno zmanjšati. Ker je neposreden doseg omejen, so daljše povezave običajno sestavljene iz verige vmesnih oddajniško-sprejemniških postaj. Možne so tudi motnje med samimi brezžičnimi signali oziroma drugimi viri naravnih in umetnih elektromagnetnih valovanj v okolju. Načrtovalci naprav in uporabniki morajo zato strogo upoštevati dogovorjena pravila.
Razpršene brezžične povezave
Razpršeno oddajanje radijskih in televizijskih programov za našo obravnavo ni bistveno, vendar predstavlja začetek domače uporabe in razvoja brezžičnih povezav. Opremo za razpršeno oddajanje so domači strokovnjaki začeli razvijati razmeroma zgodaj. Prvi poskusni radijski oddajnik lastne izdelave so v Ljubljani postavili že v dvajsetih letih prejšnjega stoletja. Kmalu za tem so ustanovili Radio Ljubljana in na začetku tridesetih let v Domžalah postavili večji radijski oddajnik z močjo 5 kW. Leta 1941 so ga uničile okupacijske sile in prevzele radijsko postajo. Domača ekipa je nato med vojno s pomočjo novega prenosnega oddajnika lastne izdelave nadaljevala s skrivnim oddajanjem kratkih pozivov k odporu in kasneje z oddajanjem iz osvobojenih območji. Po vojni so pri nas ustanovili še Radio Maribor in začeli načrtno razvijati mrežo radijskih oddajnikov, s katerimi so želeli zagotoviti vsesplošno dostopnost obeh javnih radijskih programov po celotni državi. Kakovostno radijsko in televizijsko opremo so takrat večinoma uvozili.
Prve usmerjene zemeljske povezave
Razvoj mikrovalovnih usmerjenih povezav je za sodobna telekomunikacijska omrežja zelo pomemben. Pred pojavom optičnih vodnikov so jih pogosto uporabljali kot medkrajevne povezave telefonskih in pozneje podatkovnih omrežij, zlasti tam, kjer je bila gradnja žičnih povezav zelo draga, zamudna, nesmiselna ali celo nemogoča. Zaradi velikih razdalj med kraji so bile v ZDA bolj razširjene in pomembne za zagotavljanje povezljivosti kot v Evropi, kjer so jih pogosto uporabljali predvsem kot dopolnilne ali nadomestne ali zasilne povezave ob izpadu ali preobremenjenosti glavnih žičnih povezav. Uveljavile so se tudi v zasebnih omrežjih, na primer v elektroenergetskih, prometnih in podobnih velikih infrastrukturnih sistemih, v omrežjih državnih organov in velikih multinacionalk.
Področje usmerjenih povezav so v laboratoriju Inštituta za elektrozveze v Ljubljani začeli razvijati kmalu po drugi svetovni vojni. Izdelali so opremo za neposredne povezave končnih postaj in verižne povezave s posredovanjem aktivnih ali pasivnih ponavljalnikov (angl. Repeater). Antene za usmerjene povezave so pri nas običajno nameščali na pomembnejših vzpetinah poleg obstoječih radijskih in televizijskih oddajnikov. Ker je tedanja oprema delovala v nižjem frekvenčnem območju (380 MHz – 420 MHz) je omogočala največ 12 hkratnih izmenjav oziroma ločenih nosilnih območji ali kanalov. Zmogljivosti povezav so zato hitro zapolnili, začele pa so se pojavljati tudi motnje med posameznimi povezavami. Na bolj odročnih krajih, kjer so bile potrebe in tudi možnosti za motnje manjše, so lahko opremo uporabljali celo do začetka osemdesetih let.
V prvi polovici petdesetih let so pri nas izdelali prve uporabne mikrovalovne oddajne in sprejemne postaje vrste UKD-1. Poskusne izmenjave podatkov so najprej izvajali med postajama na Pohorju in na Slemenu, prvo redno dvosmerno povezavo te vrste pa so leta 1955 prek postaje na Šmarjetni gori vzpostavili med telefonskima centralama v Ljubljani in na Bledu. Nato so vzpostavili podobno povezavo še med centralama v Kranju in Ljubljani ter v Domžalah in Ljubljani. Napore so usmerili tudi v izdelavo opreme, primerne za povezovanje bolj odročnih krajev, ki dotlej niso imeli ustrezne telefonske povezave. Dober primer so povezave otokov v Jadranskem morju s pomembnejšimi centralami na celini. Prvo povezavo vrste UKD-2 so vzpostavili med postajama na Visu in v Splitu ter jo tudi uspešno vključili v javno telefonsko omrežje. Do sredine petdesetih let so sledile še povezave s postajami na Hvaru, Krku in Malem Lošinju. S takšnimi povezavami so v javno telefonsko omrežje vključili tudi nekaj drugih oddaljenih krajev ter industrijskih in rudniških obratov. Za lastno uporabo so jih namestili tudi v elektrodistribucijskih omrežjih in med radijskimi postajami.
Razvoj usmerjenih zemeljskih povezav
V šestdesetih in sedemdesetih letih so v Sloveniji začeli uporabljati nove zmogljivejše usmerjene povezave, ki so delovale v višjem frekvenčnem območju (2 GHz – 5 GHz) in so omogočale že od 120 do 300 hkratnih izmenjav. Večino opreme so kupili v Italiji in na Švedskem, manjši del pa so jo izdelali tudi v Iskri. Domače telefonsko omrežje je bilo tedaj še vedno med najbolj zastarelimi in nerazvitimi v Evropi. Z usmerjenimi povezavami so medkrajevne zmogljivosti lahko razmeroma hitro povečali, zato so bile praviloma pomembnejše kot v razvitih evropskih državah. Prvi novi povezavi so vzpostavili med centralama v Trbovljah in Ljubljani s ponavljalnikoma na Šišenskem vrhu in Kumu ter med centralama v Rogaški Slatini in Celju s ponavljalnikoma na Miklavškem vrhu in Cerovcu.
V sedemdesetih letih so količino in kakovost usmerjenih povezav pri nas bistveno povečali. Jugoslovanske PTT so leta 1974 sklenile dogovor o skupni izgradnji celovitega in prepletenega niza usmerjenih povezav v okviru osrednje hrbtenice jugoslovanskega telefonskega omrežja. Odločili so se za naložbo v takrat najzmogljivejšo opremo, ki je omogočala že 1800 hkratnih izmenjav prek ene usmerjene povezave. Osrednje oddajno-sprejemne postaje te vrste so v Sloveniji najprej postavili na Krvavcu in Nanosu, nato pa še na Krimu, Kumu, Boču, Pohorju, Kaninu, Trdinovem vrhu, Plešivcu in še nekaj drugih točkah. Prek postaje na Pohorju so vzpostavili pomembno mednarodno povezavo z Avstrijo, prek postaje na Nanosu pa z Italijo. V osemdesetih letih so zmogljivost obeh postaj z mednarodnima povezavama dodatno povečali na 2700 hkratnih izmenjav, zmogljivost števlinih manjših postaj po Sloveniji pa na 960 hkratnih izmenjav.
Usmerjene satelitske povezave
Satelitske povezave so omogočile še bolj učinkovito zapolnjevanje vrzeli v mednarodni in zlasti medcelinski izmenjavi podatkov. V primerjavi z običajnimi zemeljskimi usmerjenimi povezavami imajo zelo podobno vlogo in način delovanja, vendar lahko delujejo na bistveno večjih razdaljah in niso vezane na nize ponavljalnikov. Po drugi strani zahtevajo razvoj celotne vesoljske industrije za izdelavo in izstrelitev komunikacijskih satelitov, zato so začetni stroški zelo visoki. Dražja in zahtevnejša je tudi postavitev zemeljskih postaj (angl. Earth station). Satelitske povezave so bile najprej pomembne predvsem za izmenjavo slikovnih televizijskih, zvočnih telefonskih in znakovnih telegrafskih sporočil. Širšo in bolj ekonomično uporabo so omogočila šele mednarodna sodelovanja v okviru organizacij, kot so transatlantski Intelsat, evropski Eutelsat, bližnjevzhodni Arabsat in sovjetski Intersputnik. Intelsat je od začetka sedemdesetih let z mrežo desetih do dvajsetih satelitov omogočal množično izmenjavo podatkov med državami po vsem svetu, Eutelsat pa je z mrežo petih satelitov od začetka osemdesetih let omogočal podobno izmenjavo med evropskimi državami.
K uporabi storitev Intelsat je razmeroma zgodaj pristopila tudi Jugoslavija. Prvo zemeljsko postajo za sprejem tujih radijskih in televizijskih programov so v srbrski Ivanjici postavili leta 1974. Konec sedemdesetih let so vzpostavili še dodatno povezavo za 50 hkratnih mednarodnih telefonskih ali telegrafskih izmenjav. Satelitska povezava je bila pomemben korak k večji vključenosti Jugoslavije v evropski prostor. Sredi osemdesetih let je Jugoslavija pristopila tudi k storitvam Eutelsat. Novo zemeljsko postajo z dvema povezavama so leta 1986 postavili v Ljubljani. Vsaka povezava je omogočala od 150 do 950 hkratnih izmenjav vseh vrst podatkov. V Mariboru so v tem času posebej postavili še zemeljsko postajo za storitve Intersputnik, ki so omogočale bolj varno in neodvisno izmenjavo podatkov z nekaterimi drugimi državami na balkanu in v sovjetskem prostoru. Uporabna je bila za izmenjavo zvočnih telefonskih in znakovnih telegrafskih sporočil. Poenostavljeno so jo včasih označevali kot povezavo z Moskvo, zelo verjetno pa je služila tudi za vojaškim ali obveščevalnim namenom.
Preobrazba brezžičnih povezav
Usmerjene povezave so pomembno zaznamovale domača telefonska in podatkovna omrežja vse do devetdesetih let. Na začetku je bila njihova zmogljivost sicer manjša od zmogljivosti žičnih povezav, vendar je bila več kot zadostna za ekonomično izmenjavo podatkov s težje dostopnimi kraji. Oddajno-sprejemna oprema usmerjenih povezav je z uvedbo mikroelektronskih elementov v sedemdesetih letih izrazito napredovala in se je postopno približala zmogljivosti najkakovostnejših žičnih povezav. Lahko rečemo, da so kot medkrajevne povezave tedaj dosegle vrhunec uporabe. Podobno kot koaksialne žične povezave so tudi usmerjene povezave v drugi polovici osemdesetih let hitro začele izgubljati tradicionalno vlogo na račun še zmogljivejših, zanesljivejših in varnejših optičnih žičnih povezav (več v članku Računalniška omrežja: Optične povezave). V Sloveniji je bil začetni prehod na optične povezave sicer bolj uspešen kot v drugih delih Jugoslavije, vendar še vedno bistveno počasnejši kot v razvitih evropskih državah.
Usmerjene povezave so kljub razširjenosti in visoki kakovosti žičnih povezav še vedno uporabne v zasebnih omrežjih in na odročnih območjih. Pomembne so tudi v sodobnih prenosnih telefonskih omrežjih (1-6 GHz), ki temeljijo na usklajeni souporabi usmerjenih in razpršenih mikrovalovnih povezav in omogočajo brezžično izmenjavo velikih količin podatkov (več v članku Računalniška omrežja: Prenosna telefonska omrežja). V dobi splošne zasebne uporabe računalnikov in računalniško upravljanih pametnih naprav pa so zelo pomembne tudi v krajevnih računalniških omrežjih (okrog 2,4 GHz), ki delujejo na manjših območjih.