Usos y control del espectro electromagnético (EEM) en nuestro país

¿Estamos usando el espectro electromagnético de manera eficiente en nuestro país? ¿Cómo se gestiona, asignan frecuencias y controlan?

Este post está orientado al personal afectado al área de telecomunicaciones y afines, tanto civiles como militares. Siempre se habla del uso y el empleo del espectro electromagnético, pero pocas veces tratamos sobre regulación y usos del mismo. Soy el Capitán Juan Andrés Morozovsky, perteneciente al arma de comunicaciones del Ejército Argentino. 

Para empezar, comenzaremos por definir quién es la autoridad que controla y regula el uso del EEM (Espectro electromagnético) en Argentina, y es el ENACOM (Ente nacional de comunicaciones), siendo la entidad gubernamental que asigna, dispone y controla las frecuencias en uso por civiles, militares y estaciones comerciales.

Definición del EEM según la ENACOM 

El Espectro Radioeléctrico es un recurso natural, de carácter LIMITADO, que constituye un bien de dominio público, sobre el cual el Estado ejerce su soberanía. Es asimismo un medio intangible que puede utilizarse para la prestación de diversos servicios de comunicaciones. 

Actualmente, la demanda para servicios inalámbricos como los sistemas de comunicaciones móviles, las redes de televisión digital terrestre o los diversos sistemas de acceso inalámbrico de banda ancha es elevada. Sin embargo, hay que tomar en cuenta que no todas las porciones – o bandas – del mismo son aptas para cualquier servicio o sistema sino que, por el contrario, determinadas zonas del espectro están especialmente indicadas para proporcionar servicios concretos. 

Tabla general de asignación de frecuencias

Gestiones y autorizaciones en la ENACOM:

Las designaciones, autorizaciones, y similares las efectúa un sistema digital llamado HERTZ (creado en el 2015). El sistema habilita la solicitud de autorizaciones a través de la página web de ENACOM, en conjunto con la plataforma TAD (trámites a distancia), lo que ofrece mayor transparencia al proceso y permite acceder de manera permanente e instantánea al estado de tramitación.

Pantalla de inicio dentro de la plataforma TAD (tramites a distancia)

del sistema Hertz de la ENACOM

Hertz centraliza información sobre las autorizaciones para el uso del espectro, asistiendo a los procesos y consultas relativas a: el estado de ocupación del espectro en un área o zona determinada, por banda/s de frecuencias y/o servicio/s; información necesaria para el control técnico de emisiones, para el proceso de planificación de frecuencias, para la facturación y cobro de cánones y tasas por uso del espectro, entre otras funcionalidades.

Sin embargo, nos preguntamos, ¿Cuál sería un buen método a utilizar por la ENACOM para conocer y controlar que se cumpla todo aquello que esta ordenado? Hace no mucho tiempo se desarrolló el concepto de “Radio cognitiva” que se basa en el sensado y explotación a modo estadístico del EEM. 

Para satisfacer la creciente demanda en comunicaciones inalámbricas, la ocupación del medio es cada vez más y más densa. Es por ello que la búsqueda de formas de acceder al medio, plantea soluciones cada vez más sofisticadas. 

En el año 2000, se propuso la Radio Cognitiva como una solución en donde cada dispositivo explora el medio radioeléctrico buscando posibles "ventanas" para operar. La utilización del espectro no es continua en cuanto a frecuencia, tiempo, espacio y potencia. Este concepto busca explotar los recursos ociosos mediante el monitoreo del espectro. 

Los sistemas de radio cognitiva son conformados por equipos de radiocomunicaciones capaces de medir el espectro y determinar, en qué momentos y bandas el mismo se encuentra disponible y en cuales está siendo utilizado. Estos sistemas pueden tomar decisiones basados en parámetros preestablecidos o programas pre-cargados que buscan optimizar el funcionamiento para aprovechar de la mejor manera posible el todo lo disponible, al tiempo que pueden aprender de los resultados obtenidos. 

En otras palabras, radio cognitiva habla de un censo estadístico del EEM, realizado de manera continua, sobre una banda muy grande de frecuencias para conocer de la manera más detallada posible, como se está utilizando el EEM, y como podemos mejorar ese empleo.

¿Pero por qué queremos sensar el espectro electromagnético? 

La respuesta si bien es sencilla, abarca una serie de cuestiones técnicas que no ahondaremos en este entrada, y solo nos abocaremos en el empleo de Radio Cognitiva. Al momento de transmitir, nos encontramos con el problema que el espectro es fuertemente utilizado, y por lo tanto tenemos que encontrar la manera de hacerlo sin interferir a otro emisor, o que otro emisor nos interfiera, y para ello, debemos hacer un sensado del espectro a modo estadístico para poder ocupar todos los recursos posibles del espectro. 

Si pensamos en el espacio físico que ocupa una antena (su superficie), en todo el mismo estará recibiendo señales provenientes del espectro, como a su vez, estará emitiendo en una determinada frecuencia, y en una determinada potencia todo el tiempo que se encuentre activa, por lo tanto debemos conocer todo lo que se encuentra a nuestro alrededor para minimizar al máximo las interferencias. 

Objetivo de Radio cognitiva 

Principalmente se busca obtener aquellas "ventanas" que tenemos en el espectro EM, ya sea en frecuencia, potencia y tiempo, es decir, buscar aquellos instantes, u oportunidades para poder efectuar transmisiones o recepciones de manera óptima. 

Grafico de visualización de los tres parámetros en estudio

(frecuencia, potencia, y tiempo)

En este gráfico podemos ver las tres entradas del gráfico estadístico en una determinada zona, como es el tiempo de transmisión, en que potencia, y en qué frecuencia se realizan las emisiones, buscando con ello, encontrar los huecos de señal a utilizar. 

Equipamiento utilizado para las mediciones

Para este tipo de mediciones utilizamos el SDR (software defined radio), debido a que nos brinda una gran facilidad de adaptarlo a las mediciones que quiero realizar solo cambiando la codificación del mismo. En conjunto con eso, debemos utilizar también antenas de banda ancha, ya que si bien el SDR nos da la posibilidad de adaptarnos a los cambios en las mediciones, debemos contar con una antena que acompañe a esos cambios. Al referirnos a antenas de banda ancha, queremos decir una antena que nos permita cubrir un ancho de banda lo más parecido al equipo de recepción que tenemos, para evitar con ello, el transporte o la instalación de más equipamiento. 

Actividades previas a la medición:

Al momento de hacer las mediciones, se establece un umbral, el cual nos va a determinar si lo que medimos es ruido, o es señal. Esto nos arroja un resultado binario en el cual, medimos 1 cuando lo recibido supera el umbral, y un 0 cuando no lo supere, con lo que asumimos que estamos recibiendo ruido. Puede ocurrir que en esa frecuencia, o instante de tiempo, haya otro corresponsal emitiendo, pero que, al medir una señal tan baja, lo podemos considerar ruido. 

¿Cómo visualizamos las mediciones obtenidas?

Para visualizar, lo que se utiliza es un patrón de recurrencia, el cual nos da un gráfico en el cual, se compara instante a instante, la señal recibida con una señal de patrón.

Grafico de patrón de recurrencia

Izquierda -> Señal de entrada vs señal patrón

Derecha -> Puntos de coincidencia

Los diagramas de recurrencia fueron introducidos para visualizar la repetición en la evolución del espacio de estados. La repetición o recurrencia de un estado es su aparición en dos instantes diferentes Ti, Tj, y es representada por un punto en el diagrama. Por supuesto, una recurrencia exacta solo es posible en sistemas periódicos continuos, en cualquier otro caso solo es posible detectar recurrencias aproximadas a un error.  

Podemos observar cómo se compara una señal con otra, logrando con ello poder visualizar los momentos que coinciden. En las líneas diagonales, lo que podemos observar es que por un cierto tiempo, la coincidencia es plena con la señal de patrón, y el mismo se está replicando. Este diagrama se utiliza para comparar señales de patrón con las señales recibidas, buscando con ello conocer los tipos de modulación, y los momentos que se producen. 

Hoy en día, si bien el método no está muy difundido, las nuevas redes 5G son las que más lo utilizan, ya que buscan el máximo aprovechamiento del espectro electromagnético. 

¿Ahora, qué pasaría si nos centramos en lo que respecta al uso militar de Radio cognitiva?

Para empezar, deberíamos establecer los dos momentos de interés, es decir, si lo que deseamos es utilizarlo para el momento de un conflicto o para el momento de operaciones internas dentro del territorio ya que eso nos implicaría grandes diferencias a la hora de comunicarnos. 

• Operaciones en un conflicto bélico: podemos asumir que no conocemos con anterioridad el lugar exacto en el que se van a realizar, y por lo tanto, es probable que no se disponga de datos estadísticos del uso del espectro en esa zona determinada, el concepto podría ir aplicando “sobre la marcha” durante el desarrollo del conflicto, aunque ello puede complicar en gran medida las propias operaciones por posibles interferencias con bandas ya asignadas.

• Operaciones internas: Un ejemplo es el “Escudo Norte”[1], en el cual tenemos como ventaja contar con el apoyo del ENACOM que nos asignará las frecuencias correspondientes para el trabajo en el propio territorio. Sin embargo, como ejército, podemos realizar nosotros mismos el análisis del espectro para obtener con ello, la información necesaria para contar con canales secundarios en caso de ser sumamente necesario, y que sobre todo, con su uso, no afectemos a otros usuarios en la misma gama de frecuencias.

Conclusiones 

No podemos escapar a que con el avance de la tecnología en comunicaciones, y sin olvidar que el espectro es limitado, las necesidades de control y asignación de bandas son cada vez mayores, como a su vez, la necesidad de monitorearlo para verificar su correcta utilización. 

La radio cognitiva emerge como una novedosa tecnología de las comunicaciones inalámbricas con el potencial de cambiar la forma ineficiente en que el espectro radioeléctrico es utilizado actualmente. 

Las técnicas de acceso dinámico al espectro constituyen un elemento clave en la implementación de la tecnología radio cognitiva y serán las que utilicen capacidades de auto-configuración para adaptarse dinámicamente a la demanda. Las nuevas aplicaciones de software en los protocolos de radiocomunicación prometen convertir las redes móviles en algo mucho más útil.

  

Referencias

[1] El operativo Escudo Norte fue un plan del gobierno argentino para combatir el narcotráfico, la trata de personas y el contrabando en el norte de Argentina.​ Con el propósito de controlar los espacios aéreos, terrestres y fluviales de las provincias del norte argentino, las fuerzas de seguridad y armadas desplegaban sus aviones, helicópteros y radares. Fue creado en el año 2011.