Por Nancy Friedrich, Marketing de Soluciones para la Industria, Keysight Technologies
Las comunicaciones críticas, que estaban firmemente ancladas al entorno analógico, están evolucionando continuamente con el fin de brindar mayor conciencia situacional. Las radios que han surgido últimamente para comunicaciones militares y de seguridad pública son más versátiles y confiables, y son compatibles con redes ad-hoc que brindan mayor conectividad o mejoran la ya existente. Gracias a una mayor capacidad de transferencia de datos, las soluciones para comunicaciones críticas pueden enviar y recibir imágenes y videos de alta resolución y otro tipo de contenido con gran volumen de datos. Además, permiten una comunicación por voz de mayor calidad, sin descuidar la seguridad. Como resguardo para garantizar la comunicación y la interoperabilidad, todavía ofrecen la posibilidad de establecer comunicaciones analógicas. Este amplio abanico de capacidades es posible gracias a la adopción continua de nuevas tecnologías, desde estándares digitales de seguridad pública y formatos de modulación hasta redes de área local inalámbrica (WLAN) y evolución a largo plazo (LTE).
Estándares de seguridad pública
Esta tendencia es evidente en el ámbito de la seguridad pública, a medida que la radio móvil terrestre (LMR) evoluciona hacia estándares digitales. Algunos ejemplos son el estándar Project 25 (P25) de la asociación APCO y los estándares Radio Troncalizada Terrestre (TETRA) y Radio Móvil Digital (DMR) del Instituto Europeo de Estándares de Telecomunicaciones. Gracias al estándar P25, que nació en EE. UU., los sistemas de seguridad pública y otros sistemas LMR, como los que usan los servicios públicos, evolucionan hacia una comunicación digital de doble vía. Además de la integración de voz y datos, los estándares que abarca P25 tienen como objetivo contribuir a la producción de equipos que sean interoperables, compatibles y eficientes en términos de espectro. P25 tiene dos fases que no son compatibles, pero de ser necesario, las redes y las radios de fase 2 pueden volver a operar en fase 1. Ambas fases usan un canal de 12.5 kHz de ancho de banda, pero cada una tiene un método distinto de acceso a los canales. La fase 1 tiene un acceso múltiple por división de frecuencia (FDMA), mientras que la fase 2 tiene un acceso múltiple por división de tiempo (TDMA) en dos ranuras.
TETRA es la versión europea del estándar de radio móvil digital troncalizada. Posee una arquitectura escalable capaz de brindar cobertura de área local mediante cobertura de área amplia, especialmente para aquellas organizaciones que usan radio móvil de forma profesional. TETRA ofrece cifrado de voz de alto nivel y configuración de llamadas rápidas para las llamadas grupales en un área amplia. Gracias a que opera de modo directo, permite una comunicación por radio ininterrumpida, independiente de la red. También puede operar en modo troncalizado, para que las radios móviles con TETRA operen con la infraestructura de red TETRA. La clave de TETRA es que usa TDMA para maximizar la eficacia de espectro, al asignar cuatro canales de usuario en una única onda portadora de radio, con distancia de 25 kHz entre ellos.
TETRA sigue evolucionando gracias al desarrollo de nuevos estándares, como la versión 2, que incluye el servicio de datos TETRA Enhanced Data Service (TEDS). TEDS hace posible los servicios de comunicaciones de banda ancha de alta velocidad. Usa canales de radiofrecuencia de distinto ancho de banda (25, 50, 100 y 150 kHz) y volumen de transferencia de datos, lo cual brinda flexibilidad de uso de bandas de radiofrecuencia móviles profesionales.
Otro estándar abierto, DMR, ofrece voz, datos y servicios relacionados. Considerada una solución crítica para el negocio antes que crítica para la misión, DMR utiliza tecnología TDMA de dos ranuras para agregar opciones de control y duplicar la capacidad de un canal de 12.5 kHz ya existente. El sistema permite hacer dos llamadas en el mismo canal de forma independiente, lo que duplica la capacidad de canal del sistema en comparación con un sistema de radio analógico de doble vía. Se estima que en un futuro logrará satisfacer los requisitos para operar en 6.25 kHz, para cumplir con las normas de certificación establecidas por la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) de EE. UU. que exigen tal operación. Los sistemas DMR prometen mejoras en la calidad de audio mediante la conversión de datos de voz a datos digitales. Tales sistemas utilizan algoritmos de procesamiento de señales para minimizar la distorsión y ofrecer audio inteligente capaz de regular el volumen según el nivel de ruido del ambiente.
La adopción de LTE y WLAN está en aumento
Resulta útil sacar provecho de la investigación y el desarrollo realizados en el mundo comercial con el fin de desarrollar rápidamente radios de múltiples formatos para comunicaciones críticas. La arquitectura LTE, constituida íntegramente con el protocolo de Internet, posee baja latencia y alta resiliencia, características que contribuyen a la interoperabilidad tanto en aplicaciones de voz como de datos. Sin embargo, el bajo poder de transmisión de 1 W que tiene LTE se traduce en sitios de radio de mayor densidad.
El Proyecto Asociación de Tercera Generación (3GPP) define estándares globales para LTE y otros tipos de comunicación celular. El foco de la versión 12 de 3GPP estuvo puesto en las aplicaciones críticas para la misión, a fin de facilitar las radios de seguridad pública y de comunicación militar. La versión 13 admite, además, la función de pulsar para hablar crítica para la misión, además de un conjunto de opciones útiles para los servicios de emergencia. La versión 14 agrega opciones de datos y video críticas para la misión, y otras funciones de desempeño adicionales. EE. UU. ha asignado un espectro específico para LTE dentro de la banda de 700 MHz, con el fin de brindar cobertura de gran escala y mayor propagación, capaz de atravesar estructuras. Un ejemplo de implementación de LTE son las radios de seguridad pública FirstNet, capaces de división de duplexación por frecuencia de tiempo LTE.
A diferencia de LTE, la tecnología WLAN es de implementación sencilla y tiene menos exigencias en términos de infraestructura. Por eso, las redes de seguridad pública y militares ad-hoc ya la usan en todo el mundo. “Ad-hoc” quiere decir que no usan la infraestructura inalámbrica ya existente. Los nodos transmiten información de uno al otro según la conectividad y el algoritmo de enrutamiento utilizado. Esas redes no dependen de un nodo central y pueden establecerse con rapidez, por lo que son especialmente convenientes en situaciones de emergencia y en zonas de conflicto militar.
En EE. UU., por ejemplo, la FCC ha asignado 50 MHz de espectro dentro de la banda 4.9 Hz para servicios de seguridad pública fijos y móviles. En esa frecuencia, tal espectro probablemente se use para comunicaciones de corto alcance. Algunas de las aplicaciones de banda ancha dentro la banda de EE. UU. son redes malladas, puntos de acceso WiFi, redes móviles ad-hoc, voz sobre IP, vigilancia por cámaras de video y redes de retorno. Esas capacidades permiten compartir información potencialmente crítica de manera sencilla y rápida mediante videos, imágenes y otro tipo de formatos de gran tamaño.
Sacar provecho de los formatos de modulación digital
Uno de los aspectos clave de estos enfoques de comunicación es la manera en que usan la modulación para migrar de formatos analógicos a digitales. La modulación permite establecer comunicaciones por múltiples líneas, al modificar las características de la onda portadora de acuerdo con las características de una onda diferente, denominada señal moduladora. El procesamiento de señales digitales, que convierte la información analógica en datos digitales al modificar características de la onda portadora como la fase, la amplitud o la frecuencia, es la base de la modulación digital.
Las tres formas básicas de modulación digital son modulación por desplazamiento de amplitud, de frecuencia o de fase. La modulación de la amplitud en cuadratura (QAM) y la modulación por desplazamiento cuadrafásica (QPSK) son formatos de modulación compleja que se basan en aquellos formatos básicos. QAM y QPSK usan de forma más eficiente el ancho de banda y brindan seguridad para las comunicaciones por voz realizadas en el campo de batalla. Digitalizar las señales analógicas de larga distancia permite establecer comunicaciones militares más claras, seguras y precisas. Gracias a los avances recientes realizados en tecnología de modulación compleja, las comunicaciones tácticas han progresado mucho.
Las agencias militares y de seguridad pública adoptarán un enfoque distinto para actualizar sus sistemas de comunicación mediante tecnologías como WLAN y LTE, con el fin de aumentar la capacidad y el intercambio de datos. Un factor importante de esos sistemas es la interoperabilidad entre sistemas nuevos y antiguos, lo que permite a las distintas unidades comunicarse de manera adecuada. Si bien hay distintos tipos de infraestructura, como redes ad-hoc más pequeñas e implementaciones más complejas, todos los sistemas de comunicaciones críticas deben cumplir los requisitos de desempeño, interoperabilidad y seguridad.
Los fabricantes de radios deben evaluar si esas radios versátiles cumplen con estándares de la industria como LTE y WLAN, así como realizar verificaciones de frecuencia para garantizar la correcta operación de la radio y la precisión de la frecuencia. Entre otras cuestiones relacionadas con el desempeño, se debe verificar la salida de potencia y la fuerza de la señal receptora, que es lo que define el alcance, la claridad de audio, el volumen y demás en el campo. Es fundamental evaluar los parámetros de redes y radio, y sacar provecho de las soluciones de comunicaciones críticas reconocidas para hacer del mundo un lugar seguro, sea en el marco de un accidente local o en una zona militar.
Nancy Friedrich trabaja en Marketing de Soluciones para la Industria Aeroespacial y de Defensa en Keysight Technologies. Se unió a Keysight después de haber trabajado durante dos décadas en empresas de ingeniería y luego como Directora Ejecutiva de Contenido en diversas empresas pertenecientes a las áreas de Diseño Electrónico, Microondas y Radiofrecuencia, y Diseño Mecánico. También fue Editora Jefe de Design News y Directora de Contenido de ferias empresariales como DesignCon, ESC y Smart Manufacturing.
