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Retos de las comunicaciones de misión crítica

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La importancia de las comunicaciones de misión crítica nunca se ha visto comprometida. Imagine que un tren formado por vagones cisterna llenos de petróleo se desplaza a una velocidad excesiva. Se acerca rápidamente a una curva en la que puede descarrilar. Mientras tanto, no muy lejos del tren, en un paso a nivel hay un enorme camión que transporta productos químicos inflamables atascado sobre las vías y bloqueando el paso. ¡El desastre es inminente!

Afortunadamente se han instalado sistemas de seguridad, los denominados sistemas de “Misión Crítica” que evitan accidentes y/o mitigan las consecuencias, aunque a veces sea de forma indirecta. En la situación descrita se ha instalado un sistema de control positivo de trenes (Positive Train Control, PTC) que controla la actividad del tren con el fin de evitar colisiones, descarrilamientos, etc., que simplemente disminuye la velocidad del tren para permitir que pase la curva de forma segura y lo detiene antes de llegar al paso a nivel. Además, el conductor del tren puede solicitar asistencia a través de la red de comunicación de radio móvil digital (Digital Mobile Radio, DMR).

Los servicios de emergencia pueden utilizar una versión más avanzada, la red LTE (por ejemplo, FirstNet en EE.UU.), para compartir grandes archivos (vídeo/imágenes) con expertos que se hallen en un punto remoto. No hace falta decir que la instalación y el mantenimiento de dichos sistemas de comunicación deben ser adecuados con los equipos apropiados de prueba y medida.

Retos de las comunicaciones de misión crítica
Diseño/estructura de un sistema de misión crítica PTC.

Los sistemas de radio móvil terrestre

El objetivo evidente de los sistemas de radio móvil terrestre (Land Mobile Radio, LMR) de misión crítica es establecer una comunicación fiable y libre de interferencias. Básicamente, los principales componentes de un sistema de comunicación crítica deben garantizar:

  • Cobertura (disponibilidad) y fiabilidad;
  • Comunicación directa entre dispositivos (para permitir que los primeros intervinientes se comuniquen entre sí cuando la red está fuera de servicio);
  • Comunicación del grupo (la capa de la red debe permitir la creación de grupos).

LMR también puede incorporar soluciones comerciales, también denominadas radios móviles privadas (private mobile radio, PMR). Las actuales soluciones LMR/PMR se basan principalmente en varios estándares digitales aplicables a diferentes usuarios, entre ellos:

  • P25 (APCO Project25), TETRA (Terrestrial Trunked Radio) – primeros intervinientes (bomberos/policía, ambulancias);
  • DMR (Digital Mobile Radio) – grandes compañías (logística, centros de transporte, centros comerciales);
  • dPMR, NXDN – pequeñas y medianas empresas, cobertura de un solo centro.
  • TETRA es el estándar dominante para protección civil y operaciones de socorro (Public Protection and Disaster Relief, PDPR), mientras que P25 es obligatorio para la seguridad pública en EE.UU. Los sistemas TETRA son más económicos en redes de alta capacidad, mientras que P25 ofrece un mayor alcance. Para comunicaciones de datos, TETRA aporta el mayor ancho de banda añadiendo sus 4 canales de tráfico de voz (basados en TDMA) a un solo canal de datos con una anchura de 25 kHz. Por su parte, DMR es el estándar digital que crece con más rapidez, permitiendo así la obtención de sistemas digitales económicos y de menor complejidad.
Estándar Ancho de banda Método de acceso Modulación Vocoder
P25 (Fase 1) 12,5 kHz FDMA C4FM CQPSK IMBE
P25 (Fase 2) 12,5 kHz TDMA de 2 ranuras H-CPM (abonado) H-DQPSK (instalación fija) AMBE+2
TETRA 25 kHz TDMA de 4 ranuras π/4 DQPSK ACELP
DMR 12,5 kHz TDMA de 2 ranuras 4FSK AMBE+2
NXDN 12,5 kHz o 6,25 kHz FDMA 4FSK AMBE+2
dPMR 6,25 kHz FDMA 4FSK AMBE+2

Descripción general de los estándares LMR.

Actualmente la tecnología LTE también se está introduciendo en el ámbito de la seguridad pública debido a la necesidad de sistemas de comunicaciones fiables de banda ancha. Muchas tareas exigen servicios de banda ancha, como ocurre cuando los primeros intervinientes necesitan acceder a aplicaciones que utilizan una gran cantidad de datos, buscar en bases de datos en línea o compartir vídeos, también en tiempo real. Existe una evidente necesidad de dispositivos de comunicaciones potentes, robustos y fáciles de usar, similares a los smartphones, que cumplan los requisitos de seguridad pública y proporcionen funciones y servicios de carácter avanzado para ayudar a los profesionales en su misión de salvar vidas.

La tendencia actual hacia la convergencia de los sistemas de Comunicaciones 4G (LTE), PMR y LMR en algunas áreas es evidente y está claro que LMR no va a ser reemplazado por LTE a corto plazo. Los sistemas LMR son bien conocidos y ofrecen una comunicación fiable por voz, que es el requisito número uno en cualquier sistema de seguridad pública. Como se ha señalado antes, la cobertura y la capacidad de tolerar interferencias desempeñan papeles importantes en este sentido. Para que las redes LTE proporcionen la misma área de cobertura que una red LMR, los operadores tendrán que instalar un número mucho mayor de estaciones base más cercanas entre sí, lo cual incrementa los costes de los equipos y mantenimiento, si bien hay que reconocer que LTE tampoco es una tecnología perfecta para tolerar interferencias.

Para la próxima generación de comunicaciones de seguridad pública, es más probable la adopción de la tecnología híbrida LTE/PMR, en la que se utilizarán redes LMR de banda estrecha para voz y LTE de banda ancha para transmisión de datos a alta velocidad. Es importante destacar que las redes LTE de seguridad pública difieren de las de tipo comercial ya que cuentan con funciones y requisitos especiales que aumentan su fiabilidad.

LTE/FirstNet, ESN (Reino Unido), SafeNet.

Utilizando las nuevas tecnologías para las comunicaciones de misión crítica

LMR y LTE son tecnologías muy diferentes y exigen herramientas diferentes para su instalación y mantenimiento. Desde el punto de vista de las pruebas, la compatibilidad con dos tecnologías diferentes o dos redes separadas puede ofrecer muchas dificultades. A menudo las medidas requieren varias herramientas, todas las cuales se deben transportar hasta un punto que puede hallarse a cierta distancia, por lo que tamaño y el peso de los equipos de prueba puede ser un problema.

Es preferible utilizar dispositivos portátiles alimentados mediante batería y capaces de asumir la complejidad que conlleva la comprobación de redes LTE, incluidas tecnologías como MIMO y OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access). Mediante la realización de medidas cruciales como EVM (Error Vector Magnitude) y BER (Bit Error Rate) para comprobar la calidad de la señal, la fidelidad de modulación y la sensibilidad del receptor (Rx) en las redes LMR, técnicos e ingenieros pueden estar seguros de que los sistemas de comunicaciones de misión crítica que instalan y mantienen funcionarán de manera fiable y de acuerdo con las especificaciones.

Ejemplos de medidas de la calidad de la señal para LTE y LMR

Calidad de modulación – potencia respecto al Bloque de Recursos.

Un elevado grado de utilización de los Bloques de Recursos indicaría que la instalación de una célula se aproxima a la sobrecarga y que podría ser aconsejable empezar a planificar una mayor capacidad.

La pantalla del analizador para P25 (izquierda) y TETRA (derecha ofrece un resumen completo de la calidad de RF.
La pantalla del analizador para P25 (izquierda) y TETRA (derecha ofrece un resumen completo de la calidad de RF.

Calidad de modulación – Canales de control.

Los valores elevados crearán mayores zonas de interferencia entre células y velocidades de transmisión de datos más más bajas cerca de los límites de la célula. Los valores reducidos afectan a la cobertura dentro de edificios.

Analizando las comunicaciones

Para garantizar el buen estado de un sistema de comunicaciones, si bien hay que tener en cuenta sobre todo la “sección de RF”, no solo hay que controlar la calidad de la señal, sino que también hay que analizar y mantener toda la cadena – es decir, antenas, cables/alimentadores, puertos de RF (VSWR, desajuste), combinadores, duplexores/diplexores, amplificadores, transceptor y receptor – y añadir la captura y atenuación de interferencias, así como la planificación de la cobertura.

Estas tareas pueden conllevar el uso de un conjunto de instrumentos de prueba y medida, como un analizador de espectro, un analizador de redes vectoriales, un generador de señal o generador de señales vectoriales, un vatímetro, un osciloscopio, etc. Las prestaciones de RF del instrumento de prueba deben cumplir los requisitos del sistema de comunicaciones con un margen razonable por la parte superior. Parámetros como sensibilidad (por lo que respecta a mejores medidas en el transmisor), respuesta espuria (para ofrecer la confianza de que los resultados de las medidas proceden de señales reales y no de las generadas dentro del instrumento), ruido de fase (para obtener mejores medidas de modulación), TOI (menos distorsión generada internamente), rechazo de canal adyacente (mejores medidas en un espectro atestado) y rango dinámico, todos los cuales son importantes al seleccionar los equipos de prueba adecuados.

No obstante, los denominados analizadores combinados contienen un conjunto completo de instrumentos multifunción en una sola carcasa. Esta capacidad reduce significativamente la carga de trabajo a técnicos e ingenieros, disminuyendo así el número de herramientas que necesita verificar el funcionamiento de la infraestructura de los sistemas de comunicaciones.

S412E LMR Master

Un ejemplo de dispositivo de este tipo es el S412E LMR Master de Anritsu, un analizador portátil alimentado por una batería que incorpora una serie de funciones, entre ellas el análisis de redes inalámbricas de banda ancha (LTE) y banda estrecha (LMR).

Este instrumento también ofrece la capacidad de planificar la cobertura dentro de edificios, las medidas de campos electromagnéticos (EMF), para comprobar la radiación según varios estándares nacionales y la captura de interferencias.

Resolver el reto que supone proporcionar una comunicación fiable en los sistemas de seguridad pública exigirá importantes esfuerzos y una minuciosa implementación. Disponer de las herramientas adecuadas y comprender la importancia de la comprobación apropiada de sistemas de misión crítica garantizará que los profesionales de la seguridad cuenten con los mejores recursos de comunicaciones para sus funciones vitales.

Los instrumentos de prueba ligeros y alimentados mediante batería, como el analizador combinado descrito antes, son capaces de ofrecer la potencia de medida y las prestaciones necesarias, además de su facilidad de transporte a cualquier punto distante con el fin de desempeñar una tarea crítica para un sistema de misión crítica.

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