Transmisión inalámbrica de banda ancha en ambientes marítimos

Hacer una conexión para transmitir datos de forma inalámbrica en una zona marítima, sobre el mar, pudiera parecer sencillo porque es fácil tener línea de vista, pero se plantean una cantidad de problemas que hay que tomar en cuenta y que lo hacen de las zonas más complicadas para los enlaces de radio.

Hay varios aspectos que hay que tomar en cuenta cuando se hacen enlaces sobre el agua o cerca del mar que normalmente no son importantes en otros ambientes, algunos puramente de calidad de los materiales y otros más complicados, de transmisión de un enlace de forma estable sobre el agua.

Estanqueidad y resistencia al salitre

Transmisión inalámbrica de banda ancha en ambientes marítimos
Instalación de CCTV inalámbrico en una playa de Suráfrica con equipos de Proxim Wireless

El primer punto que tomaré en cuenta tiene que ver con la construcción en sí de los equipos. Normalmente tomamos en cuenta para una instalación de exterior la temperatura que pueda aguantar el equipo y algunas veces la resistencia al viento, pero al instalar cerca del mar, es tanto o más importante la estanquidad del equipo y sus materiales, que sean resistentes al viento, arena y corrosión.

Esto es cierto para switches, cámaras, equipos wireless, o cualquier elemento que se instale cerca del mar.

Cualquier equipo que falle en estas características va a durar muy poco en un ambiente marino o costero.

Hay que ser muy cuidadoso con la instalación en estas condiciones, la estanqueidad de todos los conectores tiene que ser revisada cuidadosamente. Una capa extra de cinta vulcanizante es muy aconsejable, aunque no se use en instalaciones normales o el fabricante no lo recomiende.

Ambientes con elementos metálicos

Otro tipo de instalaciones cerca de ambientes marítimos están llenos de elementos metálicos, como pueden ser puertos de carga, plataformas petroleras, etc. Los metales son particularmente complejos para la transmisión de RF ya que funcionan como un espejo o bloqueador de la señal. Hacer proyectos inalámbricos en puertos es particularmente complejo, ya que los contenedores hacen que las señales de RF reboten múltiples veces creando interferencias hasta en los mismos equipos que transmitieron la señal, ya que esta se devuelve y llega desfasada.

Otra complejidad añadida en puertos es la imposibilidad, normalmente, de transmitir a través del agua. Al llegar grandes barcos (cargueros, petroleros o cruceros) bloquean la línea de vista de radio con el punto remoto e interponen una gran masa de metal entre los dos extremos del enlace. Los enlaces tienen que ser diseñados tomando en cuenta estas posibilidades.

Multipath sobre el agua

Para enlaces inalámbricos que tienen que ser transmitidos a través del agua, por ejemplo, para unir dos islas o para conectar ferries con la costa mientras hacen su recorrido es necesario también tomar precauciones y hacer unos cálculos de enlace más detallados. Los enlaces sobre el agua son de los más complejos de diseñar, ya que al no haber obstáculos hay múltiples señales que rebotan en el mar y llegan al receptor en tiempos diferentes, causando interferencias sobre el mismo enlace que está transmitiendo. Como el mar no está quieto, estos multipath y atenuaciones cambian continuamente aumentando o disminuyendo según el ángulo con que las señales de radio sean reflejadas.

En la figura de abajo se ve un ejemplo real de un enlace que atraviesa una ría en el norte de Europa. Las rías son desembocaduras de los ríos donde por efecto de las mareas el agua entra, a veces, varios kilómetros río arriba y suelen ser aguas muy tranquilas. En esta zona de Europa las mareas son bastante grandes, llegando a bajar varios metros el nivel del agua. El radio enlace del ejemplo cruza la ría y la antena que está fija en la tierra se separa del suelo (o del agua) varios metros con los cambios de mareas.

Cuando las señales reflejadas son positivas el nivel de señal es máximo, pero al cambiar el nivel del agua estos múltiples trayectos se destruyen mutuamente, haciendo que la señal alcance puntos mínimos. En el caso de la figura hay una diferencia de unos 15 dB entre la señal máxima y la mínima, lo que ocurre dos veces al día coincidiendo con las mareas.

Esta diferencia puede hacer que los enlaces pierdan cobertura.

Transmisión de banda ancha en ambientes marítimos
Ejemplo real de un enlace que atraviesa una ría en el norte de Europa

Para evitar problemas con estas conexiones inalámbricas de banda ancha en ambientes marítimos es necesario sobredimensionarlos, o bien con antenas de mayor ganancia para que en el punto de menor potencia de recepción funcionen como queremos o bien transmitiendo en modulaciones más altas para tener mayor ancho de banda.

Si quieres ahondar más en las modulaciones, en este artículo explico más detalladamente las modulaciones y para qué sirven.

Balanceo y movimiento de las antenas

Hay otro tipo de proyectos de conexiones Wireless en ambientes marítimos donde los equipos de radio y las antenas están instalados en elementos flotantes, bien sea barcos, boyas u otros. Estos elementos cabecean y se balancean haciendo que las antenas se muevan constantemente. En el caso de los barcos además se mueven en todas direcciones, incluso cuando están anclados, haciendo imprescindible el uso de antenas omnidireccionales.

Lo más difícil de controlar es el balanceo, ya que la mayoría de las antenas tienen una apertura de transmisión en vertical muy estrecha, si la antena se balancea, estará constantemente entrando y saliendo de la zona de iluminación de la antena del otro lado del enlace haciendo que la conexión radio se caiga constantemente. Para este problema no hay solución fácil. Se puede usar una antena con una gran apertura vertical, pero esto implicaría más multipath y menor ganancia, reduciendo drásticamente la distancia máxima a la que se puede transmitir. Otra opción es conectar la antena a un equipo de posicionamiento constante, que apunta la antena siempre al mismo lugar.

La otra posibilidad es utilizar un elemento flotante que cabecee o se balancee menos, pero la mayoría de las veces esto no es una opción.

Es posible hacer enlaces para comunicar barcos durante las travesías y dar Wi-Fi de gran ancho de banda a los usuarios o comunicación permanente a los tripulantes. Con las tecnologías de las que hablamos en este blog, normalmente en banda libre, estos enlaces son de un alcance relativamente reducido (alrededor de 10 Km máximo), pero con un gran ancho de banda que puede superar los 100 Mbps.

Para este tipo de aplicaciones es necesario un equipamiento que soporte movilidad y donde el enlace pueda cambiar automáticamente de celda para continuar enlazado una vez se acaba la zona de cobertura de la celda inicial. Por supuesto la antena del barco debe poder recibir de todas las antenas transmisoras. Típicamente se usa una antena omnidireccional.

Ruta de ferry entre 3 puertos y zonas de cobertura radio.
Ruta de ferry entre 3 puertos y zonas de cobertura radio

 

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