Resumen: La paulatina demanda, sobreutilización y subutilización espectral son factores que han denotado a nivel gubernamental y de investigación una búsqueda de soluciones legales y tecnológicas para optimizar el uso del espectro radioeléctrico. Bajo este argumento, el documento aborda un breve análisis del estado del arte de los estándares y tecnologías de telecomunicaciones que aplican sistemas cognitivos o de re uso espectral para la explotación de forma mejorada del espectro radioeléctrico en bandas posiblemente bajo concesión frente a sistemas tradicionales. Luego se recopila los diferentes estudios e investigaciones vinculadas a la tecnología de Radio Cognitiva en el Ecuador; esta observación permitiría identificar la posición, tendencia y trabajo futuro de la nación frente al despliegue de redes que usen esta técnica y vincular su aprovechamiento al servicio de los sectores sociales más desfavorecidos con los servicios de telecomunicaciones.
Palabras Clave: Telecomunicaciones, Radio, Cognitiva, Frecuencia, Espectro, Inalámbricas.
1. Introducción
El desarrollo de las telecomunicaciones a nivel mundial representa una re ingeniería continua de sus aspectos técnicos, administrativos y legales. La gestión del espectro radioeléctrico no deja de ser un tema de gran interés para los gobiernos de turno y en particular para los entes técnicos responsables de su administración y control. Será entonces de gran importancia desarrollar mecanismos tecnológicos que puedan ser partícipes de una mejora en la explotación espectral aprovechando las instancias de subutilización o infrautilización de frecuencias que medios como la radio y televisión ocasionan durante su normal operación. Los sistemas como Radio Cognitiva (RC) sin duda se han establecido como una tentativa de aplicación en las tecnologías de telecomunicaciones; por ser una forma de comunicación inalámbrica en la que un transceptor inteligente puede detectar los canales de comunicación que se están utilizando y los que no se están utilizando, y al instante pasar a los canales no empleados, evitando al mismo tiempo los ocupados. Esto optimiza el uso del espectro de radio frecuencia (RF) y la posibilidad de reducir al mínimo la interferencia a otros usuarios [2]. En la actualidad el desarrollo de los sistemas cognitivos ha tenido un moderado despliegue, derivado de condiciones de carácter mundial donde las presiones de los diferentes mercados para establecer estándares y normalizaciones se hace cada vez más fuerte y donde a su vez se debe mantener flexibilidad suficiente para permitir la innovación tecnológica de empresas y compañías. Será entonces importante recapitular el contexto de los sistemas de Radio cognitiva, su penetración, aplicación y desarrollo actual y principalmente en él Ecuador; la aceptación proporcionada en el mercado de las telecomunicaciones y las estrategias que permitan una mejor acogida en ambientes de desarrollo de las comunicaciones inalámbricas.
En el Ecuador, la explotación del espectro radioeléctrico ha sido un tema de gran importancia en los últimos años. Desde gobiernos anteriores hasta el actual en sus diferentes planes de desarrollo se hace constar al sector de las telecomunicaciones como un frente estratégico y primordial para el desarrollo del país; así mismo se han establecido políticas donde el uso de las tecnologías de la información y comunicación son necesarias para establecer el camino hacia la sociedad de la información y el conocimiento.
En este contexto, el 02 de abril del año 2016 se inició un Concurso Público para la Adjudicación de Frecuencias de Radiodifusión y de Televisión de señal abierta; en total se convocó a la posibilidad de participar por 1472 espacios espectrales a nivel nacional; la intensión estuvo enfocada a velar por una administración y redistribución del espectro radioeléctrico más adecuada y que permita el acceso a servicios de telecomunicaciones a diferentes grupos de la población nacional. Lamentablemente y según el informe DNA4-0025-2018 de 71 páginas emitidas por la Contraloría general del estado en el año 2018, se habían detectado irregularidades en los procesos de concesión de frecuencias, entre el 1 de enero de 2016 y el 31 de agosto de 2017. Así mismo, con fecha 22 de junio del mismo año, el órgano de control solicita que se anule el concurso y en los casos con derechos adquiridos se analice caso por caso. Más adelante y con el objeto de buscar y dar una salida a las anomalías registradas en el proceso convocado en el 2016 la contraloría recomienda dentro de las 15 recomendaciones emitidas hacia la Agencia de Regulación y Control de las Telecomunicaciones (Arcotel) y al Consejo de Regulación y Desarrollo de Información y Comunicación (Cordicom) efectuar un nuevo concurso público para adjudicar frecuencias de radio y televisión analógica y digital. Basado en este antecedente, la Agencia de Regulación y Control de las Telecomunicaciones (Arcotel) convocó el 21 de abril del presente año al Primer Proceso Público Competitivo para la adjudicación de frecuencias disponibles de servicios de radiodifusión de señal abierta para el funcionamiento de medios de comunicación social privados y comunitarios para las provincias de Santa Elena, Loja, Morona Santiago y Galápagos. Todas son para televisión abierta análoga o digital.
Más allá de que estas acciones sean fundamentales para un correcto uso del espectro; aún no garantizan una explotación eficiente de las frecuencias, y por tanto espacios infrautilizados o disponibles para reúso estarán vigentes conllevando a buscar situaciones de carácter tecnológico que aporten a optimizar las deficiencias de la tecnología de telecomunicaciones no cognitiva y la regulación radioeléctrica.
De lo antes detallado la propuesta de presentar una revisión al desarrollo de las tecnologías de Radio Cognitiva en el Ecuador ofrece disyuntivas de aplicación y desarrollo futuro de sistemas de radio basados en software.
2. Radio cognitiva (RC)
La necesidad de innovación en diferentes sistemas de telecomunicaciones demandadas por nuevas necesidades sociales, provocó la intromisión de novedosos conceptos y tecnologías para soportar el avance de las comunicaciones y específicamente en los sistemas inalámbricos. Así, Joseph Mitola III en 1991 involucró el término (Software definido por Radio SDR o Radio Software) con el objeto de referirse a un tipo de radios configurables y reprogramables, equipos donde elementos de hardware son capaces de realizar diferentes funciones, en distintos instantes de tiempo, con la introducción de cambios en su configuración mediante software [2]. El concepto SDR surge para solucionar parcialmente inconvenientes de compatibilidad e interoperabilidad en redes inalámbricas, ya que establecen un conjunto de procedimientos y técnicas orientadas a realizar el procesamiento de señales de información por medio de un dispositivo de propósito general, el cual puede ser modificado mediante software logrando así un cambio dinámico, automático y eficiente entre tecnologías sin tener que incurrir en gastos/costes por concepto de nuevos equipos y evitando incrementos considerables en el tamaño de estos [4].
2.1.- Redes de Radio Cognitiva – (CRNs)
Las CRNs, o redes de acceso dinámico al espectro (Dynamic Spectrum Access Networks, DSANs), brindan un gran ancho de banda a los usuarios móviles a través de arquitecturas heterogéneas inalámbricas y técnicas de acceso dinámico al espectro (Ver Figura 1). El uso eficiente del espectro existente puede mejorarse a través del acceso oportunista por usuarios secundarios a bandas con licencia o sin licencia, donde se asegura la no creación de interferencias. Sin embargo, las CRNs imponen retos a la investigación debido a los problemas técnicos que aún se presentan, donde varios de estos inconvenientes requieren de soluciones eficientes.
2.2.- Capacidad Cognitiva
La capacidad cognitiva de una RC permite la interacción en tiempo real con un ambiente de radiofrecuencia para determinar parámetros de comunicación apropiados y adaptarse al entorno radio de modo dinámico. Los pasos requeridos se muestran en la figura 2 y se lo conoce como ciclo cognitivo.
- Detección del Espectro.- La RC analiza las bandas de espectro disponibles, recoge su información, y después detecta los white spaces (espacios vacíos o huecos espectrales) en el espectro.
- Análisis del Espectro.- Consiste en evaluar las características de los huecos espectrales que han sido detectados en el primer paso.
- Decisión Espectral.- La RC determina la tasa de datos, el modo de transmisión y el ancho de banda de transmisión. Después la banda de espectro apropiada se escoge teniendo en cuenta las características del espectro y los requerimientos de los usuarios [5].
2.3.- Detección de Espectro
Los sistemas de Radio Cognitiva se muestran como una alternativa tecnológica para el uso eficiente del espectro radioeléctrico. Su capacidad de detectar partes del espectro que están o no siendo usadas por las diferentes señales emitidas por usuarios múltiples y legítimos de los servicios de telecomunicaciones, la hacen capaz de transmitir en bandas de frecuencia como televisión y radiodifusión. Para elllo existe una clasificación de usuarios, los primarios y secundarios. Los usuarios secundarios pueden tener acceso y compartir el espectro si los usuarios primarios están inactivos o en caso de que los niveles de señal primaria emitida sean insignificantes para recepción [2]. Existen tres técnicas de detección del espectro: detección de energía, detección por filtro adaptado y detección ciclo estacionaria. Cada una de ellas ofrece menor o mayor complejidad de operación y así mismo baja o alta capacidad de detección. El uso de cada una de ellas depende de la cantidad de información disponible referente a las señales primarias que se encuentran en el aire.
2.4.- Radio Cognitiva en el mundo
Con motivo de buscar eficiencia en el uso del espectro, alrededor del planeta se han desarrollado varias propuestas de arquitectura radio cognitiva. Por ejemplo, CR1 desarrollada por Joseph Mitola, se basa en la utilización de un lenguaje de representación del conocimiento de radio para establecer las adaptaciones de la radio RKRL (Radio Knowledge Representation Language). Este lenguaje simboliza la noción de radio de un conjunto de lenguajes naturales y modelos basados en computador [6]. Así mismo, xG es un concepto de Sistema y Tecnología desarrollada por el DoD (Departamento de Defensa de los Estados Unidos) para el acceso dinámico a todos los recursos de frecuencia. Las redes Ad – Hoc y su crecimiento despiadado, con topologías dinámicas y cada vez más complejas estimuló la necesidad de instituir nuevas alternativas de acceso al espectro. Por lo tanto la tecnología XG se muestra conveniente para la implementación de arquitecturas de red centralizadas o no; mostrando flexibilidad con respecto al límite de interferencia deseado.
Es importante resaltar el estándar IEEE 802.22, como el primero basado en tecnología de radio cognitiva. Conocido como WRAN (Wireless Regional Área Networks). El objetivo preponderante es el acceso al ancho de banda en áreas rurales o remotas con un alto rendimiento incluso comparable con tecnologías de acceso a banda ancha existentes en la actualidad. [8] y [9].
Finalmente, distintos sistemas basados en redes de radio cognitiva han aparecido como alternativas de mejora en el aprovechamiento del espectro y su explotación. Adapt4, CORTEKS, Spectrum pooling, Corvus, Kuar, SPARTA, KNOWS, OCRA, entre otros son parte de un grupo de tecnologías propietarias fundamentadas en la CR. Su desarrollo aún es limitado.
3. EL Contexto de Radio Cognitiva en Ecuador
La aceptación e incorporación de nuevas y variadas tecnologías de telecomunicaciones en nuestro país se han desarrollado de manera progresiva y perseverante, principalmente han progresado las tecnologías de redes de comunicación por fibra óptica y los sistemas de telefonía celular, ambos como los principales nichos de proyección de las comunicaciones del país. Otras aplicaciones tecnológicas que ofrecen servicios de telecomunicaciones son los sistemas inalámbricos de banda ancha WI-FI y CDMA 450 que por ejemplo son usadas para servir múltiples usuarios con voz y datos dando mayor énfasis en sitios remotos o rurales.
Por otra parte; las tecnologías para enlaces inalámbricos basadas en Radio Cognitiva aparecen en nuestro entorno, como escasas, en prueba o inexistentes. Únicamente su situación en el país está enmarcada en el análisis o estudios técnicos para casos específicos o soluciones tecnológicas puntuales; pero su despliegue u operación es ilusoria.
Un primer análisis de los Sistemas de Radio Cognitiva en el Ecuador se desarrolló en el año 2006 bajo el proyecto de titulación denominado “Análisis del Estándar IEEE 802.22 (Wireless Regional Área Network (WRAN)) y su posible implementación en el Ecuador”; ahí se expresan los conceptos del sistema inicial WRAN y las exigencias funcionales como la base para la creación de ese estándar. A lo largo del estudio se deja ver los requerimientos obligatorios que hacen posible que un sistema WRAN pueda actuar en un ambiente proveedor de servicios de Internet. Así mismo, se da un ejemplo de análisis sobre la implementación de una estación base WRAN en áreas rurales y remotas de la provincia de Loja, donde el acceso de tecnologías de banda ancha por cable es completamente limitado, y es donde se concluye que la elección de una tecnología inalámbrica es lo más factible. [10]
Más adelante, en el año 2010 se presenta un nuevo trabajo vinculado a los sistemas de Radio Cognitiva denominado “Análisis de Factibilidad Para la Utilización de Cognitive Radio (Radio Cognitiva) en las Radiocomunicaciones necesarias para casos de Emergencia en el Ecuador”; luego de una revisión general de los sistemas de Radio Cognitiva, el autor efectúa un estudio de los principales aspectos técnicos de SDR (Radio definido por Software) que reconocen la reconfigurabilidad de los parámetros de operación Radio Cognitiva, para consecutivamente constituir las capacidades y ventajas técnicas que involucran su utilización en las radiocomunicaciones utilizadas en emergencias. Dicho estudio se complementa con el diseño de un sistema de radiocomunicaciones basado en RC y su distribución para servir en la ciudad de Quito, de forma que incorpora de manera práctica el alcance y ventajas que ofrece esta tecnología [11].
Para el año 2013 aparece el desarrollo del trabajo “Análisis de Tecnologías Inalámbricas para mejorar el diseño de la red de Comunicaciones en el Sector Rural centro de Morona Santiago” que introduce junto con otras tecnologías inalámbricas los conceptos de Radio Cognitiva. Todas las ventajas de esta tecnología son expuestas y comparadas con otros sistemas inalámbricos; él autor recomienda observar los resultados en los ambientes de prueba utilizando la tecnología WRAN, ya que al instante en el país no se han instaurado redes basadas en RC y por tanto no se ha podido evidenciar su rendimiento [12].
Posteriormente se han ejecutado dos trabajos adicionales establecidos como factibilidades técnicas de implementación. La primera, en el año 2014 denominada “Análisis de factibilidad técnica en la implementación de una red WRAN (IEEE 802.22) en escuelas y colegios fiscales de sectores rurales y urbanos marginales de la Provincia del Guayas” donde se detalla el diseño de una Red WRAN (Wireless Regional Área Network), establecida bajo el estándar IEEE 802.22 y que de acuerdo con los resultados obtenidos, en caso de llevarse a cabo, permitiría proporcionar a escuelas y colegios fiscales de sectores marginales de la Provincia del Guayas servicios de telecomunicaciones [13] y el segundo que explica una solución tecnológica basada en WRAN - 802.22 para la automatización de un sistema de lecturación remota de los medidores de energía eléctrica denominada “Factibilidad Técnica de Implementación de Samrt Metering en zonas rurales con Tecnologías de Radio Cognitiva en los espacios en blanco de televisión” [14].
Otro estudio de gran relevancia se presenta dentro de la región norte de nuestro país y se encuentra expuesto en el documento “Sensing TVWS with open source technology in Ecuador”; el cual construye la caracterización de los espacios en blanco de la televisión (TVWS) como parámetro principal para concientizar sobre la existencia de espectro radio eléctrico subutilizado el cual podría ser utilizado para solventar a través de re uso espectral las necesidades de conectividad de zonas desfavorecidas [15].
El último caso de estudio en el Ecuador de Radio Cognitiva se ha establecido con la investigación denominada “Estado del Arte, Radio Cognitiva para Operador de Red Virtual en la Infraestructura de Medición Avanzada” realizado por: Marcelo Camacho Vera y Esteban Inga Ortega; esta investigación se fundamenta en el uso de tecnologías de telecomunicaciones RC como un aporte para fortalecer y mejorar los sistemas eléctricos de medición avanzada (AMI) o Smart Grid que se encarga de la medición inteligente de energía eléctrica. El objetivo es valerse de un operador móvil de red virtual para reducir los costos por arrendamiento del espectro de frecuencia primario [16].
Finalmente, será importante mencionar que existen estudios adicionales que se han enfocado al monitoreo del espectro radioeléctrico primordialmente en la región sur del Ecuador y puntualmente en el cantón Loja. Dichos estudios identifican la disponibilidad de espectro radioeléctrico dentro de bandas o rangos de frecuencia concesionada o con usuarios legítimos. Estos estudios corroboran la disponibilidad espectral; es decir, existe un considerable porcentaje del espectro radioeléctrico sobre las regiones rurales del cantón Loja con alta vacancia frecuencial, aperturando la posibilidad de su optimización y aplicación de redes de Radio Cognitiva.
4. Conclusión y Trabajo Futuro
Es evidente que los sistemas de Radio Cognitiva en nuestro país no han logrado tomar un protagonismo significativo, el mismo que sea aplicable en diferentes aspectos donde las telecomunicaciones basadas en los lineamientos de RC representen un aporte al progreso de aquellos sectores sociales desfavorecidos con la penetración de los servicios de comunicación. Ya el ingeniero Danilo Corral en el año 2011 propone la idea de crear e identificar una red piloto con 802.22, donde se sugiere hermanar instituciones participantes locales o externas; crear una estructura organizacional jerárquica; conseguir permisos por parte del ente regulador; efectuar pruebas en las diferentes regiones del país para observar el comportamiento del estándar 802.22; y, finalmente menciona construir un documento técnico que recoja los datos arrojados en las evaluaciones para la posterior discusión de los resultados [17]. Pese a las iniciativas; todo este basto trabajo no ha llegado a consolidarse y por tanto el perfeccionamiento de las tecnologías de Radio Cognitiva en el Ecuador se mantiene como un tema abierto para su desarrollo; brindando la oportunidad de contribuir con el despliegue de redes de radio cognitiva consolidadas, al impulso de sectores y pueblos dispensados o poco atendidos con tecnologías de comunicación e información.
BIBLIOGRAFÍA
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[14] Guanoluisa, C . (2015) Factibilidad Técnica de Implementación de Samrt Metering en zonas rurales con Tecnologías de Radio Cognitiva en los espacios en blanco de televisión. Universidad Politécnica Salesiana Sede Quito.
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[16] Camacho, M & Inga, E. (2015) Estado del Arte, Radio Cognitiva para Operador de Red Virtual en la Infraestructura de Medición Avanzada. Universidad Politécnica Salesiana Sede Quito.
[17] Corral, D. (2011) EL ESTÁNDAR 802.22. WALC 2011. Guayaquil - Ecuador.
[18] R. W. Brodersen (2004), “CORVUS: A Cognitive Radio Approach for Usage of Virtual Unlicensed Spectrum,” White Paper, Berkeley Wireless Research Center.
