Su largo alcance, la excelente penetración de señal y las numerosas redes de estaciones base en funcionamiento hacen que el espectro de 400 MHz sea ideal para aquellas aplicaciones que requieran una comunicación muy resiliente.
Ludger Boeggering, Senior Principal Application Marketing, Energía e Industria 4.0 de u-blox y Samuele Falcomer, Principal Product Manager, Centro de Productos Celulares de u-blox
Es difícil sobrevalorar la importancia de una robusta tecnología de comunicación para la civilización moderna. Todo, desde la respuesta frente a grandes desastres hasta el funcionamiento diario de la infraestructura crítica, se basa en personas y activos capaces de enviar datos e instrucciones entre sí de manera fiable. Además esta dependencia de la tecnología de comunicación resiliente está destinada a aumentar debido a la expansión de las ciudades inteligentes, las redes eléctricas inteligentes y similares.
La importancia de las redes de comunicaciones para el funcionamiento correcto y seguro de la sociedad ha sido reconocida por las autoridades y se ve reflejada en los requisitos para las redes que gestionan una infraestructura crítica. Por ejemplo, en Europa, las redes que controlan las redes eléctricas y otras infraestructuras críticas deben ser capaces de seguir siendo operativas durante un mínimo de 24 horas cuando hay un corte de suministro. Esto es bastante más de lo que pueden ofrecer muchas redes de comunicaciones celulares comerciales.
Para lograr este nivel de resiliencia, la industria energética europea impulsó la adopción de bandas del espectro por debajo de 1 GHz. Los estándares 3GPP ofrecen en la actualidad el acceso privilegiado a las bandas de frecuencia de 410 y 450 MHz para comunicación LTE en redes LPWA (low-power wide-area), comunicación de voz, LTE, LTE-M y NB-IoT.
En todo el mundo estamos observando la subasta de las bandas de frecuencia cercanas a 400 MHz con el fin de crear redes privadas o públicas que sostengan las comunicaciones críticas. Entre los primeros países que lo han hecho se encuentran Polonia, Estonia, Alemania, República Checha, Países Bajos y Sudáfrica, así como partes de Oriente Medio y Sudamérica. Se espera que se sumen a ellos otros países europeos.
Espectro de 400 MHz: tres ventajas clave para las redes de infraestructuras críticas
Una de las mayores ventajas del espectro de 400 MHz, en el contexto de las comunicaciones críticas, es su largo alcance. La mayoría de las bandas LTE comerciales funcionan por encima de 700 MHz y algunas redes 5G llegan hasta 39 GHz. Esto les permite proporcionar las velocidades de transmisión de datos necesarias en aplicaciones como la transmisión de vídeo de alta calidad. Sin embargo, presentan como inconveniente que las señales se atenúan rápidamente, dando como resultado la necesidad de redes muy densas de estaciones base. Incluso un país relativamente pequeño como Países Bajos requiere decenas de miles de estaciones base para ofrecer una cobertura total de LTE comercial.
El espectro de 400 MHz se halla en el extremo opuesto de la escala. Su mayor alcance significa que hacen falta bastante menos estaciones base: apenas unas pocas miles de bases en un país del tamaño de Países Bajos. Cuando el objetivo es el funcionamiento estable de una infraestructura crítica, mantener una red de este tamaño, con toda su redundancia necesaria, es mucho más manejable con esta que con la red LTE comercial descrita antes.
La menor atenuación de las señales en el espectro de 400 MHz tiene una segunda gran ventaja: pueden atravesar las paredes y otras superficies sólidas. Esto hace que este espectro sea ideal para aplicaciones como contadores inteligentes que se pueden instalar bajo tierra o dentro de las viviendas.
En tercer lugar, muchos países ya disponen de una extensa infraestructura de estaciones base compatibles con el espectro de 400 MHz. Esto se debe a que lleva mucho tiempo en funcionamiento y se ha utilizado para redes PAMR (professional analog mobile radio) y posteriormente como redes basadas en CDMA. Por último, , su larga distancia se ha utilizado para cubrir partes remotas y poco pobladas dpaísescomo África rural y el norte de Europa.
Una gama de aplicaciones en constante aumento
Las oportunidades que presentan las redes celulares robustas que emplean bandas de frecuencia en el espectro de 400 MHz despiertan un enorme interés en nuevas aplicaciones. Por ejemplo, un grupo de ingenieros en Polonia está creando una red inalámbrica privada para conectar millones de contadores inteligentes y decenas de miles de sistemas de control y monitorización usados con turbinas eólicas y otras aplicaciones.
En Alemania, el gobierno ha destinado este espectro a las compañías a los servicios públicos. Ha concedido una licencia a 450 Connect para los próximos 20 años cuyos principales usos serán el control de la red eléctrica, los contadores inteligentes y las comunicaciones de voz (en sustitución de PMR (professional mobile radio)).
Es muy probable que en los próximos años veamos más ejemplos uso del espectro de 400 MHz en aplicaciones para las cuales sea primordial un funcionamiento resiliente, incluso en caso de corte en el suministro. Entre las principales áreas en auge se encontrarán seguramente los equipos inteligentes de monitorización médica, aplicaciones de seguridad y la tecnología de las ciudades inteligentes, como la infraestructura de control del tráfico.
Consideraciones sobre el diseño
Los dispositivos que funcionan en el espectro de 400 MHz necesitan ser “oídos” por la red. 3GPP les permite “gritar más alto” que otras bandas de frecuencia y hay dispositivos capaces de transmitir a 26 dBm (Potencia Clase 2) frente a 23 dBm (Potencia Clase 3).
Los ingenieros que seleccionan componentes celulares destinados a dispositivos que funcionarán en el espectro de 400 MHz han de tener en cuenta varios factores. ¿Se necesita Potencia Clase 2? ¿Su dispositivo tendrá que funcionar en redes públicas o privadas, o ambas? ¿Podría requerir las funciones de la nueva versión 14 de 3GPP para LTE-M y/o NB-IoT? Si es posible que el dispositivo tenga que funcionar en el espectro de LTE, ¿permite la sintonización de antenas activas para optimizar el rendimiento? ¿Cuáles son sus necesidades de energía? ¿ Ofrece una función de “último aliento” para enviar un mensaje final en caso de corte total del suministro eléctrico? Y dado el carácter crítico de la aplicación que probablemente va a atender, ¿cuáles son las capacidades de seguridad del módulo?
El espectro de 400 MHz: todo está listo para que desempeñe un papel clave
La tecnología de seguridad crítica controlada digitalmente constituye una parte cada vez más importante de las sociedades modernas y la demanda de redes de comunicación excepcionalmente resilientes seguirá creciendo. Gracias a su largo alcance, excelente penetración de la señal y disponibilidad de redes de estaciones base establecidas en muchos países, no es de extrañar que el espectro de 400 MHz vaya a desempeñar un papel clave en este entorno durante los próximos años.
u-blox ha desarrollado el módulo SARA-R540S LTE-M/NB-IoT para su uso en este entorno. Más información en la web de u-blox.
