ASCII-32: Monitoreo de espacios en blanco de televisión en Mérida Maureen Hernández Universidad de los Andes Mérida, Venezuela
[email protected]
Jesús Pérez Universidad de los Andes Mérida, Venezuela
[email protected]
Resumen - Dado el reciente interés en tecnologías que permitan el acceso a internet de bajo costo en zonas rurales, los espacios en blanco de televisión se han destacado como la mejor alternativa. Dados los resultados observados a nivel mundial sobre la subutilización del espectro y buscando una técnica que sea asequible para países en vías de desarrollo, hemos realizado la medición del espectro mediante un dispositivo ASCII-32 de bajo costo que presenta la ventaja de permitir mediciones móviles. Una vez realizadas las pruebas, hemos logrado medir el espectro de frecuencias comprendido entre 500 y 900 MHz en el casco central de la ciudad de Mérida, concluyendo que el espacio se encuentra altamente subutilizado. Abstract - Given the recent interest in technologies that allow Internet access to low-cost rural areas, TV white spaces have emerged as the best alternative. Given the results observed worldwide on the underutilization of the spectrum and looking for a technique that is affordable for countries in process of development, we performed the measurement of the spectrum by an ASCII 32 low cost device which has the advantage of allowing mobile measurements throughout the territory. Once the tests and calibrations we have successfully measured the spectrum in the central town of Merida, Venezuela concluding that space is highly sub used. Palabras clave - TVWS, Espacios de TV en blanco, ASCII32, medición del espectro UHF
I.
INTRODUCCIÓN
Los espacios de TV en blanco presentan en el ámbito rural la mejor alternativa al momento de buscar soluciones a la baja cobertura de las comunicaciones digitales, si bien este paradigma representa un problema en zonas altamente pobladas debido al tema de la “Interferencia perjudicial” en el caso rural esto no sucede, principalmente porque a pesar de haber desarrollo de la TV Digital en Venezuela esto solo ha sucedido a nivel de la capital nacional, tampoco hay mayor incidencia de canales de TV analógica, a lo largo de todo el territorio nacional la TV por Cable representa la preferencia de la población en cuanto a servicios de televisión, por lo cual la ocupación o falta de la misma del espectro llama el interés para la posible inclusión de tecnologías, sin embargo, la empresa privada no percibe un retorno de inversión por lo tanto no ha impulsado con fuerza el desarrollo de esta
María Pérez Universidad de los Andes Mérida, Venezuela
[email protected]
Freddy Ramírez Universidad de los Andes Mérida, Venezuela
[email protected]
alternativa, es por esto realizamos la medición de la ocupación del espectro a fin de mostrar que el espacio puede ser mayormente aprovechado dada las condiciones necesarias Medir la ocupación del espectro es una de las herramientas esenciales para gestionar nuevos servicios, pues proporciona a los responsables la información necesaria sobre el uso de diferentes frecuencias de acuerdo a los servicios que se den. En la ciudad de Mérida un antecedente previo [1] muestra un hallazgo común; en la que una gran parte del espectro ya “ocupado”, rara vez se utiliza en absoluto, mientras que algunas bandas del espectro particularmente están superpobladas. En este artículo analizamos los detalles de los resultados de medición de cinco días, con frecuencias comprendidas entre 500 y 900 MHz en el casco central de la ciudad Mérida, con la finalidad de no sólo obtener los espacios vacíos en el espectro, sino también para conocer bandas de frecuencia adecuadas para futuras aplicaciones. El resto del artículo está organizado de la siguiente manera. Introducimos las mediciones y los detalles del procedimiento en la sección II. La metodología para el análisis de datos se describe en la sección III. Sección IV presenta los resultados de la medición y las discusiones. Por último, la conclusión de todo el trabajo se muestra en la sección V. II. JUSTIFICACION La mayoría de los estudios sobre la ocupación del espectro en la banda de frecuencia UHF, se han llevado a cabo en países desarrollados, utilizando equipos altamente especializados, costosos o comercialmente difíciles de adquirir para países en vías de desarrollo [3] [4] [5]. Tal cual mencionado anteriormente estos “espacios en blanco” representan en nuestra comunidad una idea de desarrollo muy asequible, desde el punto de vista económico y ocupacional del espectro, actualmente se estima que solo el 5% de la zona rural andina tiene acceso a internet [6] en este sentido resulta un motivo magnánimo poder mostrar a entes económicos o gubernamentales las capacidades de desarrollo en el estado. Algunos se atreven a afirmar que el espectro radioeléctrico es como el petróleo, un recurso finito pero con muchísimas aplicaciones por delante, principalmente en el área rural, de
igual manera representaría una ventaja para las operadores móviles pues tendrían un decremento en el uso de sus bandas 3g o 4g, lo cual, en zonas difícilmente accesibles generaría un buen retorno de inversión, de esta manera observamos que en un espacio subutilizado, sin ninguna interferencia perjudicial ni competencia de la empresa privada los beneficios serian prácticamente infinitos
III. CONCEPTOS BÁSICOS
TVWS: En telecomunicaciones, los espacios en blanco se refieren a las frecuencias asignadas a un servicio de radiodifusión, pero que no se utilizan a nivel local. Organismos nacionales e internacionales asignan diferentes frecuencias para usos específicos, y en la mayoría de los casos la licencia de los derechos de transmisión de más de estas frecuencias. Este proceso de asignación de frecuencias se crea un plan de bandas, que por razones técnicas asigna espacio en blanco entre las bandas de radio usadas o canales para evitar interferencias. En este caso, mientras que las frecuencias no se utilizan, se les ha asignado específicamente para un propósito, tal como una banda de guarda. Lo más común, sin embargo, existen estos espacios en blanco de forma natural entre los canales utilizados, ya que la asignación de las transmisiones cercanas a los canales adyacentes inmediatamente causarán interferencia destructiva para ambos. Además de los espacios en blanco asignada por razones técnicas, también existe el espectro radioeléctrico no utilizada que ha sido o bien nunca utilizado, o se está convirtiendo en libre como resultado de los cambios técnicos. TV Digital: Es la evolución de la televisión la cual permite la liberación del espacio radioeléctrico. En particular, la transición a la televisión digital libera grandes áreas entre 50 MHz y 700 MHz, esto se debe a las transmisiones digitales pueden ser empacados en canales adyacentes, mientras que los analógicos no pueden. Esto significa que la banda puede ser "comprimida" en menos canales, al tiempo que permite más transmisiones. Interferencia perjudicial: La interferencia que degrada seriamente, obstruye o interrumpe repetidamente un servicio de radiocomunicaciones se conoce como interferencia perjudicial. Es ilegal interferir deliberadamente con la comunicación de otra estación, esto sucedería rápidamente si empezamos a transmitir en una banda que está siendo usada por otro emisor ASCII-32: Dispositivo de bajo costo que es capaz de medir la intensidad de la señal en el espectro radioeléctrico con frecuencias entre 240 y 960 MHz, adjunto a un sistema de localización GPS, proporciona mediciones y localización de forma paralela lo cual facilita el trabajo de medición móvil.
Bajo Costo: Dispositivo de aproximadamente 200$ lo cual lo hace accesible para países en vías de desarrollo. Fácil Uso: Trabajando sobre una tarjeta compatible con Arduino el ASCII-32 es fácil de configurar, testear e incluso modificar para obtener funcionalidades extra requeridas, presenta baterías internas y conexión externa la cual lo hace realmente sencillo de mantener en funcionamiento, una vez prendido y observando mediante sus indicadores (LED y Buzzer) el correcto funcionamiento, este funciona de manera correcta sin ninguna interacción humana. Open Source: Totalmente modificable dado que es de código abierto. En nuestro caso, agregamos un LED extra y un Buzzer de manera de que el chequeo de funcionamiento fuese evidente. IV. ESTADO DEL ARTE
Desde 2005 administradores y proveedores en el sector de las telecomunicaciones han estado llevando a cabo estudios y pruebas a nivel mundial para acceder al espectro subutilizado, para llevar a los servicios inalámbricos a desembocar en estos, debido a la escasez de red, sin embargo en zonas rurales TVWS se perfila como la alternativa para unir a comunidades remotas con el mundo digital, precisamente en zonas rurales de países en vías de desarrollo el interés económico de las compañías multinacional o gobierno en general no ha sido prioridad al momento de buscar soluciones al dividendo digital, una de las restricciones del sector civil para realizar pruebas ha sido el principal obstáculo. Como antecedentes tenemos:
Malawi y Zambia: Se observa la misma técnica, utilizando el dispositivo ASCII-32, con frecuencias entre 482 y 554 MHz [] México: Utiliza una antena direccional y Analizador de Espectro de muy alto costo, manteniendo en su objetivo frecuencias de 30 MHz a 910 MHz [] Venezuela: Muestra como técnica el uso de Raspberry Pi con RF Explorer en movimiento, de bajo costo, con frecuencias de 470MHz a 970 MHz. [] China: Usando una antena BOGER de banda ancha, analizador de espectro estático, de alto costo, con frecuencias muy altas: de 440MHz a 2.7GHz
En todos estos casos las conclusiones son las mismas, incluso en zonas altamente pobladas la mayoría de los espacios estudiados son subutilizados. A menudo, investigaciones como las hechas en China y en México, no son asequibles en países en vías de desarrollo, pues estos poseen limitaciones de recursos financieros y de personal debidamente capacitado. Por lo tanto, el despliegue de un bajo costo y fácil uso de los sistemas analizadores de
espectro para identificar espacios blancos en UHF podría ser considerada como una propuesta de valor. V. DISEÑO La principal idea al momento de encontrar un dispositivo que representara la facilidad de medición, el bajo costo y una curva de aprendizaje que no fuese pronunciada nos envió en la dirección del ASCII-32, con algunas modificaciones. Una bocina y un LED fueron agregados para asegurar el correcto funcionamiento del equipo, debido a que durante las mediciones no teníamos un monitor que permitiera ratificar el correcto funcionamiento. El segundo recorrido se realizó en la tarde, para el rango de frecuencias comprendido entre 600 y 700 MHz.
VI. PUESTA EN MARCHA Se realizaron 4 recorridos por el casco central de la ciudad de Mérida, con una velocidad promedio de 10 km/h, atravesando todas las calles de manera uniforme, en aproximadamente 45 minutos de duración cada uno, en horarios alternados entre mañana (9 am) y tarde (2 pm).
El tercer recorrido se realizo en la mañana, para el rango de frecuencias comprendido entre 700 y 800 MHz.
El cuarto recorrido se realizo en la tarde, para un rango de frecuencias comprendido entre 800 y 900 MHz. El primer recorrido se realizó en la mañana, para el rango de frecuencias comprendido entre 500 y 600 MHz.
http://www.microsoft.com/en-us/news/press/2013/feb13/0204whitespacespr.aspx [9] Bringing Low-Cost, Off-the-Grid Broadband Access to Rural Kenya. http://blogs.technet.com/b/microsoft_on_the_issues/archive/201 3/02/04/bringing-low-cost-off-the-grid-broadband-access-torural-kenya.aspx [10] Microsoft looks to white spaces to light up Limpopo http://www.microsoft.com/en-us/news/press/2013/jul13/07274awhitespacespr.aspx [11] A global, cross-industry alliance focused on increasing dynamic access to unused radio frequencies. Dynamic Spectrum Alliance http://www.dynamicspectrumalliance.org
VII. CONCLUSIONES Las modificaciones realizadas al dispositivo ASCII-32, mediante la inclusión de un LED indicador de correcto funcionamiento y un Buzzer para alertar en caso de error, permitieron tener la certeza del correcto funcionamiento del dispositivo durante la realización de las mediciones, obteniendo alrededor de 10.000 mediciones por recorrido en un tiempo promedio de 45 minutos, donde la cantidad de mediciones por coordenada oscila entre 3 y 400 mediciones, de las cuales se utilizó el promedio aritmético para el análisis en los mapas. Los resultados obtenidos demuestran que el espectro comprendido entre 500 y 900 Mhz está siendo subutilizado. VIII.
[1]
[2]
[3] [4] [5] [6] [7]
[8]
REFERENCIAS
Compilation de respuestas relativas al questionario acerca de los servicios actuales y previstos en la banda 470-698 mhz en las américas. http://www.oas.org/es/citel/P2!R.htm disponible en el campo 3289 Uso del espectro en América Latina. Estudios de caso de Argentina, Brasil, Colombia, Ecuador, Perú y Venezuela. Síntesis complementaria de los informes. Carlos A. Afonso Asociación para el Progreso de las Comunicaciones (APC). Junio 2011. www.apc.org/es/system/files/ca_sintesis_finalpdf Cognitive radio and the standard 802.22 en.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.22 provecharán “espacios blancos” del espectro radioeléctrico para llevar Internet a zonas rurales http://revistacyt.unne.edu.ar/noticia_tec14.php SpecNet: Spectrum Sensing Sans Frontieres https://www.usenix.org/legacy/event/nsdi11/tech/full_papers/Iye r.pdf WhispPi: White Space Monitoring with Raspberry Pi. wireless ictp it apers II pdf Microsoft Introduces the 4Afrika Initiative to Help Improve the Continent’s lobal Competitiveness http://www.microsoft.com/en-us/news/press/2013/feb13/0204afrikapr.aspx Microsoft Teams With the Government of Kenya and Indigo Telecom to Deliver Low-Cost, Solar-Powered Broadband Access Using Cutting-Edge TV White Space Technology.
