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Conceptos básicos
En la sociedad de hoy, constantemente interactúan diferentes actores en torno a la tecnología.
Sobre espectro y sus grupos de interés… Estos actores que dentro de una cadena de valor se denominan grupos de interés, generan roles ya sea como proveedores, prestadores de servicios, consumidores de tecnología entre otros. Dentro de los proveedores, se encuentran:
Las compañías prestadoras de servicios de comunicación, (Telefonía móvil, Internet, etc.),
Servicios de medios (Televisión análoga o digital terrestre, Radio),
Servicios especializados de transmisión de datos, señales de vigilancia y seguridad, radios.
Así como otros que utilizamos a diario, como intercomunicadores y hasta los juguetes de radio control.
Sobre el concepto de Espectro… Todos estos servicios y tecnología rodean nuestro diario vivir, se propagan en la atmósfera por canales definidos, distintos, con mayor o menor alcance y forma de propagación. A este espacio por el cual se transmiten todas esas señales a través de diferentes canales llamados frecuencias, se denomina ESPECTRO
Sabía Usted que… Marconi realizó la primera transmisión por radio desde Villa Griffone (Italia) en 1895.
¿Para qué el Espectro? El espectro radioeléctrico es el medio de transmisión de las ondas y frecuencias de radio electromagnéticas, las cuales posibilitan el uso de los medios de comunicación.
El Espectro radioeléctrico es Patrimonio de la Humanidad, según lo establecido por la Unión Internacional de las Telecomunicaciones – UIT; es administrado y regulado por los gobiernos de cada país.
La UIT define, de forma más técnica: “El Espectro radioeléctrico es el conjunto de ondas electromagnéticas, cuya frecuencia se fija convencionalmente por debajo de los 3000GHz, que se propaga por el espacio sin guía artificial”.
Algunos servicios más que otros, requieren una amplitud mayor para transmitir los contenidos
Generalmente esto se determina por la cantidad de información, la calidad y la forma como estos se transmiten, teniendo una mayor necesidad de ancho de esos canales, lo anterior se denomina Ancho de Banda.
En la gráfica de abajo, los círculos naranjas significan el mismo canal (Canal 13) en diferentes áreas con la misma frecuencia y potencia. Los círculos verdes, morado, azul y rojo son la televisión nacional donde se tiene mayor potencia, mas área de cobertura pero las frecuencias llegan diferentes dependiendo la zona del país.
¿Qué voy a aprender en este curso?
Este curso es para todos los servidores del MinTIC, que buscan conocer y crear un lenguaje común, para hablar de espectro, desde los conceptos básicos. El desarrollo temático aporta una visión concreta y sencilla del tema de Espectro, en un nivel de Contextualización y Fundamentación al alcance de todas las personas: aquellas que saben un poco o aquellos que conocen el tema. Es un punto de partida para profundizar y ampliar el tema en su dimensión técnica especializada.
Contextualización para el servidor MinTIC
Veamos algunos conceptos antes de empezar:
Ondas: Si dejamos caer una piedra sobre un charco de agua en reposo se generará un movimiento en el agua que se repetirá siguiendo un patrón, formando ondas hasta agotarse. Si repasamos el hecho, al dejar caer la piedra hemos producido una perturbación (un cambio de estado) en un medio (el agua) que se propaga a través de él (el movimiento que observamos) y Una onda tiene una cresta –su punto más alto-, un punto medio, y un valle –su punto más bajo-. La distancia entre la cresta y el punto medio se llama amplitud de onda. La distancia entre dos puntos consecutivos –dos crestas o dos valles- se denomina longitud de onda. Al tiempo que le toma ir de una cresta a otra, es decir, en completar un ciclo, se llama periodo, y al número de ciclos que se producen en un segundo, frecuencia. Una onda en general se define como la propagación de una perturbación de alguna propiedad de un medio en el espacio. Las ondas se pueden propagar en diferentes medios, como ocurre con las ondas de sonido que se propagan a través del aire o incluso en el vacío, como ocurre con las ondas de radio. Las ondas se clasifican en mecánicas si requieren un medio físico y en electromagnéticas si pueden propagarse en el vacío.
Miremos un Ejemplo:
-Si una persona gira en una pista de ciclismos a una velocidad constante en una pista de 400 metros de largo, durante 10 minutos ilustra los conceptos.
La longitud correspondería al largo de la pista (400m). Cada vez que dé una vuelta, completaría un ciclo. Si da 6 vuelvas completas (6 ciclos) en 10 minutos (600segundos) tendría una frecuencia de 6 ciclos/ 600 segundos, o lo que es igual a 0.01 ciclos/segundo (f=0.01Hz). La ilustración anterior permite deducir una relación fundamental entre longitud y frecuencia. Si la misma persona da vuelvas a la misma velocidad en una pista de la mitad del tamaño, lograría completar el doble de vuelvas. Es decir, a menor longitud (200m, en este ejemplo), mayor frecuencia (f=12 ciclos/600 segundos=0.02Hz). En resumen: a Mayor longitud de onda menor frecuencia y viceversa.
Propagación de Ondas: Las ondas de radio, en un entorno ideal, se desplazarían sin “accidentes” de un punto a otro, de manera uniforme. Sin embargo, en el mundo real las ondas en su camino encuentran obstáculos naturales y artificiales que generan los fenómenos de: Difracción, Refracción, Reflexión y Dispersión.
Difracción: Ocurre cuando la onda encuentra un obstáculo que la bloquea y se producen zonas de sombra (donde no llega la señal). El efecto se ilustra al apuntar un objeto con una linterna. El objeto bloquea parte de la luz y produce una sombra, sin luz o con poca luz, y deja pasar el resto, sin afectarla. Cuanto mayor sea el tamaño del obstáculo respecto del tamaño de la onda, mayor será el nivel de sombra.
Refracción: Se refiere al cambio de dirección o al desvío que experimenta una onda al pasar de un medio material a otro. Sucede como efecto del cambio de velocidad de desplazamiento que el paso de una superficie a otra supone. Se presenta siempre y cuando la incidencia en la nueva superficie se produzca de manera oblicua y los índices de refracción de los dos medios sean distintos.
Reflexión: Sucede cuando la onda al encontrar un obstáculo, en lugar de atravesarlo y desviarse, choca contra él y se “devuelve” como si se enfrentara a un espejo. A diferencia de la refracción, en este caso el cambio de dirección es tal que la onda regresa al medio inicial. En este fenómeno los ángulos de incidencia y reflejo son idénticos.
El resultado de la reflexión puede consistir en que toda la onda se refleje en la superficie (reflexión especular) o en que el reflejo se disperse. Este último caso se conoce como dispersión. En la vida cotidiana, este fenómeno se puede apreciar cuando se ve a través de un vidrio esmerilado y lo que se ve al otro lado, es confuso, disperso o borroso.
Funciones básicas en el Ministerio TIC
Como se expuso en la sinopsis conceptual, para que la necesidad de ancho de banda y la posibilidad de usar un canal u otro no se traslape con otro servicio, el MinTIC, ejerce su rol de gestión, regulación y monitoreo. Veamos algunas funciones del Ministerio TIC:
Gestionar el ESPECTRO: es decir, definir lo que cada servicio necesita y se le puede otorgar, para así tener la posibilidad de brindar capacidad a cada servicio y que todo en conjunto conviva en el espacio, sin que se produzcan interferencias que puedan afectar la calidad de los servicios y lo que cotidianamente usamos. Estas son funciones principales del Ministerio TIC y de los entes de control y regulación, las cuales se plasman en un mapa donde se puede apreciar cómo está distribuido y así planificar licencias futuras o modificaciones sobre estas distribuciones.
Regular y monitorear: se refiere a revisar constantemente, que se cumpla con el cubrimiento al que se comprometió el prestador del servicio, con la calidad establecida, en las frecuencias otorgadas. Para esto se deben tomar frecuentemente las mediciones necesarias para verificar los parámetros establecidos. Es función del MinTIC, mantener esto plasmado en el Cuadro Nacional de Atribución de Bandas de Frecuencias, instrumento ordenador que reúne todas las disposiciones nacionales e internacionales acogidas del espectro radioeléctrico.
Políticas y planes: Estudiar las necesidades actuales y futuras del país en materia de telecomunicaciones es la base para la adopción de políticas que garanticen su satisfacción. Estas deben considerar los adelantos tecnológicos y su realidad social, económica y política. El principal producto de la planificación es la atribución de bandas.
Asignación y Licencias: es el eje del día a día de la entidad de gestión. Implica la realización de análisis técnicos y económicos que permitan escoger las frecuencias más adecuadas para cada caso, y coordinar las asignaciones proyectadas como las existentes.
Normalización y especiación de equipos: esto es esencial para evitar la interferencia perjudicial y asegurar la calidad del sistema de comunicaciones. Las normas garantizan la viabilidad de la operación de los equipos, su capacidad de interacción con otros y la compatibilidad electromagnética con su entorno (respecto de límites y cuidado con interferencias.
Cooperación Internacional: La naturaleza universal del espectro, de su normativa y de la tendencia del sector, hace indispensable la cooperación entre las naciones para su gestión. Para lograrla es necesaria la participación del gestor en los foros internacionales y en los espacios de discusión internacional en temas relacionados con el Reglamento de Radiocomunicaciones.
Consultas y enlace: La entidad de gestión debe mantener comunicación de dos vías con su entorno (sector gobierno y sector público) para difundir políticas, reglas y prácticas de la administración y facilitar mecanismos de retroalimentación que permitan evaluar sus resultados.
Control y Vigilancia: La gestión eficaz depende en buen medida de la capacidad del gestor para garantizar la aplicación de las normas que regulan el uso del espectro. Esta labor se basa en inspecciones y comprobaciones técnicas.
Inspecciones: La entidad de gestión debe contar con la potestad de aplicar la norma que regula el uso del espectro y establecer sanciones. Debe estar facultada, por ejemplo, para identificar una fuente de interferencia, exigir el fin de la emisión y confiscar los equipos.
Comprobación técnica: se relaciona con la inspección y la conformidad. Permite identificar y medir las fuentes de interferencia, verificar la idoneidad de las características técnicas y funcionales de las señales radiadas y detectar e identificar transmisores ilegales.
Cuando se contempla todo ese espacio de propagación, se denomina Espectro Electromagnético el cual incluye el conjunto de Ondas Electromagnéticas que existen en el universo, ordenadas en función de sus frecuencias o longitudes de onda, o de la energía que transportan y adicionalmente la luz infrarroja, la luz visible, la luz ultravioleta, los rayos X, los rayos gamma y los rayos cósmicos.
La gráfica muestra cómo se encuentra ordenado el Espectro electromagnético dependiendo de la longitud, la frecuencia y el tamaño de la onda. A menor longitud, mayor frecuencia y menor tamaño de onda. Por ejemplo, la electricidad tiene una mayor longitud de onda que los rayos x y por lo tanto el tamaño de su onda también es más grande, pero su frecuencia es menor. Así mismo se debe tener claro que el Espectro Radioeléctrico es apenas una parte del Espectro electromagnético.
¿Cuál es el espectro de interés para el tema que estamos desarrollando?
El Espectro que ocupa al MinTIC, es el Espectro Radioeléctrico, que hace parte del Espectro Electromagnético, y es el conjunto de ondas utilizadas en las radiocomunicaciones.
Las ondas se propagan por el espacio y transportan energía, a una velocidad constante (300.000 Km/s) y estas según la forma como el campo eléctrico y magnético oscile, tienen características de difracción, reflexión y refracción.
Una ventaja que nos permite con estas ondas transportar información y cubrir grandes distancias, es que NO requieren guía artificial, es decir, no necesitan de cables o alguna infraestructura de transporte, lo que igualmente las hace imperceptibles y por lo tanto necesario administrar y regular.
El aporte del espectro radioeléctrico a la humanidad es inmenso, ya que hace posible el desarrollo de actividades cotidianas como: Escuchar la radio, Ver TV, Usar un radioteléfono o un celular, Acceder a Internet WiFi, o actividades especializadas como la navegación marítima y aérea, la comunicación con estaciones espaciales y submarinos; el uso de radares, localización de cajas negras y el establecimiento de posiciones geográficas y señales horarias.
Ahora para poder determinar las ondas, su comportamiento, capacidad de transportar energía es necesario conocerlas, medirlas e identificarlas. Una de las medidas es la frecuencia, que es la cantidad de veces que se repite un fenómeno en un periodo de tiempo, es decir, si se consumen alimentos tres veces al día, la frecuencia es 3, en el periodo de tiempo de 1 día.
Para las ondas radioeléctricas la frecuencia se mide en Hertz (Hz), y es la cantidad de veces que se repite una oscilación en un segundo. Una frecuencia de 1Hz, sería la cantidad de oscilaciones de la onda en un segundo, así se puede reconocer que una onda de 300KHz, se repite la oscilación 300.000 veces en un segundo.
Otra forma de medir las ondas es el periodo (T), que es el intervalo de tiempo en que una onda se repite, y entonces es el valor inverso de la frecuencia (f), T=1/f.
El Ministerio TIC se encarga de regular, administrar y gestionar, todas las Telecomunicaciones. Se refiere a toda transmisión, emisión o recepción de signos, señales, escritos, imágenes, sonidos o informaciones de cualquier naturaleza por hilo, radioelectricidad, medios ópticos u otros sistemas electromagnéticos. Para el espectro es solamente aquellas que se transmiten por ondas radioeléctricas. Para el Ministerio TIC, la gestión del espectro comprende aspectos jurídicos, económicos, científicos, administrativos y técnicos, que garanticen el correcto funcionamiento de todos los canales radioeléctricos, en cualquier banda y frecuencia, y la convivencia de todos los servicios y propósitos asignados, sin interferencias o conflictos.
Sobre las atribuciones: Significado y aplicación
Para lograr la convivencia de muchos de los servicios y por los requerimientos y posibilidades tecnológicas, es necesario asignar diferentes servicios en bandas o rangos de frecuencia o frecuencias iguales, por lo que se ha hecho una diferenciación entre el uso principal de un rango de frecuencias, a lo que se le llama, “Atribución a título primario” 1 y el uso regulado o condicionado de un rango de frecuencias, sin ser el uso principal, a lo que se le llama “Atribución a titulo secundario”2. Esta regulación o condición, puede estar dada por el espacio en el cual se va a difundir y con la potencia que se haga, y que no interfiera con la atribución primaria de ese rango de frecuencias.
En una casa se encuentran diferentes dispositivos tecnológicos de frecuencia 900. Por ejemplo los celulares, el monitor de bebe y el teléfono inalámbrico. Sin embargo entre ellos no interfieren, esto se debe a que por un lado el celular tiene la frecuencia a titulo primario y por esto se usa en todas partes. En cambio el monitor de bebe y el teléfono inalámbrico se encuentran a titulo secundario y no pueden emitir más de un milivatio. Esto genera estos servicios a titulo secundario tengan muy poco alcance.
El control de las emisiones y uso del espectro, principalmente dependen de las condiciones de una estación radioeléctrica, que es el punto de transmisión y recepción, ello más una combinación de transmisores y receptores, confluyen para brindar un servicio de radiocomunicación en un área o lugar determinado.
Dentro de todo ese espectro, se han determinado rangos de frecuencia de uso libre, es decir sin necesidad de contraprestación o pago, atribuidas, permitidas y autorizadas de manera general y expresa por el Ministerio de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones; con los condicionantes que para cada rango de frecuencias3 o frecuencia se establezca.
Un ejemplo es el rango de frecuencia entre 72MHz a 76MHz para la operación de Sistemas de Traducción Simultánea en Auditorios o Recintos Cerrados. Estos son sistemas inalámbricos que por su baja potencia autorizada (menor a 2 MW) y corto alcance (recintos cerrados) no logran causar interferencia perjudicial a las estaciones del Servicio Fijo Radioeléctrico (Sistemas Inalámbricos Punto a Punto) a que se atribuyó la banda a Título Primario.
Ejemplo de radio frecuencias de 72 a 76 Megahertz. La radio frecuencia 72 a 76 Megahertz es otorgada a título secundario, pero solamente puede ser transmitida en un recintos cerrados, es decir que en un campo de fútbol no estaría permitido usar estos sistemas, porque también puede causar interferencia a las estaciones del servicio fijo radioeléctrico, que son sistemas punto a punto, a las cuáles se les otorgó el servicio primario.
La señal de estas estaciones deben llegar de manera perfecta porque no hay nadie más trabajando en esa frecuencia. Por lo tanto las frecuencias de título secundario se les limita en espacio, potencia e incluso momentos.
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