1. Francisco Falcone
IEEE Computer Society eGovernment STC
Seminario sobre Open Government y Smart Cities
Departamento de Ingeniería Informática y Matemáticas de la Universidad Rovira i Virgili

2. • Introducción
• Canal Radioeléctrico
• Sistemas de Comunicaciones Radioeléctricos
• Ejemplos de entornos inteligentes

3. • Introducción
• Canal Radioeléctrico
• Sistemas de Comunicaciones Radioeléctricos
• Ejemplos de entornos inteligentes

4. Introducción
• Los sistemas inalámbricos han experimentado un gran auge en
la primera década del S. XXI
• Facilitan: movilidad y acceso remoto
• Motor de cambios sociales: tele-trabajo, trabajo en movilidad
• A esto se une una reducción en los costes de fabricación de
tecnología inalámbrica (tanto en la microelectrónica como en el
desarrollo del software)
• Consecuencia: gran aceptación social de las tecnologías
inalámbricas

5. Contexto Socio-Económico
Fuente: CMT, Informe Tercer Trimestre 2010
http://www.cmt.es/cmt_ptl_ext/SelectOption.do?nav=publi_trimestrales&detalles=09002719
800aa7c8&hcomboAnio=2010&pagina=1

6. HSPA: Contexto Socio-Económico
Fuente: GSA Association
http://www.gsacom.com/downloads/pdf/WCDMA_wallchart_February_2011.php4
Desarrollo sostenido de implantación
HSPA, fundamentalmente sobre redes
UMTS pre-existentes
Introducción
Canal Radioeléctrico
Sistemas de
Comunicaciones
Radioeléctricos
Componentes de Sistemas
Radioeléctricos
Esquema del Curso

7. En esta presentación: nos interesa el entorno inalámbrico!

8. Enumeración de Sistemas Radioeléctricos
• Radioenlaces punto a punto, punto a multipunto
• Sistemas de Radiodifusión (AM/FM/TV/TDT)
• Sistemas de comunicaciones móviles (2G/3G/4G)
• Sistemas WLAN/WMAN
• Sistemas de grupo cerrado de usuarios
(TETRA/TETRAPOL)
• Sistemas de geolocalización (GPS/Glonass/Galileo)
• Sistemas RFID/NFS
• Redes de sensores

9. • Introducción
• Canal Radioeléctrico
• Sistemas de Comunicaciones Radioeléctricos
• Ejemplos de entornos inteligentes

10. Canal Radioeléctrico
• Medio físico: ondas radioeléctricas
• Características fundamentales: amplitud y frecuencia de
operación
• Las ondas EM interaccionan con el medio que las rodean:
• Efecto de la distancia
• Efecto del medio en el que se propaga
• Efecto de: reflexión, refracción y difracción
• Es un canal fácil de implantar, pero….
• Es voluble y hostil
Introducción
Canal Radioeléctrico
Sistemas de
Comunicaciones
Radioeléctricos
Componentes de Sistemas
Radioeléctricos
Esquema del Curso

11. Canal Radioeléctrico
http://en.wikipedia.org/wiki/File:EM_Spectrum_Properties_edit.svg

12. Canal Radioeléctrico
Pérdidas de propagación: son debidas a la distribución de
potencia en un frente de onda esférico
Conforme aumenta la frecuencia,
aumentan las pérdidas de propagación
en el espacio libre

13. Canal Radioeléctrico
Reflexión: es uno de los fenómenos que cobran mayor importancia en la
radiopropagación. Se rige por las ecuaciones de reflexión de Fresnel
Es muy importante
considerar las
variaciones con
la frecuencia!!
Introducción
Canal Radioeléctrico
Sistemas de
Comunicaciones
Radioeléctricos
Componentes de Sistemas
Radioeléctricos
Esquema del Curso

14. Canal Radioeléctrico
Difracción: se trata de la interacción entre una onda electromagnética y un
medio material que se encuentra en el camino de propagación
Depende de manera fundamental
de la geometría, de la frecuencia, de
la polarización y el material

15. Canal Radioeléctrico

16. • Introducción
• Canal Radioeléctrico
• Sistemas de Comunicaciones Radioeléctricos
• Ejemplos de entornos inteligentes

17. Radiodifusión
• Nacimiento del uso de los sistemas radioeléctricos
• Difusión de audio (AM, FM)
• Difusión de TV (blanco y negro, color)
• Posteriormente, implantación de sistemas digitales:
• DVB
• DAB
• Son sistemas de difusión y de carácter asimétricos
(inicialmente simplex, actualmente con cierto grado de
interacción en el canal de retorno

18. Radioenlaces
• Visión directa
• Frecuencias de operación: desde 1 GHz hasta 100 GHz
• Distancias de vanos de hasta 50 Km
• Capacidades hasta 155 Mbps (STM-1)
• Soporte de diversas topologías y grados de protección
• Evolución entre radioenlaces y WLAN: WMAN (WiMAX)

19. Radioenlaces

20. Sistemas de Comunicaciones Móviles
• Conocidas como PLMN (Public Land Mobile Network)
• Sistemas comerciales de primera generación nacen en los 80
(sistema NMT, TACS; en España, Moviline). Banda
450MHz/900MHz
• Posteriormente, nace la competencia con el sistema GSM
(segunda generación); digital extremo a extremo, sistema SS7
integrado. Banda frecuencial 900MHz/1800MHz
• Sistema UMTS, multiservicio digital; opera en banda de
2.1GHz. Se apoya en HSPA para datos de alta velocidad
• El futuro: LTE (Long Term Evolution); sistemas de cuarta
generación; primeros chipsets disponibles. Velocidades desde
100 Mbps a 1Gbps

21. BTS
A
Um
BSC
SGSN GGSN Internet
Gb Gn Gi
(PCU)
BG
CG
GGSN
SGSN
Gp
Ga
Gn
Nodo B
Iub
RNC MGW
Iucs
RNC
Iur
MSC
Server
Mc
SGSN
Iups
Uu
MGW
MSC
Server
Mc
Nb
Nc
UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network)
RAN (Radio Acces Network)
Red ATM
Red Novatel- DXX
Red IP
Red Ethernet
GPRS
Datos
MSC
Abis
Otras
MSCs
E
GSM (2G)
GPRS (2,5G)
UMTS
(3G, 3.5G)
Hdspa
Hsupa
DNS
HLR
Movilidad: Red
de Acceso
Radio

22. BTS
A
Um
BSC
SGSN GGSN Internet
Gb Gn Gi
(PCU)
BG
CG
GGSN
SGSN
Gp
Ga
Gn
Nodo B
Iub
RNC MGW
Iucs
RNC
Iur
MSC
Server
Mc
SGSN
Iups
Uu
MGW
MSC
Server
Mc
Nb
Nc
UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network)
RAN (Radio Acces Network)
GPRS
Datos
MSC
Abis
Otras
MSCs
E
GSM (2G)
GPRS (2,5G)
UMTS
(3G, 3.5G)
Hdspa
Hsupa
- Estación Base Radio:
BTS (2G) y nodo B (3G)
-Controladores Radio:
BSC (2G) y RNC (3G)
- Centrales de conmutacion:
MSC (2G) y MGW (2G/3G)
- Nodos de tráfico datos:
SGSN y GGSN.
Llamada voz
Llamada datos

23. eNB
MME / S-GW MME / S-GW
eNB
eNB
S1
S1
S1
S1
X2
X2
X2
E-UTRAN
HeNB HeNB
HeNB GW
S1 S1
S1
S1
HeNB
S1
S1
Las futuras redes de comunicaciones móviles

24. Sistemas de Geolocalización
• Tienen como objetivo la localización de objetos y personas a
nivel mundial
• Se basa en el análisis mediante triangulación de señales
multiplexadas en código por parte del receptor.
• Existen diversos sistemas en operación:
•GPS (herencia del sistema Loran-C y Navstar, DOD EEUU)
•Glonass: sistema soviético, con cobertura en la antigua
URSS
• Galileo: sistema de localización europeo, que integra
nuevos servicios (en fase de implantación)
• Las técnicas satelitales se pueden combinar con otros métodos
de localización: WLAN/RFID/LBS/Infrarrojos/Ultrasonidos

25. Geolocalización

26. Redes WLAN
 WLANs conectan localmente ordenadores (100m), aunque se
han hecho pruebas a varios km
 En España opera sobre banda ISM, lo que obliga a tener una
PIRE máxima de 30 dBm
 Es una red IP, basada en IEEE 802.11
 Acceso al canal es compartido (acceso aleatorio)
 Se provee servicio “best-effort”, sin garantía de velocidad
01011011
Internet
Access
Point
0101 1011

27. Redes WLAN

28. Redes WLAN
– 802.11a Capa física para las bandas de 5GHz, con velocidades entre 6
y 54 Mbps
– 802.11b Capa física para la banda de 2.4GHz (ISM), entre 5.5 y 11
Mbps
– 802.11c Suplemento para soportar puentes MAC
– 802.11d Especificación para operar en distintos dominios reguladores
– 802.11e Mejoras del QoS, Quality Of Service
– 802.11f Protocolo entre puntos de acceso
– 802.11g Nueva capa física para la banda de 2.4GHz (ISM)
– 802.11h Mejoras espectrales y de gestión del espectro en 802.11a
– 802.11i Mejoras de seguridad
– 802.11j Mejora para el funcionamiento de 802.11a en Japón
– 802.11k Gestión de los recursos radio
– 802.11m Correcciones técnicas y clarificaciones
– 802.11n Mejoras para alto throughput (AMC y MIMO)

29. Redes Sensores
Introducción
Canal Radioeléctrico
Sistemas de
Comunicaciones
Radioeléctricos
Componentes de Sistemas
Radioeléctricos
Esquema del Curso
• Basadas en sistemas inalámbricos, habitualmente dentro de
los estándares 802.15 (Bluetooth, ZigBee, UWB)
• Se caracterizan por:
• Posibilidad de interconexión de múltiples nodos
• Diferentes topologías de interconexión
• Consumo moderado o bajo
• Coste por unidad moderado
• Tasa de transferencia entre dispositivos baja (ZigBee 250
Kbps, Bluetooth 1Mbps, aunque en evolución)
• Los estándares de la familia 802 son integrables uno dentro de
otro
• Múltiples aplicaciones: hogar digital, sanidad, realidad
aumentada, etc..

30. Redes Sensores

31. Relaciones Cobertura/Capacidad
El parámetro que hace referencia a la relación señal a ruido de una
comunicación es la relación de energía de bit de información (no chip) a
densidad espectral de perturbación (ruido térmico+interferencia de otros
usuarios)
La relación Eb/No es el parámetro básico de calidad y viabilidad del enlace radio
ko
b
ext
kijitik
N
E
WNII
RAGP









 /][
/]/[
int
Señal deseada
Interferencia intracelular (interna)
Interferencia intercelular (externa)
Enlace ascendente
Enlace
descendente

32. Relaciones Cobertura/Capacidad
 Para K usuarios en una celda, con un factor de actividad
 y control de potencia perfecto:
 Utilizando el factor f para modelar la interferencia externa:
 Sustituyendo en la ecuación de enlace:
 La potencia recibida en la estación base por cada usuario
resulta ser:
)1(int  KPI r
int)1( IfIext 
r
p
r
r
o
b
PNfK
G
WNfKP
RP
N
E
/)1(/])1([
/





fKNEG
N
P
obp
r
)1()//( 

Pole-capacity f
NEG
K
obp

)//(
1max 
Señal deseada
Interferencia intracelular (interna)
Interferencia intercelular (externa)

33. -125
-120
-115
-110
-105
0 5 10 15 20
Número de usuarios
SensibilidadNodo-B(dBm)
VOZ
64Kbps
144Kbps
384Kbps
N=10 X=8.4%
N=20 X=17.7%
N=13 X=76.7%
N=3
X=65.3%
N=7 X=73.5%
Servicio VOZ 64Kbps 144Kbps 384Kbps
R (Kbps) 12,20 64,00 144,00 384,00
Gp 314,75 60,00 26,67 10,00
Eb/No uplink (dB) 6,1 3,8 3,1 3,1
Factor actividad 0,45 1 1 1
Pole capacity 108,31 16,63 9,16 4,06
chip rate (Mcps) 3,84
Factor ruido (dB) 5
f factor 1,6
PARAMETROS GENERALES
Conforme aumenta
la tasa binaria, se
degrada rápidamente
la sensibilidad
N: nº de usuarios
X: factor de carga
Relaciones Cobertura/Capacidad

34. Relaciones Cobertura/Capacidad
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1
Eb/No(dB)
Distance (Km)
Eb/No (user variation)
Eb/No (dB) (nº users = 1) Eb/No (dB) (nº users = 5)
Eb/No (dB) (nº users = 10)

35. Relaciones Cobertura/Capacidad

36. • Introducción
• Canal Radioeléctrico
• Sistemas de Comunicaciones Radioeléctricos
• Ejemplos de entornos inteligentes

37. • La interacción con el entorno se hará mediante redes inalámbricas de
manera intensiva
• Veamos ejemplos de la aplicación y efecto del canal radioeléctrico en los
mismos

38. Ejemplo: Luminarias

39. Ejemplo: Luminarias
P. Elejoste et al., “Easy to Deploy Street Light Control System based on Wireless Communication and Led Technology”,
Sensors, In Press

40. Measurement Points
0 5 10 15 20
Power(dBm)
-100
-90
-80
-70
Measurements
RL Simulation
Ejemplo: Luminarias
L. Azpilicueta et al., “Analysis of Topological Impact on Wireless Channel Performance on Intelligent Street Lighting
System”, Radioengineering, Under Review

41. Ejemplo: Luminarias
P. Elejoste et al., “Easy to Deploy Street Light Control System based on Wireless Communication and Led Technology”,
Sensors, In Press

42. Ejemplo: Redes Vehiculares
A.J. Bermejo et al., “Ontology based Road Traffic Management in emergency situations”, Ad-Hoc and Sensor Wireless
Networks, In Press

43. Ejemplo: Redes Vehiculares
A.J. Bermejo et al., “Ontology based Road Traffic Management in emergency situations”, Ad-Hoc and Sensor Wireless
Networks, In Press

44. Ejemplo: Redes Vehiculares
A.J. Bermejo et al., “Ontology based Road Traffic Management in emergency situations”, Ad-Hoc and Sensor Wireless
Networks, In Press

45. Ejemplo: Trenes
L. Azpilicueta., “Characterization and Impact of Wireless Propagation for Deployment of Wireless Sensor Networks in a
Railway Passenger Vehicle”, IEEE Transactions on Vehicular Technology, Under Review

46. Ejemplo: Trenes
L. Azpilicueta., “Characterization and Impact of Wireless Propagation for Deployment of Wireless Sensor Networks in a
Railway Passenger Vehicle”, IEEE Transactions on Vehicular Technology, Under Review

47. Ejemplo: Automatización en el Hogar
L. Azpilicueta., “Performance analysis of ieee 802.15.4 compliant wireless devices for heterogeneous indoor home
automation environments”, International Journal of Antennas and Propagation , 2012

48. Ejemplo: Salud
S. Led et al., “Analysis and Description of HOLTIN Service Provision for AECG monitoring in Complex Indoor
Environments”, Sensors, April 2013

49. Ejemplo: Salud
S. Led et al., “Analysis and Description of HOLTIN Service Provision for AECG monitoring in Complex Indoor
Environments”, Sensors, April 2013

50. Ejemplo: Fuentes Interferentes
P. López et al., “Impact of High Power Interference Sources in Planning and Deployment of Wireless Sensor Networks and
Devices in the 2.4 GHz Frequency Band in Heterogeneous Environments”, Sensors, November 2012

51. Ejemplo: Fuentes Interferentes
P. López et al., “Impact of High Power Interference Sources in Planning and Deployment of Wireless Sensor Networks and
Devices in the 2.4 GHz Frequency Band in Heterogeneous Environments”, Sensors, November 2012

52. Ejemplo: Fuentes Interferentes
P. López et al., “Impact of High Power Interference Sources in Planning and Deployment of Wireless Sensor Networks and
Devices in the 2.4 GHz Frequency Band in Heterogeneous Environments”, Sensors, November 2012

53. En Definitiva:
• Es necesario incrementar el grado de interacción entre el
entorno y los usuarios
• Los sistemas inalámbricos facilitan dicha interconexión,
pero…
• Hay multitud de sistemas que coexisten y generan
información dentro de este “ecosistema”
• Las características topológicas, morfológicas y del propio
tráfico influyen en las prestaciones de los sistemas
• Es necesario planificar adecuadamente dichos entornos
heterogéneos con el fin de optimizar su funcionamiento en
términos de prestaciones, consumo energético y coste
• Un reto apasionante!

54. Francisco Falcone
IEEE Computer Society eGovernment STC
Seminario sobre Open Government y Smart Cities
Departamento de Ingeniería Informática y Matemáticas de la Universidad Rovira i Virgili
Muchas gracias!