https://doi.org/10.37815/rte.v36n1.1178
ArtÃculos originales
Evaluación de Interferencias en Escenarios Urbanos Interiores en B=
andas
Inferiores a 6 GHz=
Interference Assessment in Indoor Urban Scenario in sub-6GHz bands
Eduardo
Chancay1 https://orcid.org/0000-0002-8102-1537,
Manuel
Montaño1 =
https://orcid.org/0000-0001-6816-04=
39, MarÃa Anto=
nieta
Alvarez1 https://orcid.org/0000-0002-4017-27=
18, Francisco
Novillo1 https://orcid.org/0000-0003-4278-28=
67
1Esc=
uela
Superior Politécnica del Litoral, Guay=
aquil,
Ecuador
edulchan@espol.edu.ec, mamontan@espol.edu.ec, aalvare@espol.edu.ec, fnovillo@espol.edu.ecÂ
Enviado:Â Â Â Â Â Â Â Â 2024/05/28<=
span
style=3D'font-size:10.0pt;font-family:"Segoe UI",sans-serif;mso-ansi-langua=
ge:
ES-MX'>
Aceptado:Â Â Â Â Â Â 2024/06/27
Publicado:
    2024/06/30
Resumen
En un mundo cada vez más interconectado, las b=
andas
de frecuencia no licenciadas de 2.4 y 5 GHz han sido fundamentales para el
desarrollo de aplicaciones inalámbricas como Wi-Fi (dispositivos IoT),
domótica, streaming de medios, entre otras. Sin embargo, en entornos urban=
os
altamente poblados, como la ciudad de Guayaquil-Ecuador, la administración
eficiente de estas franjas de espectro es un desafÃo crÃtico que permite =
el
desarrollo de ciudades inteligentes y sostenibles. La falta de estudios
exhaustivos sobre interferencias en estas bandas en ambientes interiores de=
nsos
hace que exista deterioro en la confiabilidad de las redes, limitando la
capacidad de utilizar esquemas de modulación (MCS) más elevados, esencial=
es
para aplicaciones que requieren mayores velocidades de conexión. Este estu=
dio
se enfoca en la recolección precisa de mediciones del espectro radioeléct=
rico
en el centro de la ciudad de Guayaquil, especÃficamente en las bandas de 2=
.4 y
5 GHz, con el propósito de evaluar los niveles de interferencia y la
disponibilidad de canales en estos entornos urbanos densamente poblados. Los
resultados revelan una saturación más acentuada en la banda de 2.4 GHz,
subrayando la urgente necesidad de una gestión más efectiva del espectro =
en
áreas urbanas densamente pobladas para garantizar una conectividad sólida=
.
=
Palabras clav=
e: Modelado de interferencias, detección de
espectro, banda sin licencia, ciudades inteligentes, capacidad del canal.
Sumario: Introducción,
Materiales y Métodos, Resultados y Discusión y Conclusiones. Como citar=
: Chancay,
E., Montaño, M., Alvarez, M. A. & Novillo, F. (2024). Evaluación=
de
Interferencias en Escenarios Urbanos Interiores en Bandas Inferiores a=
6
GHz. Revista Tecnológica - Espol, 36(1), 44-56. https://rte.espol.edu.ec/index.php/tecnologica/article/view/1178=
Abstract
In an increasingly interconnec=
ted
world, the unlicensed 2.4 and 5 GHz frequency bands have been essential for
developing wireless applications such as Wi-Fi (IoT devices), home automati=
on,
and media streaming, among others. However, in highly populated urban
environments, such as Guayaquil,Ecuador, the efficient administration of th=
ese
spectrum swaths is a critical challenge that allows the development of smart
and sustainable cities. The lack of comprehensive studies on interference in
these bands in dense indoor environments causes a deterioration in network
reliability, limiting the ability to use higher modulation schemes (MCS) wh=
ich
are essential for applications that require higher connection speeds. This
study focuses on the precise collection of radio spectrum measurements in
Guayaquil, specifically in the 2.4 and 5 GHz bands, to evaluate interference
levels and channel availability in these densely urban environments. The
results reveal more pronounced saturation in the 2.4 GHz band, underscoring=
the
urgent need for more effective spectrum management in densely populated urb=
an
areas to ensure robust connectivity.
Introducción
En una sociedad moderna donde el ac= ceso a la red inalámbrica móvil es un recurso de uso cotidiano, ha provocado la congestión en el acceso al espectro radioeléctrico, siendo este un recurs= o que permite la conectividad en gran parte de las actividades del dÃa a dÃa. En particular, las bandas de frecuencia de 2.4 GHz y 5 GHz desempeñan un papel crucial en la transmisión de datos, respaldando una amplia variedad de servicios esenciales. Estas incluyen las redes Wi-Fi tradicionales, la comunicación con vehÃculos no tripulados (UAV) (Zang et al., 2022), redes= de sensores industriales (Wang et al., 2023; OBrien et al., 2023), y la realid= ad extendida (XR) (Lopez-Perez et al., 2019). Sin embargo, en entornos urbanos densamente poblados, con proyecciones de crecimiento alto como la ciudad de Guayaquil-Ecuador, la gestión eficaz de estas bandas de espectro se convie= rte en un desafÃo que cobra más importancia en la actualidad.
El acceso a internet en la ciudad de Guayaquil se da mayormente por medios inalámbricos, como lo reflejan los d= atos estadÃsticos de la Agencia de Regulación y Control de las Telecomunicacio= nes, donde un 62.35% de cuentas Internet por cada 100 habitantes, utilizan medios móviles (ARCOTEL, 2024), debido a este rápido crecimiento de la demanda de acceso a internet móvil, las ciudades enfrentan una presión creciente par= a la mejora en la infraestructura de telecomunicación. La proliferación de dispositivos conectados y aplicaciones que requieren de una red densa que permita una alta capacidad y baja latencia, como los servicios de realidad aumentada (AR) y virtual (VR), está llevando las bandas de 2.4 y 5 GHz a s= us lÃmites. Esto ha generado una necesidad urgente de explorar nuevas solucio= nes y tecnologÃas que puedan ofrecer un rendimiento superior y una mejor gestió= n del espectro.
Existen varias investigaciones que = analizan las interferencias en diferentes entornos, el trabajo de (Chounos et al., 2= 022) se centra en la predicción de niveles de interferencia en redes basadas en= el estándar IEEE 802.11, subrayando la importancia de comprender y gestionar = la interferencia en redes inalámbricas. Este estudio respalda la necesidad de medir y evaluar las interferencias en entornos urbanos densos para asegurar= la eficiencia y confiabilidad de las redes. Los trabajos de Su et al., 2023; W= ang et al., 2023 analizan estadÃsticas de interferencia en bandas con y sin licen= cia, resaltando la relevancia de medir la interferencia en diferentes bandas y contextos. Estos estudios están en sintonÃa con la presente investigación enfocada en las bandas de 2.4 y 5 GHz. Además, Hou et al., 2021 utiliza mediciones del espectro para estudiar la duración de estados ocupados e inactivos, proporcionando perspectivas valiosas sobre cómo las interferenc= ias afectan la conectividad en redes inalámbricas. Por último, el trabajo de = Shiba et al., 2022 presenta un monitor de espectro compacto para IoT inalámbrico, subrayando la importancia de contar con herramientas de medición adecuadas= en diversos entornos inalámbricos. En conjunto, estos trabajos relacionados respaldan y contextualizan la investigación en la creciente demanda de conectividad en diferentes entornos, como los urbanos densos.
En esta investigación se evalúa e= l estado de la red inalámbrica basada en el estándar IEEE 802.11ac. Para ello, se recopilaron mediciones exhaustivas del espectro radioeléctrico en ambientes interiores de zonas urbanas densas, lo que permite comprender en detalle el comportamiento de las interferencias presentes en las bandas de 2.4 y 5 GHz. Estas mediciones no solo proporcionan una comprensión detallada de las condiciones actuales de la red, sino que también sirven como base para fut= uras investigaciones y desarrollos tecnológicos en algoritmos de predicción que minimicen el censado del espectro. De tal manera que los dispositivos optim= icen el acceso a la red y se disminuya el consumo de energÃa en dispositivos móviles, y a su vez se pueda garantizar la conectividad y una baja latenci= a en entornos urbanos densos que contribuye a la mejora de la capacidad y el acc= eso a las redes inalámbricas en escenarios futuros. Un entorno urbano denso es= un área con alta concentración de usuarios y dispositivos, mayor interferenc= ia, y desafÃos significativos para mantener una cobertura y calidad de servicio óptimas debido a la complejidad del entorno fÃsico y la alta demanda de capacidad de red. Kamel et al., 2= 016 define el entorno urbano denso cuando el número de puntos de acceso es may= or que el número de usuarios activos.
El despliegue de Wi-Fi 7, también = conocido como IEEE 802.11be, presenta una solución innovadora para estos problemas. Wi-Fi 7 introduce caracterÃsticas avanzadas como la operación en la banda= de 6 GHz, ofrece grandes tasas de datos que pueden llegar a alcanzar los 30 Gbps, entre otras caracterÃsticas avanzadas como la conexión multiusuario (MU-M= IMO) por medio de técnicas beamforming, mayor ancho de banda por canal, y técn= icas de modulación más eficientes (ANRITSU, 2022). Estas mejoras no solo aumen= tan la velocidad y capacidad de la red, sino que también reducen la interferencia= con otros dispositivos, facilitando una conectividad más estable y robusta en entornos urbanos saturados. En este estudio, no se analizan las caracterÃs= ticas técnicas de Wi-Fi 7 dado que en Ecuador la banda de 6 GHz esta designada p= ara sistemas de red fija por satélite acorde al plan nacional de frecuencias, = pero se estudia la disponibilidad del espectro que ya se ha asignado en otras pa= rtes del mundo (ARCOTEL, 2021).
A medida que las ciudades como Guay= aquil continúan creciendo y evolucionando hacia entornos más inteligentes y conectados, es esencial que las infraestructuras de comunicación se manten= gan a la par. Las tecnologÃas emergentes, como Wi-Fi 7, ofrecen un camino promet= edor para superar los desafÃos actuales y futuros, asegurando que las redes inalámbricas puedan soportar las demandas de una sociedad digital en const= ante expansión. La investigación y el desarrollo continuos en este campo son cruciales para proporcionar soluciones sostenibles y eficientes.
El artÃculo está organizado como = sigue. Sección 2 presenta en detalle el lugar y franja horaria de medición, el m= ontaje de las antenas, y configuración del equipo analizador espectral. En la Sec= ción 3 se procesa la data y se modela estadÃsticamente la interferencia para las bandas y sus canales. Finalmente, con el modelo de la relación señal-ruid= o de interferencia, se concluye acerca del estado de la red en la Sección 4.
Materiales y Métodos
<=
span
lang=3DES style=3D'mso-ansi-language:ES'>Para llevar a cabo la campaña de =
medición,
se seleccionó un departamento en el segundo piso de un edificio situado en=
el
centro de la ciudad de Guayaquil, Ecuador. Esta área urbana se caracteriza=
por
edificios altos y las estructuras densamente agrupadas, también por una al=
ta
densidad de puntos de acceso inalámbricos, tanto públicos, provistos por =
el
Municipio de Guayaquil, como privados, pertenecientes a comercios y
residencias. Los puntos de acceso distribuidos en la zona de medición oper=
an en
las bandas de 2.4 y 5 GHz, proporcionando acceso a internet. La elección de
este entorno permite analizar el caso de mayor congestión por condiciones =
de
tráfico e interferencia en redes inalámbricas en un contexto urbano denso=
, como
se muestra en la Figura 1. La gran mayorÃa de estos puntos=
de
acceso operan bajo el estándar IEEE 802.11ac, que permiten el acceso a la =
banda
de 2.4 o 5 GHz de manera no concurrente, acorde a las caracterÃsticas
especificadas por el fabricante para el modelo de los equipos que se detect=
an
operativos durante la medición, tanto al interior como en el exterior del
edificio.
Figura 1=
Mapa del sitio de medición
Â
Nota: Los puntos =
rojos
indican la ubicación de los diferentes puntos de acceso que actúan como
interferencia en el receptor. Para más información:
https://www.telconet.net/holdingtelconet/wifi
Para la medición se utilizó un e=
quipo
analizador espectral ANRITSU modelo MS2713E, al que se le conectó una ante=
na
SIRIO 3000 con una ganancia de 0 dB para realizar mediciones en la banda de=
2.4
GHz, y una antena ALTELIX AU5G13M2 con una ganancia de 2.5 dBi para las
mediciones en la banda de 5 GHz. Ambas antenas se conectaron al analizador
espectral a través de un cable coaxial con una pérdida promedio de 3dB/10=
0 m.,
asegurando la precisión en la captura de datos (ver Figura 2). Estos equipos se dispusieron en=
un
trÃpode cerca de la ventana de uno de los departamentos seleccionados para=
la
medición, permitiendo una buena recepción de las señales y minimizando p=
osibles
obstrucciones.
Figura 2=
Configuración del equipo de medición en el edificio
Nota: Configuraci=
ón de
las conexiones las antenas con el equipo analizador espectral. La antena SI=
RIO
3000 es utilizada para realizar las mediciones en la banda de 2.4 GHz, y la
antena ALTELIX AU5G13M2 para las mediciones en la banda de 5 GHz.
Se estableció un nivel de referencia a -30 =
dBm
para poder observar las ráfagas de información en la banda de medición c=
on
claridad. Esta configuración fue crucial para detectar señales débiles y
asegurar la captura de todas las transmisiones relevantes en las bandas de =
2.4
GHz y 5 GHz. Además, se calibró el nivel de corriente continua (DC) del
dispositivo, que permite una operación estable y precisa del equipo. La
resolución de ancho de banda (RBW) se ajustó a 300 KHz, lo que permite ob=
tener
más muestras por barrido y, en consecuencia, observar el tráfico de alta
velocidad con mayor detalle. Esta configuración especÃfica facilitó la
detección de todas las ráfagas de subida y bajada de la red, capturando t=
anto
las señales de transmisión como las de recepción, como se describe en de=
talle
en la Tabla 1.
Parámetro de configuración del = equipo de medición
|
|
|
Valor |
|
Frecuencia=
de
inicio 2.4 GHz |
|
2401 MHz |
|
Frecuencia de parada 2.4 GHz |
|
2473 MHz |
|
Frecuencia=
de
inicio 5 GHz |
|
5000 MHz |
|
Frecuencia=
de
parada 5 GHz |
|
6000 MHz |
|
Ancho de b=
anda IF |
|
300 kHz |
|
Resolución del =
ancho de
banda |
RBW |
300 kHz |
|
Ancho de banda d=
e video |
VBW |
300 kHz |
|
Altura Tx/=
Rx |
|
1.6 m |
|
Nivel de
referencia |
|
-30 dBm |
<= o:p>
Durante=
un mes se
realizó la campaña de medición en la banda de 2.4 GHz y 5 GHz, se tomaron
mediciones desde de 0:00 hasta las 23:59 en el centro de Guayaquil, con est=
as
mediciones se determinó que las horas de mayor tráfico se encontraban ent=
re las
12:00 – 13:00 en el dÃa y entre las 19:00 – 23:00 en la noche. Debido a limitaciones técnicas, se op=
tó por
medir el nivel de potencia durante una de las franjas horarias de mayor trÃ=
¡fico
en la red, comprendido entre las 12:00 a 13:00 horas. Con lo que se pretende
modelar el peor escenario de interferencia, se destinaron 30 min. para la
recolección en la banda de 2.4 GHz y otros 30 min. en la banda de 5 GHz. P=
ara
ambos casos, la frecuencia de muestreo es fs =3D 4200
muestras/s., durante una semana.
Para las
mediciones realizadas en la banda Wi-Fi de 2.4 GHz, se consideró su operac=
ión
desde 2.412 MHz (canal 1) hasta 2.472 MHz (canal 13). Lo que implica tener =
un
canal cada 5 MHz, distribuidos en aproximadamente 70 MHz asignados por
regulación del espectro, debido a esto existe solapamiento entre los
canales. Otra consideración que =
se debe
tener presente es el hecho de que se puede hacer uso de anchos de canal ent=
re
20 MHz o 40 MHz, como se ve en la Tabla 2, un solo usuario VR avanzado requ=
iere de
una tasa de datos de 400 Mbps y una latencia de 20 ms para garantizar la bu=
ena
experimente de los usuarios. Por esta razón, se optó analizar únicamente=
los
canales no solapados con anchos de 20 MHz (1, 6, 11) y un canal de 40 MHz (=
Figura 3).
Figura =
3=
Distribución de los canales para= la banda de 2.4 GHz en el estándar IEEE 802.11ac
Nota: DistribuciÃ=
³n de los
canales no solapados en la banda de 2.4 GHz, con anchos de 20 MHz (1, 6, 11=
) y
canal de 40 MHz.
En cuan=
to a la
banda de 5 GHz, hay 21 canales de 20 MHz que no se encuentran solapados, a
diferencia de lo que sucede en la banda de 2.4 GHz, lo que disminuye la
interferencia entre canales adyacentes. Esta disposición de canales permit=
e una
mayor eficiencia y menor interferencia en la transmisión de datos. Además=
, esta
banda ofrece la posibilidad de utilizar canales extendidos con anchos de ba=
nda
de 40 MHz, 80 MHz y hasta 160 MHz (Figura 4). Al emplear estos canales más a=
mplios,
la diferencia en el rendimiento es notable. Usando el doble o hasta cuatro
veces el ancho de banda estándar, se logra hasta una mejora del 50% en la =
tasa
de datos percibida. Esta capacidad de transmisión aumentada es particularm=
ente
beneficiosa para aplicaciones que requieren altas velocidades de datos, com=
o la
transmisión de video en alta definición y el gaming en lÃnea.
Tabla 2=
Requerimientos de ancho de banda y latencia para sistemas VR (Wong et al., 2022)
|
Realidad Virtual |
Resolución |
Resolución equivalente de TV |
Ancho de banda |
Latencia |
|
VR Inicial |
1K x 1K @ visual field 2D_30fps_8bit_4K |
240p |
25 Mbps |
40 ms |
|
VR
Estable |
2K x 2=
K @
visual field 2D_30fps_8bit_8K |
SD |
100 Mbps |
30 ms |
|
VR Avanzado |
4K x 4K @ visual field 2D_60fps_10bit_12K |
HD |
400 Mbps |
20 ms |
|
VR Futuro |
8K x 8K @ visual field 3D_120fps_12bit_24K |
4K |
2.35 Gbps |
10 ms |
Sin emb=
argo, una
de las desventajas de la banda de 5 GHz es que presenta áreas de cobertura=
más
pequeñas en comparación con la banda de 2.4 GHz. Esto se debe a la mayor
atenuación por propagación en la frecuencia de operación de la banda, lo=
que
implica que las señales se debilitan más rápidamente con la distancia. C=
omo
resultado, los dispositivos que operan en esta banda pueden necesitar más
puntos de acceso para cubrir la misma área que cubrirÃa un solo punto de =
acceso
en la banda de 2.4 GHz. Esta limitación debe ser considerada al planificar=
y
desplegar redes inalámbricas, especialmente en entornos grandes o con múl=
tiples
obstáculos fÃsicos.
Figura =
4=
Distribución de los canales para= la banda de 5 GHz en el estándar IEEE 802.11ac
Nota: Distribución de los canales extendidos en la b= anda de 5 GHz, con anchos de banda de 40 MHz, 80 MHz, y hasta 160 MHz.
Resultados y Dis= cusión
Para el análisis de los resultados, se proc=
esaron
los datos para cada banda aplicando las asignaciones de canales conforme al
estándar IEEE 802.11ac en 2.4 GHz y 5 GHz, para los diferentes anchos de c=
anal
(20, 40, 80 y 160 MHz) disponibles en la banda. La medición de la banda se
realizó de forma concurrente con un analizador de espectro (como se detall=
a en
la Sección Materiales y Métodos) y, posteriormente, se procedió al
procesamiento de los datos para los diferentes anchos de canal.
Dado que la variable de interferencia es ale=
atoria
se hace uso de la distribución Kernel (no paramétrica) de la función de
densidad de probabilidad (PDF) de una variable aleatoria para poder describ=
ir
adecuadamente los datos y evitar realizar suposiciones acerca de su
distribución.
La distribución Kernel se define mediante u=
na
función de suavizado y un valor de ancho de banda, que controlan la suavid=
ad de
la curva de densidad resultante (Bowman,
1997). El estimador de densidad del Kernel es la función de probabilidad
estimada de una variable aleatoria. Para cualquier valor real de x, =
la
fórmula del está dada por:
Donde
Donde
Para determinar el comportamiento de uso de =
la
banda de 2.4 GHz en un periodo de 24 horas, se realizó mediciones del trá=
fico
de la red. En la Figura 5<=
/span>
se observa que el mayor congestionamiento sucede en la mañana y el pico mÃ=
¡ximo
se encuentra situado entre las 12h00 y 13h00 del dÃa en cuestión. Con este
valor obtenido se puede decir que la banda tiene un nivel de interferencia =
de
-80 dBm mayormente concentrado en el canal 1.
Figura 5=
Espectro del promedio de interferencia por horas
(a)&=
nbsp;
                        =
                                     Â=
              (b)
Nota: Medición del tráfico de la red por hora en la=
banda
de (a) 2.4 GHz y (b) 5GHz.
Para comprobar que la red de corto alcance o=
pere
de tal forma que el usuario no experimente desconexiones o una alta latenci=
a en
el enlace fÃsico se modela la interferencia haciendo uso del Kernel en la =
ec.
(1), donde se puede observar los niveles de interferencias presentes en las
bandas y la congestión que tienen los canales. Para modelar la relación s=
eñal a
interferencia más ruido (SINR), se debe calcular la potencia que captarÃa=
el
dispositivo a una distancia D dentro de un ambiente interior para el caso de
lÃnea de vista (LOS) (ec. (4)), y para el caso de que no haya lÃnea de vi=
sta
(NLOS) (ec. (6)), para ello se hacer uso del modelo 3GPP (Merias, 2022) que co=
nsidera
una propagación con consideraciones tridimensionales y los parámetros de
distribución para ambiente interiores:
      =
    Â
Donde PLLOS denota la pérdida de
trayectoria en la lÃnea de vista de comunicación directa entre el transmi=
sor y
el receptor, d3D representa la distancia tridimensional (en metr=
os)
entre el transmisor y el receptor de 1 a 150 m., fc es la frecue=
ncia
portadora del equipo transmisor (AP) con un valor de 20 dBm, PLNLOS
representa la pérdida de trayectoria sin lÃnea de vista debido a obstácu=
los en
ambientes interiores. El presupuesto del enlace se calcula como se muestra =
en
la ec. (7) para determinar la potencia que recibirÃa el dispositivo (P
PAP es la potencia de transmisió=
n del
AP, GTx y GRx son la ganancia de transmisión del AP =
y la
ganancia de recepción del dispositivo receptor, respectivamente, y PL=
indoor
puede ser la pérdida de ruta definida en (4) y (6).
Teniendo en cuenta los niveles de interferen=
cia
modelados, y de esta forma haciendo uso de una distribución normal para la
potencia que genera el AP, se puede comparar con la distribución de la
interferencia y obtener una distribución aproximada del SINR (ec. <=
/span>(8)), que se modela:
N es el ruido del
ambiente, n son las muestras tomadas en la campaña de medición,
Tabla 3=
Tasa de datos por nivel de modulación para el estándar IEEE = 802.11ac (WirelessLAN, P., 2023)
|
MCS |
Modulación |
Codificación |
20 MHz |
40 MHz (Mbps) |
80MHz (Mbps) |
160 MHz (Mbps) |
||||
|
Rate
(Mbps) |
SNR
(dB) |
Rate
(Mbps) |
SNR
(dB) |
Rate
(Mbps) |
SNR
(dB) |
Rate
(Mbps) |
SNR
(dB) |
|||
|
0 |
BPSK |
1/2 |
7.2 |
2 |
15 |
5 |
32.5 |
8 |
65 |
11 |
|
1 |
QPSK |
1/2 |
14.4 |
5 |
30 |
88 |
65 |
11 |
130 |
14 |
|
2 |
QPSK |
3/4 |
21.7 |
9 |
45 |
12 |
97.5 |
15 |
195 |
18 |
|
3 |
16-QAM |
1/2 |
28.9 |
11 |
60 |
14 |
130 |
17 |
260 |
20 |
|
4 |
16-QAM |
3/4 |
43.3 |
15 |
90 |
18 |
195 |
21 |
390 |
24 |
|
5 |
64-QAM |
2/3 |
57.8 |
18 |
120 |
21 |
260 |
24 |
520 |
27 |
|
6 |
64-QAM |
3/4 |
65 |
20 |
135 |
23 |
292.2 |
26 |
585 |
29 |
|
7 |
64-QAM |
5/6 |
72.2 |
25 |
150 |
28 |
325 |
31 |
650 |
34 |
|
8 |
256-QAM |
3/4 |
86.7 |
29 |
180 |
32 |
390 |
35 |
780 |
38 |
|
9 |
256-QAM |
5/6 |
NA |
31 |
200 |
34 |
433 |
37 |
866.7 |
40 |
Resultado de las mediciones en 2.4 GHz
En las mediciones realizadas durante el l=
apso
de una semana (lunes a viernes), en las horas de mayor tráfico comprendida
entre las 12h00 – 13h00 del dÃa en cuestión, se realizó la captura y
modelamiento de la red para toda la banda de 2.4 GHz. En la <=
!--[if supportFields]>Â REF _Ref170406315 \h Figura 6<=
/span> se
muestra la función de distribuciones acumulada (CDF) para la banda de 2.4 =
GHz,
para dos anchos de canal: i) 20 MHz distribuidos desde el canal 1 hasta el =
11
(2401 - 2473 MHz), que son los canales disponibles para América Latina; y =
ii)
canales extendidos de 40 MHz. Contrario a lo que se puede apreciar en el
estudio del espectro por horas, temporalmente la CDF demuestra que los cana=
les
6 y 11 tiene menos disponibilidad, donde los niveles de relación señal
interferencia se encuentran cerca de 10 dB, con un canal de 40 MHz la máxi=
ma
tasa de datos ofrecida es de 45 Mbps, con una probabilidad de ocurrencia del
50%. Son niveles significativos que degradan la calidad del enlace y reducen
las tasas de datos. Para el canal 1 se puede aprecia que la banda se encuen=
tra
con niveles alrededor de los 20 dB, con lo cual se alcanzarÃan tasas de da=
tos
de 120 Mbps, que son niveles más manejables para el sistema sin compromete=
r la
experiencia del usuario esperada.
Para el caso de canales extendidos de 40 =
MHz,
se muestra un nivel de relación señal interferencia alrededor de 10 dB pa=
ra una
probabilidad del 40%. Esto limita el canal en los niveles de modulación que
puede ofrecer el enlace, lo que presenta que en la banda de 2.4 GHz es muy
limitado en capacidad de canal y tasa de datos, por lo que no es una elecci=
ón
para sistema de nueva generación que requieran altas velocidades de
transmisión, donde los requerimientos superan los 2 Gbps, para los sistema=
s de
realidad aumenta AR/VR (ver Tabla 2) que
están tomando relevancia, no solo en la industria de los video juegos, sino
también en aplicaciones relacionadas con la quinta revolución industrial =
Figura 6=
Distribución de probabilidad acumulada del SINR en la banda 2.4 GHz
Nota: Función de distri= bución acumulada del SINR en la banda de 2.4 GHz para los anchos de canal de 20 MHz distribuidos desde el canal 1 hasta el 11, y canales extendidos de 40 MHz.<= o:p>
Resultados de las mediciones en 5 GHz
En el caso de la banda de 5 GHz, a diferenci=
a de
la banda de 2.4 GHz, los canales de 20 MHz no se superponen y se dividen en
tres bandas denominadas como Unlicensed National Information Infrastructure
UNII-(1,2,3) (ver Figura 4<=
/span>).
Para los canales de 20 y 40 MHz la disponibilidad está sometida a alto niv=
eles
de interferencia superiores a los -50 dBm. Es por
ello, que analizaremos los canales de 80 MHz y 160 MHz (Figura 7), que
al tener más disponibilidad de espectro el efecto de la interferencia se
distribuye en todo el ancho de banda.
Para el caso de los canales con ancho de =
banda
de 80 y 160 MHz, se muestra un nivel de relación señal interferencia de 1=
0 dB
con lo que un canal de 160MHz podrÃa alcanzar una tasa de datos de 65 Mbps=
, con
una probabilidad acumulada del 60%, lo que ocasiona un aumento en la latenc=
ia
del sistema debido a la colisión de los usuarios por los tienes de acceso =
más
cortos que provoca que no puedan acceder al canal, en consecuencia, la cali=
dad
de servicio que se experimenta en la banda no satisface a los requerimiento=
s de
los usuarios modernos. Entre los cuales se puede ejemplificar el video en a=
lta
definición, streaming, y juegos en lÃnea, que generan una demanda crecien=
te de
ancho de banda. Esto lleva a una mayor utilización de los canales más amp=
lios,
como los son de 80 y 160 MHz, con el fin de satisfacer estas necesidades de
rendimiento, aunque es mÃnimo debido a los altos niveles de interferencia.=
Esto evidencia que, en áreas urbanas den=
samente
pobladas, como lo es el centro de la ciudad de Guayaquil, la densidad de re=
des
Wi-Fi es significativamente alta. La falta de canales disponibles lleva a q=
ue
múltiples redes compartan los mismos canales, dando lugar a una competenci=
a por
el espectro de frecuencia y, como resultado, a una interferencia co-canal.<=
span
style=3D'mso-spacerun:yes'> En última instancia, la saturación d=
e los
canales se traduce en latencia elevada y conexiones inestables. Los usuarios
pueden experimentar conexiones más lentas y dificultades para mantener una
comunicación con su propio AP.
Figura 7=
Distribución de probabilidad acumulada del SINR en la banda 5 GHz
Nota: Función de distri=
bución
acumulada del SINR en la banda de 5 GHz para diferentes canales con ancho de
banda de 80 y 160 MHz.
Los resultados=
obtenidos
a partir de las mediciones realizadas en las bandas de 2.4 y 5 GHz indican =
una
marcada diferencia en cuanto a la disponibilidad de canales y la congestió=
n del
espectro que no se podrÃa extrapolar a escenarios fuera de Guayaquil dada =
la
escasa cantidad de puntos de medición ejecutados. La banda de 2.4 GHz pres=
enta
un alto tráfico debido a que muchos dispositivos activos no disponen de
receptores para la banda de 5 GHz. Esta banda, a menudo saturada, es utiliz=
ada
por dispositivos de baja a media capacidad, como cámaras de seguridad, rou=
ters
domésticos, y electrodomésticos inteligentes. Además, los dispositivos q=
ue
utilizan esta banda suelen emplearse en aplicaciones de alta velocidad, com=
o el
Cloud Gaming y la transmisión de video en alta resolución, lo cual increm=
enta
aún más la congestión y reduce la tasa de datos a una velocidad de 120Mb=
ps,
debido a los niveles de interferencia.
Por otro lado,=
como se
vio en la Figura 7, la banda de 5 GHz muestra una congestión notable en to=
dos
sus canales, lo cual puede atribuirse a la creciente demanda de dispositivos
que soportan el estándar IEEE 802.11ac. Esta banda es crucial para aplicac=
iones
que requieren un alto ancho de banda y menor latencia, como videoconferenci=
as
en alta definición, streaming 4K, y entornos de trabajo colaborativo en lÃ=
nea
dado que en condiciones ideales no podrÃa ofrecer un enlace de 866.7 Mbps,=
pero
debido a la alta interferencia solo se puede aprovechar una mÃnima tasa de
datos de 65 Mbps. A medida que más dispositivos adopten el estándar 802.1=
1ac,
la necesidad del uso de nuevas tecnologÃas como el IEEE 802.11ax (Wi-Fi 6)=
, se
espera que esta banda enfrente una mayor demanda, lo que da paso al desarro=
llo
de algoritmos de radio cognitiva que aprovechen mejor el uso del espectro p=
ara
evitar futuros problemas de congestión a través de una gestión dinámica=
del
espectro.
Uno de los asp=
ectos
más relevantes a futuro de esta investigación es su potencial impacto en =
la
viabilidad de servicios AR/VR en entornos interiores, dado que estos sistem=
as
estarán presentes en aplicaciones industriales, vehiculares y de ocio como=
una
herramienta para la expansión a las limitaciones fÃsicas que tienen las
pantallas. Con los datos recopilados, se podrá modelar la capacidad del ca=
nal y
determinar si es factible ofrecer servicios de calidad bajo estas condicion=
es.
La realidad aumentada y virtual requiere una conexión de alta velocidad y =
baja
latencia para proporcionar una experiencia de usuario satisfactoria. Este
modelamiento permitirá estimar los requisitos necesarios para brindar un
servicio AR/VR confiable y sentará las bases para futuras investigaciones =
en
este campo. Además, se podrán desarrollar estrategias de minimización de
interferencias por medio de modelos de Machine Learning que permita predeci=
r la
disponibilidad de los canales sin tener que censarlos previamente, de tal
manera que se asegure la calidad de los servicios AR/VR en entornos urbanos
densos, marcando un avance significativo hacia la conectividad del futuro.<=
/span>
Reconocimientos
Los autores agradecen a la Escuela = Superior Politécnica del Litoral y al Departamento de Investigación por el apoyo a través del proyecto de investigación denominado " Análisis de los n= iveles de ruido e interferencia en la banda ISM y evaluación de desempeño para sistemas de telecomunicaciones de corto y largo alcance, en zonas rurales y urbanas para la aplicabilidad de la banda no licenciada de 6GHz en Ecuadorâ= €.
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Interiores en Bandas Inferiores a 6 GHz