ES2363149A1 - Estación remota, sistema y método de monitorización de campo electromagnético ambiental en tiempo real. - Google Patents
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Abstract
Estación remota compacta y fija, de control y monitorización permanente en banda ancha del campo electromagnético en entorno urbano, en tiempo real y controlada desde un centro de control remoto a través de Intranet/Internet. Está formada por cuatro subsistemas; los dos primeros permiten el registro y la captación de la señal en valores reales, en todas las bandas de frecuencia admitidas, en un rango entre 100 MHz y 6 GHz, para cada instante de tiempo, así como el registro y pre-procesado de las mismas. El tercer subsistema se encarga del almacenamiento y del procesamiento de la información, para posterior reenvío al centro de control remoto. El último subsistema está constituido por un centro de control y almacenamiento remoto que permitirá el procesamiento de la información para la presentación de los resultados en el formato adecuado.
Description
Estación remota, sistema y método de
monitorización de campo electromagnético ambiental en tiempo
real.
\global\parskip0.900000\baselineskip
La presente invención se refiere a un equipo y
un método para la medición de los niveles de radiación
electromagnética y su caracterización frecuencial a través de una
red de estaciones fijas de monitorización en banda ancha (100
MHz-6 GHz).
El constante desarrollo de las nuevas
tecnologías y de la sociedad de la comunicación está provocando un
aumento considerable tanto en el número de estaciones emisoras, como
en el nivel de potencia de las emisiones radioeléctricas. Estos
aumentos se dan tanto en banda licenciada como en banda libre, donde
es aún más difícil controlar de manera exhaustiva los niveles de
potencia a los que se transmite.
De manera adicional, el desconocimiento de las
características y ubicación de las estaciones radioeléctricas,
debido a que no siempre se dispone de los mapas de localización de
los emplazamientos, es un impedimento extra que hace muy complicado
un conocimiento real de las variaciones de los niveles de campo en
entornos urbanos.
Por todas estas razones, se hace necesario un
control más riguroso de las emisiones radioeléctricas, y de la
ubicación de las estaciones, siendo las entidades municipales las
responsables de que dicho control se lleve a cabo de manera
correcta, útil y real. Las estaciones emisoras tienen contratada una
potencia (por debajo del umbral de seguridad), por lo que deben
emitir cumpliendo estos límites; sin embargo, hay ocasiones en que
se supera este umbral, emitiendo a una potencia mayor de manera
puntual. Estas emisiones de pico quedan enmascaradas, puesto que la
normativa exige que el promedio temporal de medida (6 minutos) se
mantenga por debajo de unos umbrales, por lo que, emisiones que
pueden superar con creces los límites, si son cortas en el tiempo,
pasan desapercibidas para los sistemas de monitorización actual.
Concretamente, según el Art. 8 7d del Real
Decreto 1066/2001 de la legislación española, la normativa actual
exige que las emisiones se mantengan por debajo de unos umbrales que
se establecen a priori, siendo las medidas recogidas
promediadas durante periodos de seis minutos.
Como ya se ha comentado, este tipo de medida no
es suficiente para poder valorar objetivamente que se cumplan los
límites de exposición en todo momento, ni para estimar la
interacción de los campos electromagnéticos sobre un área de la
población, puesto que los picos de intensidad se ven enmascarados
por el promediado temporal de la señal. De tal manera que una
emisión puntual durante un periodo corto de tiempo, que supere el
umbral exigido, pasa desapercibida al realizar el promediado
temporal de los niveles de intensidad en seis minutos si el resto
tiene abundantes valles de señal.
Los sistemas actuales de monitorización de campo
magnético realizan el registro de las señales, promedian el valor
temporalmente, y realizan la comparación de este valor promedio con
un umbral determinado, correspondiente a una banda de frecuencias.
De tal manera que la mayoría de los sistemas comerciales de
monitorización ambiental del campo electromagnético (WaveControl:
sistema SMRF; Satimo RF Safety: Insite Box 80; Gigahertz: Medición
en alta frecuencia con filtrado selectivo) y equipos móviles de
medida de nivel de campo (Rohde & Schwarz, Narda, Satimo o
Wavecontrol) no permiten una monitorización y registro en tiempo
real de los valores de pico de potencia captados en una ubicación
determinada, diferenciados por servicio y frecuencia.
Así pues, nace la necesidad de caracterizar y
controlar de manera correcta y útil las emisiones radioeléctricas
mediante un sistema que permita medir las intensidades de pico del
campo electromagnético, en cada instante de tiempo (pudiendo ser
considerado tiempo real), y que permita realizar el registro de
manera diferenciada para bandas de frecuencias más estrechas que las
recogidas por la normativa.
Las estaciones de telemetría antes mencionadas
realizan lecturas de densidad de potencia en banda ancha las 24
horas del día, 365 días al año, con una resolución temporal en torno
a 1 minuto, mediante un sensor isotrópico o mediante una sonda
triaxial. Dichas medidas son medidas básicas de niveles de potencia
y calidad de servicios de telefonía móvil: GSM 900, GSM 1800 y UMTS.
Sin embargo, la resolución temporal de un minuto es excesiva para
poder realizar un control en tiempo real, por lo que si se quieren
hacer estudios para cada instante de tiempo, esta resolución del
sistema de detección se debe reducir considerablemente.
La comunicación entre las estaciones que forman
el sistema y el centro de control se realiza habitualmente mediante
tecnología móvil: módem GSM, GPRS o UMTS controlado por
microprocesador. El sistema de captura y registro se interrumpe
durante el tiempo de encendido del módem y la duración de la ventana
temporal de envío de datos, por lo que se pierden las medidas
correspondientes a ese intervalo. Adicionalmente el propio mecanismo
de transmisión inalámbrica de los datos al centro de control
introduce contaminación electromagnética ambiental, por lo que, una
característica deseable para un sistema de monitorización ambiental,
sería que no se interrumpiera el registro de datos en ningún
instante de tiempo, y que el sistema de envío de datos al centro de
control no supusiera un incremento en las radiaciones.
\global\parskip1.000000\baselineskip
Las soluciones industriales mencionadas se han
desplegado en diversos municipios de España, como Valencia,
Barcelona o Murcia, entre otros, donde se integra un portal de
acceso al ciudadano para la visualización de los datos históricos
registrados, con un periodo de refresco diario de los datos, y
ofreciendo gráficos con los niveles puntuales de densidad de
potencia y calidad de servicio, así como con los valores promedio
obtenidos a lo largo de intervalos temporales.
Algunas invenciones similares para la detección
de campos electromagnéticos ambientales en banda ancha, se basan en
equipos móviles de medida indirecta, entre los que se incluye un
detector óptico sensible a radiación electromagnética (US 7209613)
capaz de medir la cantidad de energía absorbida por diversos
sensores. Este tipo de métodos de medida es poco preciso, no
presenta buena resolución frecuencial y no permite un registro
continuo y en tiempo real de los niveles de campo
electromagnético.
Otro tipo de estaciones remotas fijas de
vigilancia electromagnética, emplean un comparador por umbral con el
resultado de la multiplexación en el tiempo de las salidas dadas por
el conjunto de tres elementos radiantes ortogonales para un registro
independiente (patente ES2273928-T3). Estas
estaciones son sensibles de forma selectiva al menos en dos bandas
de frecuencias de campo electromagnético. La medida se basa en un
promedio en banda ancha comparado con un umbral límite por servicio
de radiofrecuencia. El sistema dispone de interfaces de comunicación
móvil en GSM y comunicación serie mediante RS-232
para comunicación con una unidad central de control. Disponen
también de una unidad de procesado de los datos y almacenamiento de
aquellos niveles de campo que superen el umbral prefijado. Por
tanto, este sistema no es sensible a más de dos bandas de
frecuencias, no almacena todos los valores de campo detectados (sino
sólo aquéllos que superen ciertos límites fijados), y los valores de
campo no se registran y monitorizan en tiempo real de forma
automática.
Analizando todos los antecedentes mencionados,
se diseña un sistema que supla las deficiencias percibidas en los
sistemas de monitorización ambiental existentes, mediante una red de
sensores desplegados por la geografía del municipio origen del
estudio, que midan en cada instante de tiempo la intensidad del
campo electromagnético emitida por las diferentes fuentes de emisión
del entorno, en tiempo real, para cada una de las bandas de 30 kHz
en las que se divide el espectro de trabajo (de 100 MHz a 6GHz),
recogiéndose un total de 236000 datos cada 1.6 segundos, de manera
que se tiene una medida eficaz que garantice que no se superen los
umbrales marcados por la normativa en ningún instante de tiempo.
Con la presente invención, este sistema de
captación y procesado de señal permite la generación de mapas
radioeléctricos reales para cada instante de tiempo. Por lo que se
pueden monitorizar los niveles radioeléctricos del municipio de
manera espacial, generando mapas radioeléctricos para todo el
municipio en cada instante de tiempo; así como de manera temporal,
haciendo seguimiento de cada una de las zonas.
Adicionalmente, el sistema posee un sistema de
medida móvil que permite el desplazamiento hacia zonas donde se
detecte que se están excediendo los límites, y permite la
localización de la antena emisora que incumple la normativa para la
frecuencia determinada.
La invención se refiere a una estación remota
compacta y de ubicación fija, de control y monitorización permanente
en banda ancha del campo electromagnético en entorno urbano las 24
horas del día, controlada desde un centro de control a través de
Intranet/Internet.
La presente invención se ha diseñado, por tanto,
para proporcionar una solución que satisfaga todas las necesidades
antes indicadas y que supla las carencias que presentan otros
sistemas de monitorización ambiental mediante una serie de
características, ya que el sistema de la presente invención:
- \bullet
- Realiza la captación, el almacenaje y la monitorización de la intensidad de campo electromagnético en valor absoluto (no mediante un promediado), para todos los instantes de tiempo, por lo que puede procesarse posteriormente como si fuera información en tiempo real, y con una resolución temporal de hasta 1.6 s.
- \bullet
- Trabaja en un amplio rango de frecuencias de trabajo, que abarca desde los 100 MHz hasta los 6 GHz, banda que incluye la mayoría de las emisiones radioeléctricas características del entorno urbano: televisión digital terrestre, radio FM, puntos de acceso WIFI, estaciones base de telefonía móvil GSM y UMTS, WiMax, conexiones punto a punto en frecuencias propietarias o libres.
- \bullet
- Registra la intensidad de campo electromagnético para cada una de las sub-bandas de 30 kHz en las que se divide cada una de las bandas de entrada de 500 MHz, por lo que se obtiene una gran resolución frecuencial.
- \bullet
- Realiza barrido y escaneo de las frecuencias secuencial y automáticamente, de tal manera que, cada 1.6 s, se barre todo el rango de frecuencias, se recogen 236000 muestras y se reinicia automáticamente la detección en la primera ventana (de 100 MHz a 500 MHz), sin eliminar ningún dato de los recogidos.
- \bullet
- Realiza un registro continuado de la densidad de potencia de campo electromagnético, en el que el envío al bloque de procesado central se hace tras el barrido de todo el rango de frecuencias.
- \bullet
- Envía la información mediante cable en banda ancha o estrecha,en función de la ubicación de la estación remota y sus características.
- \bullet
- Reduce la longitud del mástil a una altura máxima de 1.5 metros (ya que las antenas se encuentran colocadas sobre un núcleo central cilíndrico), permitiendo la separación física de las antenas y facilitando que no se acoplen entre sí.
- \bullet
- Dispone de un sistema de sincronización mediante GPS, lo que permite tener el sistema sincronizado temporalmente con el sistema de satélites.
- \bullet
- Recoge los resultados en mapas radioeléctricos y mediante gráficos históricos que muestren las variaciones de intensidad de la señal recogida en valores absolutos, sin promediarlos, y con un refresco automático.
\vskip1.000000\baselineskip
El sistema está formado por cuatro
subsistemas:
- \bullet
- A) Subsistema de adquisición o detección local (1).
- \bullet
- B) Subsistema de monitorización y registro continuado (2).
- \bullet
- C) Subsistema de procesado y comunicaciones (3).
- \bullet
- D) Subsistema de control, visualización y almacenamiento remoto (4).
\vskip1.000000\baselineskip
Los dos primeros subsistemas permiten el
registro de las señales de la manera antes especificada y permiten
la captación de la señal en todas las bandas de frecuencia admitidas
para cada instante de tiempo, así como el registro y pre- procesado
de las mismas. El subsistema de procesado y comunicaciones se
encarga del almacenamiento y del procesamiento de la información,
para posterior reenvío al centro de control remoto a través del
subsistema de comunicaciones. El último subsistema está constituido
por un centro de control y almacenamiento remoto que permitirá el
procesamiento de la información para la presentación de los
resultados en el formato adecuado.
A continuación se pasa a describir de manera muy
breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la
invención y que se relacionan expresamente con una realización de
dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de
ésta.
La Figura 1 muestra un diagrama del
funcionamiento de la estación remota, con las entradas y salidas de
las que consta.
La Figura 2 muestra la vista frontal de la
antena utilizada en la estación remota de monitorización.
La Figura 3 muestra la vista superior del
dispositivo electrónico asociado a la antena y situado en su
base.
La Figura 4 muestra un esquema del subsistema de
monitorización y registro continuado (2).
La Figura 5 muestra un esquema del subsistema de
procesado y comunicaciones (3).
La presente invención se refiere a una estación
remota compacta, y de ubicación fija, para detectar y reportar
niveles de campo electromagnético en su entorno en un rango de
frecuencias comprendidas entre los 100 MHz y los 6 GHz, donde se
incluyen la mayoría de emisiones radioeléctricas características del
entorno urbano: televisión digital terrestre, radio FM, puntos de
acceso WiFi, estaciones base de telefonía móvil GSM y UMTS, WiMax,
conexiones punto a punto en frecuencias propietarias o libres. Tras
cada barrido de la banda de frecuencias, la información recogida por
las antenas se procesa y se almacena en la memoria de la unidad
central de procesado donde se encapsula y se envía al centro de
control remoto.
El sistema está formado, tal como se muestra en
la Figura 1, por cuatro subsistemas:
A) Subsistema de adquisición o detección local
(1).
B) Subsistema de monitorización y registro
continuado (2).
C) Subsistema de procesado y comunicaciones
(3).
D) Subsistema de control, visualización y
almacenamiento remoto (4).
A continuación se detalla cada uno de los
componentes.
\vskip1.000000\baselineskip
Este subsistema consta de una antena de
desarrollo propio, formada por doce sondas omnidireccionales
integradas, colocadas sobre un núcleo cilíndrico, que ajustan
automática y secuencialmente las distintas frecuencias centrales de
recepción. El rango de frecuencias de trabajo del sistema se
establece entre 100 MHz y 6 GHz. En este rango en banda ancha están
comprendidas la mayor parte de las emisiones radioeléctricas propias
del entorno urbano: televisión, radio, telefonía móvil, enlaces
radio dedicados, entre otros.
Tal como se muestra en la Figura 2, la medida
del nivel de campo electromagnético del entorno de cada estación
remota de supervisión se lleva a cabo mediante una agrupación de
antenas omnidireccionales (21) integradas, de desarrollo propio,
donde se ajustan automática y secuencialmente las distintas
frecuencias centrales de recepción variando el parámetro lambda de
las antenas, con un ancho de canal de 500 MHz y una frecuencia
central de recepción, definida como el valor de la mediana de la
ventana en cuestión. Los conectores SMA permiten que se llegue a 6
GHz, incluso permitirían captar señales a mayor frecuencia.
Cada una de las antenas tiene una longitud
diferente según sea el parámetro lambda que permite captar la señal
de una de las bandas de frecuencias de 500 MHz en los que se divide
el rango de frecuencias de trabajo. Cada antena (21') de la
agrupación de antenas (21) posee a su vez un LNA (amplificador de
bajo ruido) específico para su banda de trabajo.
Las canales que se obtienen son los
siguientes:
- 1.
- 100 MHz-500 MHz
- 2.
- 500 MHz- 1000 MHz
- 3.
- 1000 MHz-1500 MHz
- 4.
- 1500 MHz-2000 MHz
- 5.
- 2000 MHz-2500 MHz
- 6.
- 2500 MHz-3000 MHz
- 7.
- 3000 MHz-3500 MHz
- 8.
- 3500 MHz-4000 MHz
- 9.
- 4000 MHz-4500 MHz
- 10.
- 4500 MHz-5000 MHz
- 11.
- 5000 MHz-5500 MHz
- 12.
- 5500 MHz-6000 MHz.
\vskip1.000000\baselineskip
Estas bandas de frecuencia se fragmentarán
posteriormente, en módulos externos a la antena, en canales de ancho
de banda estrecho, de 30 kHz y opcionalmente, en canales de 300 kHz.
Las medidas del nivel del campo electromagnético del entorno se
realizarán a la frecuencia central de cada uno de los canales
estrechos en los que se divide cada canal primario de 500 MHz. De
esta manera las medidas se realizan mediante un escaneo y un barrido
fino del espectro, analizando la contaminación electromagnética de
manera detallada.
Las doce antenas (21') que forman la agrupación
de antenas (21) del subsistema de adquisición o detección local (1)
están colocadas sobre un núcleo central cilíndrico (28) (ver Figura
3) que permite reducir la longitud del mástil a una altura máxima de
1.5 metros, permitiendo la separación física de las antenas y
facilitando que no se acoplen entre sí.
Cada antena es responsable de:
- La captación automática y secuencial de los
niveles de potencia en cada una de las bandas de frecuencia de 500
MHz en que se divide el rango de frecuencias de entrada. El módulo
de control propio de la antena (23) selecciona la banda de
frecuencia a explorar en el módulo de captación utilizando, ya sea
una comunicación de tipo 485 o TTL.
- El envío de la señal RF (25) y de los datos
(27) al subsistema de monitorización y registro continuado (2),
sistema externo de la antena, situado en la base de la agrupación de
antenas (21). Para el control automático de las antenas existe un
dispositivo electrónico asociado, un selector de antena (22), que es
el encargado de seleccionar la antena que mide en cada momento
mediante un conmutador, capaz de gobernar cuatro antenas a la vez, y
que apaga o enciende cada una de ellas en función de la banda de
frecuencias a medir dentro del escaneo secuencial de bandas, y dando
paso de esta manera, a las órdenes provenientes del módulo de
control (23) de la antena. Del selector de antena (22) se obtiene la
señal de salida (25) de la antena para su tratamiento en el
subsistema de monitorización y registro (2). Del módulo de control
de antena (23) sale una señal (27) que contiene los datos captados y
que se envían igualmente al subsistema externo (2) para su
procesamiento.
\vskip1.000000\baselineskip
En el módulo central de control y comunicaciones
de la antena se distinguen diferentes (en este caso cinco)
interfaces de comunicación sobre cable coaxial, con las que se
comunica el módulo de control de las antenas con los diferentes
elementos y se interconecta el módulo de recepción con el sistema de
tratamiento, almacenamiento y envío de datos al centro de
control.
Adicionalmente, en una realización preferente,
la antena integra un módulo GPS (24) para la obtención de la hora y
el tiempo preciso necesarios para identificar cada registro en el
tiempo de los valores de campo electromagnético ambiental medidos
por la antena. Dicha señal (señal de localización y de tiempo (26))
se envía al control de antena y al sistema externo de procesado de
señal. Este tiempo será común a todos los equipos que conformarán el
sistema completo, ya que utilizan la precisión de los relojes de
Cesio del sistema de satélites GPS.
En la Figura 3 se muestra de modo esquemático la
vista superior del dispositivo electrónico asociado a la antena y
situado en la base de la antena, dentro de una carcasa que sirve de
aislamiento. El selector de antena (22) comprende, en la realización
preferida de la Figura 3, tres conmutadores de radiofrecuencia (29),
cada uno encargado de controlar un grupo de cuatro antenas (21')
diferentes, apagando o encendiendo cada una de las antenas en
función de las órdenes del módulo de control (23).
El núcleo central del dispositivo de recepción
está compuesto por un conector SMA de entrada del cable coaxial, y
un conmutador de RF de tres entradas que llevan las señales de
radiofrecuencia de cada ramal de cuatro canales a dicho conector
SMA.
La antena dispone de alimentación por medio de
una conexión de alimentación y datos de tipo 485 y/o TTL, por lo que
la señal y la tensión de alimentación de 9 voltios circulan
paralelamente al cable coaxial, ofreciendo una conexión segura y
robusta en banda ancha, de hasta 10 Mbps de ancho de banda que
permite una distancia de transmisión del orden de 50 metros. Y, en
el caso de un conexionado de alimentación más datos, TTL que permite
una distancia de transmisión inferior a los 5 metros.
El sistema de control central se alimenta con 9
voltios, empleando este voltaje en dos reguladores de tensión de 5 y
3.3 voltios en continua:
- \bullet
- El primero de ellos, el de 5 voltios, controla el encendido y apagado de los elementos electrónicos del circuito, de tal manera que en cada ventana frecuencial sólo estén activos la antena, los componentes circuitales y el amplificador de bajo ruido (LNA) integrado adecuados, mientras que el resto de antenas no reciben alimentación y no interfieren en la captura de la señal. La función de sincronización en la conexión y desconexión del conmutador y el LNA adecuado la lleva a cabo un microcontrolador.
- \bullet
- El segundo regulador, de 3.3 voltios, alimenta a un microcontrolador que regula el proceso de salto secuencial de ventana y, por tanto, es el encargado de enviar las órdenes para el control de los elementos del sistema de antenas involucrados en la sincronización y la definición de la ventana temporal de activación y desactivación de duración para cada una de las bandas frecuenciales, conmutadores y amplificadores, como se ha comentado anteriormente.
\vskip1.000000\baselineskip
En el módulo central de control y comunicaciones
de la antena se distinguen cinco interfaces de comunicación sobre
cable coaxial:
- 1.
- La primera es la propia de la antena, de la señal registrada.
- 2.
- La segunda es la de entrada de sincronización del dispositivo GPS.
- 3.
- La tercera está compuesta por cuatro cables de comunicación con el microcontrolador, ubicado en la base de la antena, y que lleva a cabo la selección de la antena correspondiente.
- 4.
- La cuarta es la de conexión directa de señales de alimentación a 9 voltios y señales de control digital a 5 voltios.
- 5.
- La quinta corresponde a la salida por cable coaxial de la señal recibida de cada una de las 12 antenas disponibles, y que permiten llevar ésta a la etapa de procesado, tratamiento, almacenamiento y comunicaciones posterior.
\vskip1.000000\baselineskip
Este subsistema es el encargado de dividir las
bandas de entrada en sub-bandas menores en las que
se realizarán las medidas de campo, y está formado, según se muestra
en la Figura 4, por los siguientes bloques:
- I.
- Módulo de filtrado de la señal de entrada (7): Primer bloque del subsistema que recibe las señales procedentes de la agrupación de antenas (21) del subsistema de adquisición o detección local (1). Las señales de las antenas llegan a un conmutador, al que le llega también la señal de autocalibración. Mediante un nuevo conmutador, se seleccionan los filtros adecuados, según la banda de frecuencias correspondiente a la antena de la que llega la señal. Así pues, en esta etapa es donde se seleccionan secuencialmente las diferentes bandas en que se divide el espectro de frecuencias de trabajo con un ancho de banda fijo de la banda pasante de 500 MHz.
- II.
- Módulo de amplificación o amplificador de bajo ruido (8): Las señales ya filtradas en su banda de frecuencia precisan una etapa de amplificación en bajo ruido, mediante amplificador LNA, ya que las señales de entrada son extremadamente pequeñas, y se han de diferenciar lo mejor posible del ruido para mantener una relación señal a ruido adecuada, haciendo que el rango dinámico de la señal de información sea suficiente para su tratamiento posterior, y no se introduzcan errores debido al enmascaramiento de la señal por ruido.
- III.
- Módulo de selección (9): Etapa sincronizada mediante reloj para encendido y apagado de los dispositivos anteriores, y para controlar qué canales son los activos en cada momento. Es una etapa mediante cable de conexión que enlaza la etapa de filtrado y amplificación con la etapa de procesado.
- IV.
- Módulo de selección automática y secuencial de frecuencia f_{2} (10), dividiendo la entrada en bandas de 30 kHz, con frecuencia central f_{2}: Encargado de realizar la síntesis de frecuencia indirecta formada por un conjunto de siete lazos de seguimiento de fase, PLL (controlado por el DSP (17)), más uno adicional de control e interconexión con el dispositivo central de supervisión. Este último PLL proporciona la señal de referencia generada internamente, para el control de lazo (lazo de seguimiento de fase PLL) y para obtener una señal de salida estable, en función de esa referencia. Con esta configuración de PLLs, y las características de los mismos (que pueden registrar 150000 valores por segundo), se puede dividir la banda en canales de 30 kHz, pudiéndose recorrer toda la banda de entrada (100 MHz-6 GHz) en 1.6 s, y registrando un total de 236000 muestras en cada barrido. Es, por tanto, esta etapa la encargada de dividir la banda de frecuencias de entrada en canales de 30 kHz, cuya frecuencia central de salida f_{2} va variando secuencialmente a la salida del subsistema de PLLs para realizar el escáner del rango de frecuencias de trabajo y siendo a esta frecuencia a la que se mide el nivel de contaminación electromagnética ambiental. El escáner en frecuencia es secuencial y automático, por lo que al terminar cada barrido en la última ventana, correspondiente a los 6 GHz, volverá a reiniciar la detección en la primera ventana, la correspondiente al rango de 100 MHz a 500 MHz. Este módulo lleva entradas de calibración, que vienen del DSP, para permitir adecuar las medidas en función de las condiciones exteriores.
- V.
- Módulo de atenuación digital variable y detección (11): A la salida del PLL se coloca un atenuador digital variable tras un amplificador para poder medir la señal de salida de cada PLL con un medidor de campo posterior. Este medidor mide con qué potencia sale cada PLL, y esta potencia se ajusta con el DSP para estandarizarlas y asegurar que en la siguiente etapa, la de heterodinado, la salida es estable.
- VI.
- Módulo de mezclado inicial (12): En la etapa de mezclado, la salida que se obtiene es igual a la suma de las contribuciones provenientes de la antena y de la referencia de los lazos de seguimiento de fase, que son estables, en la forma f_{1}+f_{2}, donde la frecuencia f_{1} corresponde con la frecuencia de la etapa anterior, y f_{2} es una fija de 915 MHz. A continuación se amplifica la señal y se filtra mediante un filtro paso banda que posee unas características prefijadas, con una configuración de la banda de paso que permite eliminar las componentes espurias laterales. La señal de salida filtrada se dirige a la etapa de mezclado siguiente.
- VII.
- Módulo de mezclado intermedio (13): En la etapa de mezclado intermedio, la señal filtrada anteriormente se heterodina con una frecuencia de 10.7 MHz, y se realiza una amplificación y filtrado posteriores.
- VIII.
- Módulo de mezclado final (14): En esta etapa de mezclado final, la señal filtrada se heterodina con una frecuencia de 4.55 KHz y se realiza una amplificación y filtrado posteriores, de tal manera que en este punto ya se tiene un canal de 30 kHz.
- IX.
- Detector de potencia (15): Se trata de un detector que mide la potencia de la señal del canal de 30 kHz. Se trata de un detector que convierte una señal de radiofrecuencia de entrada en una salida logarítmica escalada en decibelios que representa al parámetro RSSI. Los diferentes valores en cada tiempo de escaneo son los que se registran, procesan, almacenan y envían al sistema de control y monitorización en tiempo real. Se emplea un detector logarítmico de gran ancho de banda, bajo ruido, alta precisión y estabilidad a temperatura, y rango dinámico estable hasta 8 GHz. Este detector emplea una cadena de amplificadores en cascada, obteniendo alta estabilidad y sensibilidad.
- X.
- Conversores A/D y D/A (16): Se diferencian dos etapas de conversión. El conversor A/D de salida realiza la conversión analógico a digital en la salida, es decir, digitaliza la salida del detector logarítmico y la lleva al DSP (17) para el procesado y envío al centro de control remoto. La conversión digital a analógico es la propia de las entradas de calibración de los diferentes módulos que conforman el núcleo del sistema, como es el caso del detector logarítmico. Estas entradas se emplearán en una primera fase de calibración y puesta en marcha.
- XI.
- Dispositivo de procesado (17): Medios de procesamiento de datos (e.g. un DSP) para el control y sincronización de todas las etapas y del proceso de adquisición, preprocesado y envío de datos al módulo de procesado a través de las interfaces de comunicación integradas. Puede disponer de puertos de comunicaciones (18') y puertos de entrada/salida de calibración (18). El DSP dispone de un puerto RS485 que comunica con el módulo de procesado conectado al dispositivo, mediante un canal de 10 Mbps.
\vskip1.000000\baselineskip
En el subsistema de monitorización y registro
continuado (2) también se encuentra presente un generador de señal
de referencia para el sincronismo y una fuente de alimentación
estable.
\vskip1.000000\baselineskip
Este subsistema se comunica con el DSP (17) y es
el encargado del procesado de la información y del envío de datos,
para lo que consta de los siguientes elementos y
características:
- I.
- Almacenamiento de la información: La información detectada por las antenas y procesada por el sistema se almacena en la memoria de esta unidad central de procesado. Cada entrada en memoria consta de cuatro campos básicos como mínimo: el identificador de la antena, el canal de radio analizado y la frecuencia de captura, la densidad de potencia recibida, y la fecha y hora de la captura, con una precisión de milisegundos. Como mecanismo de seguridad, el sistema dispone de un almacenamiento de registros en memoria interna no volátil, con capacidad de almacenar hasta 6 días de registros, en caso de caída de comunica-ciones.
- II.
- Encapsulamiento de la información: La información de salida del sistema, digitalizada previamente, se ha de empaquetar para su envío al centro de control a través de la interfaz de comunicación pertinente. Para ello, tras cada barrido de frecuencias, de 100 MHz a 6 GHz, se encapsula la información que se ha ido almacenando en la memoria del procesador, con un encabezado que , incluye el identificador de estación, y se dispone para su envío a través de la interfaz de comunicaciones del sistema. La trama básica está formada por los siguientes campos: identificador de la estación remota (de 0 a 10.000), coordenadas GPS (longitud y latitud en decimal), altura de la estación (en metros), frecuencia de detección (de 100 MHz a 6 GHz), densidad de potencia (en unidades logarítmicas o dBm), fecha y hora del registro (precisión de milisegundos), secuencia de corrección de errores hacia adelante, FEC (normalmente 4 bytes).
- III.
- Interfaz de comunicaciones: La información se comprime antes de enviarla, y se envían los datos a través de Intranet/Internet por ADSL a un centro de control, de manera secuencial, y tras cada barrido completo de la banda de frecuencias de trabajo. La interfaz y el medio de comunicación empleado varían en función de la ubicación de la estación remota y sus características, pudiendo ser comunicaciones por cable en banda ancha.
- IV.
- Medio de transmisión entre estación de supervisión y centro de control: Siempre que se pueda, se establece conexión en banda ancha para la comunicación entre las estaciones de supervisión y el centro de control. De este modo se obtiene una transmisión segura y confiable y no se introduce ninguna fuente de interferencia asociada a la propia emisión de la estación remota.
- V.
- Acceso remoto: El sistema informático de control ha sido diseñado para su directa integración en Internet, permitiendo a un usuario autorizado poder controlar las estaciones desde cualquier punto con conexión a Internet mediante el uso de túneles de comunicación seguros punto a punto.
\vskip1.000000\baselineskip
Este subsistema hace referencia al centro de
control remoto, que es el centro neurálgico de la red de estaciones
de monitorización. Se establece una arquitectura de red en estrella
tipo maestro/esclavo en la que el centro de control es el maestro
del sistema y puede enviar órdenes a cualquier estación de la red
síncrona (o programada) o asincronamente bajo petición. El sistema
de control consta de un subsistema de almacenamiento de la
información recogida en las tramas que llegan a través de la
interfaz de comunicaciones. Este sistema está gestionado por un
motor de bases de datos, que permite llevar un registro histórico de
todos los valores recibidos de las distintas estaciones.
\newpage
Los resultados se recogen en mapas
radioeléctricos y en gráficos históricos, en los que aparecen las
variaciones de la intensidad de la señal recogida en valores
absolutos, sin promediarlos, y con refresco automático cada vez que
lleguen nuevos datos. El sistema de control consta de un subsistema
de visualización y control basado en una aplicación software que se
ejecuta sobre un servidor o PC y que permite:
- Visualizar los resultados enviados por las
estaciones remotas en mapas radiológicos con refresco temporal
automático.
- Visualizar los datos almacenados en gráficos
históricos con refresco temporal automático y lo más cercano a
tiempo real, y con la inclusión de valores estadísticos asociados al
rango de tiempos de visualización gráfica (mínimo, máximo, valor
medio, valor de los cursores).
- Interactuar con las estaciones remotas a
través de telecontrol. Enviar órdenes y consignas. Reconfigurar la
estación de monitorización. Reiniciar la estación. Enviar peticiones
para forzar el envío de los datos almacenados en el búfer interno de
la estación en caso de caída de comunicaciones.
\vskip1.000000\baselineskip
El método de medición de los niveles de
radiación electromagnética y su caracterización frecuencial se
realiza a través de una red de estaciones fijas de monitorización en
banda ancha antes descrita, y mediante un subsistema de procesado,
monitorización y registro continuado, que podría resumirse en las
siguientes etapas:
- 1º
- Selección automática de la antena y captación de la señal por parte de cada una de las 12 antenas de manera secuencial y automática para cada una de las bandas de 500 MHz de ancho de banda en que se divide el rango de frecuencias de entrada.
- 2º
- Las antenas, a través de la electrónica que llevan asociada, realizan la selección de las bandas de trabajo para el procesado secuencial y automático de los valores del nivel de campo recopilados en tiempo real mediante activación y desactivación de los dispositivos adecuados en cada instante de tiempo.
- 3º
- Pre-procesado de la señal captada mediante la sincronización y fechado de la información (mediante información proporcionada por el GPS). 4o Tratamiento y procesado de los valores de campo detectados. Se llevan a cabo las siguientes acciones:
- -
-
\vtcortauna
- -
-
\vtcortauna
- -
-
\vtcortauna
- -
-
\vtcortauna
- -
-
\vtcortauna
- -
-
\vtcortauna
- -
-
\vtcortauna
Claims (11)
1. Estación remota de monitorización de campo
electromagnético ambiental en tiempo real, caracterizada por
que comprende:
- un subsistema de adquisición o detección local
(1) de la densidad de potencia en función de la frecuencia, que
dispone de:
- \bullet
- una agrupación de antenas (21) omnidireccionales, siendo las antenas (21') de la agrupación de diferentes longitudes, asociadas a diferentes valores del parámetro lambda, y encargadas de la captación continuada de la señal de campo electromagnético ambiental en diferentes bandas de frecuencia de trabajo;
- \bullet
- un selector de antena (22) encargado de seleccionar, mediante al menos un conmutador de radiofrecuencia (29), la antena (21') activa que mide en cada momento la señal de campo electromagnético;
- \bullet
- un módulo de control (23) configurado para, mediante el control del selector de antena (22), efectuar un escaneo secuencial de las bandas de frecuencia de trabajo;
- \bullet
- un módulo GPS (24) para la obtención de la hora y el tiempo preciso necesarios para identificar cada registro en el tiempo de los valores de campo electromagnético ambiental medidos por la antena.
- un subsistema de monitorización y registro
continuado (2), que dispone de:
- \bullet
- un módulo de filtrado (7) de la señal de entrada proveniente del subsistema de adquisición o detección local (1), filtrando dicha señal secuencialmente según las diferentes bandas de frecuencia de trabajo;
- \bullet
- un módulo de amplificación de bajo ruido (8) para amplificar la señal filtrada;
- \bullet
- un módulo de selección sincronizada (9) para el control de los canales activos;
- \bullet
- un módulo de selección automática y secuencial de frecuencia f_{2} (10), que comprende una pluralidad de lazos de seguimiento de fase encargados de seleccionar secuencialmente frecuencias concretas f_{2} dentro de cada una de las bandas frecuencias de trabajo de la señal de entrada, dividiendo secuencialmente la banda de frecuencia de trabajo de la señal de entrada en sub-bandas con frecuencia central f_{2}, siendo dicha frecuencia f_{2} a la que se mide el nivel de campo electromagnético ambiental;
- \bullet
- un módulo de atenuación digital variable y de detección (11) encargado de medir las señales de salida de los PLL y ajustarías para estandarizarlas;
- \bullet
- un subsistema de mezclado que comprende al menos un módulo de mezclado (12, 13, 14);
- \bullet
- un detector de potencia (15) para convertir en decibelios la señal de radiofrecuencia procedente de la salida del subsistema de mezclado;
- \bullet
- un conversor A/D (16) para digitalizar las señales analógicas de salida del detector de potencia (15);
- \bullet
- medios de procesamiento de datos (17) encargados de controlar el módulo de selección automática y secuencial de frecuencia f_{2} (10), de sincronizar las etapas, de recibir la señal digital procedente del conversor A/D (16), y de enviarlas al subsistema de procesado y comunicaciones (3).
\vskip1.000000\baselineskip
2. Estación remota de monitorización de campo
electromagnético ambiental en tiempo real según reivindicación 1,
donde las sub-bandas tienen una amplitud de 30
kHz.
3. Estación remota de monitorización de campo
electromagnético ambiental en tiempo real según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, donde la monitorización se realiza en
un rango de frecuencias comprendidas entre los 100 MHz y los 6
GHz.
4. Estación remota de monitorización de campo
electromagnético ambiental en tiempo real según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, donde las antenas (21') de la
agrupación de antenas (21) son de diferente longitud con el
parámetro lambda variable, con una frecuencia central y un ancho de
canal de 500 MHz.
5. Estación remota de monitorización de campo
electromagnético ambiental en tiempo real según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, donde la agrupación de antenas (21)
comprende doce antenas omnidireccionales colocadas sobre un núcleo
central cilíndrico (28).
\newpage
6. Estación remota de monitorización de campo
electromagnético ambiental en tiempo real según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, donde los medios de procesamiento de
datos comprenden un procesador digital de señal, DSP (17).
7. Estación remota de monitorización de campo
electromagnético ambiental en tiempo real según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, que comprende adicionalmente un
subsistema de procesado y comunicaciones (3).encargado de almacenar
los valores de campo electromagnético
pre-procesados, de procesar la información
correctamente para su posterior reenvío a al menos un centro de
control remoto.
8. Estación remota de monitorización de campo
electromagnético ambiental en tiempo real según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, que comprende adicionalmente un
subsistema de control, visualización y almacenamiento remoto (4) que
permite el control de la estación remotamente, desde al menos un
centro de control situado en una ubicación diferente a la de la
estación.
9. Sistema de monitorización de campo
electromagnético ambiental en tiempo real, que comprende al menos
una estación remota de monitorización de campo electromagnético
ambiental en tiempo real según cualquiera de las reivindicaciones 1
a 8, y un centro de control remoto encargado de recibir, tanto de la
al menos una estación remota, como de varias, la información
relativa a la densidad de potencia del campo electromagnético
ambiental medida.
10. Sistema de monitorización de campo
electromagnético ambiental en tiempo real según la reivindicación
anterior, donde el centro de control remoto está configurado para
controlar a distancia la estación remota.
11. Método de monitorización de campo
electromagnético ambiental en tiempo real, realizado a través de al
menos una estación remota de monitorización de campo
electromagnético ambiental en tiempo real según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que comprende:
- -
- una etapa de selección automática de antena y captación de la señal por parte de cada una de las antenas (21') de una agrupación de antenas (21) omnidireccionales que permiten captar la señal de manera secuencial y automática en diferentes bandas de frecuencia de trabajo;
- -
- una etapa de selección de las bandas de trabajo para el procesado secuencial y automático de los valores del nivel de campo recopilados en tiempo real;
- -
- una etapa de pre-procesado de la señal captada en la unidad central de procesamiento de la agrupación de antenas (21) mediante la sincronización y fechado de la información;
- -
- una etapa de tratamiento y procesado de los valores de campo detectados, que comprende:
- \bullet
- selección automática y secuencial de las frecuencias dentro de cada banda, dividiendo las bandas en sub-bandas con un ancho de frecuencia predeterminado;
- \bullet
- calibración de las señales detectadas;
- \bullet
- mezclado, amplificación y filtrado;
- \bullet
- detección de la potencia de la señal para cada canal;
- \bullet
- digitalización de las señales analógicas de salida de la etapa de detección de potencia anterior;
- \bullet
- encapsulación y procesado de los datos para su envío a un centro de control (4) a través de una interfaz de comunicación.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES201001656A ES2363149B2 (es) | 2010-12-30 | 2010-12-30 | Estación remota, sistema y método de monitorización de campo electromagnético ambiental en tiempo real. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES201001656A ES2363149B2 (es) | 2010-12-30 | 2010-12-30 | Estación remota, sistema y método de monitorización de campo electromagnético ambiental en tiempo real. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2363149A1 true ES2363149A1 (es) | 2011-07-21 |
| ES2363149B2 ES2363149B2 (es) | 2011-12-29 |
Family
ID=44243624
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES201001656A Active ES2363149B2 (es) | 2010-12-30 | 2010-12-30 | Estación remota, sistema y método de monitorización de campo electromagnético ambiental en tiempo real. |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2363149B2 (es) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2513640A (en) * | 2013-05-02 | 2014-11-05 | Intertek Group Plc | Improved RF detector |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2378796B2 (es) * | 2012-02-28 | 2012-09-04 | Universidad Politécnica de Madrid | Dispositivo portable para registrar niveles de radiación electromagnética |
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| EP1233273A2 (en) * | 2001-02-20 | 2002-08-21 | Telecom Italia Lab S.p.A. | Device for monitoring electromagnetic fields |
| EP1542027A1 (fr) * | 2003-12-11 | 2005-06-15 | Antennessa | Dispositif de mesure du rayonnement électromagnétique ambiant |
-
2010
- 2010-12-30 ES ES201001656A patent/ES2363149B2/es active Active
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2363149B2 (es) | 2011-12-29 |
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