ES2363149B2 - Estación remota, sistema y método de monitorización de campo electromagnético ambiental en tiempo real. - Google Patents

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.

Campo de la invención

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).

Antecedentes de la invención

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.

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.

Descripción de la invención

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:

•

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.

•

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.

•

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.

•

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.

•

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.

•

Envía la información mediante cable en banda ancha o estrecha,en función de la ubicación de la estación remota y sus características.

•

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.

•

Dispone de un sistema de sincronización mediante GPS, lo que permite tener el sistema sincronizado temporalmente con el sistema de satélites.

•

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.

El sistema está formado 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).

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.

Breve descripción de los dibujos

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).

Descripción detallada de la invención

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.

A) Subsistema de adquisición o detección local (1)

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.

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.

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:

•

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.

•

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.

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 alimentacióna9voltios y señales de control digitala5voltios.

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.

B) Subsistema de monitorización y registro continuado (2)

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 f2 (10), dividiendo la entrada en bandas de 30 kHz, con frecuencia central f2: 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 f2 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 f1+f2, donde la frecuencia f1 corresponde con la frecuencia de la etapa anterior, y f2 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.

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.

C) Subsistema de procesado y de comunicaciones (3)

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 comunicaciones.

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.

D) Subsistema de control, visualización y almacenamiento remoto (4)

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.

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.

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:

-

Selección automática y secuencial de las frecuencias dentro de cada banda, dividiendo a su vez las bandas en sub-bandas de 30 kHz.

-

Calibración de las señales detectadas.

-

Mezclado, amplificación y filtrado para selección secuencial de bandas de 30 kHz dentro de cada canal de 500 MHz de entrada.

-

Detección logarítmica. Conversión de valores de unidades eléctricas a unidades de ingeniería válidas para la medida de nivel de campo.

-

Digitalización de las señales analógicas de salida de la etapa anterior.

-

Encapsulación y procesado de los datos por la unidad de procesado, con campos destinados a incluir identificadores de estación, frecuencia de medida, valor medido, posición de la unidad, fecha y hora y control de errores, entre otros.

-

Envío de los datos al centro de control remoto (4) para almacenamiento y procesado final.

Claims (12)

1. REIVINDICACIONES

   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:

   •

   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;

   •

   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;

   •

   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;

   •

   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:

   •

   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;

   •

   un módulo de amplificación de bajo ruido (8) para amplificar la señal filtrada;

   •

   un módulo de selección sincronizada (9) para el control de los canales activos;

   •

   un módulo de selección automática y secuencial de frecuencia f2 (10), que comprende una pluralidad de lazos de seguimiento de fase encargados de seleccionar secuencialmente frecuencias concretas f2 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 f2, siendo dicha frecuencia f2 a la que se mide el nivel de campo electromagnético ambiental;

   •

   un módulo de atenuación digital variable y de detección (11) encargado de medir las señales de salida de los PLL y ajustarías para estandarizarlas;

   •

   un subsistema de mezclado que comprende al menos un módulo de mezclado (12, 13, 14);

   •

   un detector de potencia (15) para convertir en decibelios la señal de radiofrecuencia procedente de la salida del subsistema de mezclado;

   •

   un conversor A/D (16) para digitalizar las señales analógicas de salida del detector de potencia (15);

   •

   medios de procesamiento de datos (17) encargados de controlar el módulo de selección automática y secuencial de frecuencia f2 (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).

2. 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. 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. 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. 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).

6. 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. 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. 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. 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. 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. 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 reivindicaciones1a8, 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:

    •

    selección automática y secuencial de las frecuencias dentro de cada banda, dividiendo las bandas en sub-bandas con un ancho de frecuencia predeterminado;

    •

    calibración de las señales detectadas;

    •

    mezclado, amplificación y filtrado;

    •

    detección de la potencia de la señal para cada canal;

    •

    digitalización de las señales analógicas de salida de la etapa de detección de potencia anterior;

    •

    encapsulación y procesado de los datos para su envío a un centro de control (4) a través de una interfaz de comunicación.

    OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS

    N.º solicitud: 201001656

    ESPAÑA

    Fecha de presentación de la solicitud: 30.12.2010

    Fecha de prioridad:

    INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA

    51 Int. Cl. : G01R29/08 (2006.01)

    DOCUMENTOS RELEVANTES

    Categoría

    Documentos citados Reivindicaciones afectadas

    A A

    EP 1542027 A1 (ANTENNESSA et al.) 15.06.2005, párrafos [30-66]; figuras. EP 1233273 A2 (TELECOM ITALIA LAB SPA) 21.08.2002, descripción; figuras. 1-11 1-11

    Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud

    El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº:

    Fecha de realización del informe 08.07.2011

    Examinador E. Pina Martínez Página 1/4

    INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA

    Nº de solicitud: 201001656

    Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) G01R Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de

    búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC, WPI

    Informe del Estado de la Técnica Página 2/4

    OPINIÓN ESCRITA

    Nº de solicitud: 201001656

    Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 08.07.2011

    Declaración

    Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)

    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-11 SI NO

    Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)

    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-11 SI NO

    Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).

    Base de la Opinión.-

    La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.

    Informe del Estado de la Técnica Página 3/4

    OPINIÓN ESCRITA

    Nº de solicitud: 201001656

    1. Documentos considerados.-

    A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.

    Documento

    Número Publicación o Identificación Fecha Publicación

    D01

    EP 1542027 A1 (ANTENNESSA et al.) 15.06.2005

12. 2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración

    Se considera D01 el documento del estado de la técnica anterior más cercano al objeto de la invención. No obstante este documento no afecta a la novedad y actividad inventiva de las reivindicaciones, ya que presenta diferencias substanciales con el objeto de las mismas.

    El documento D01 describe un dispositivo para la medida de la radiación electromagnética ambiental, que comprende los siguientes elementos:

    un módulo de detección (102) compuesto por una pluralidad de antenas (103) asociadas a diferentes bandas de frecuencia en el rango comprendido entre 10MHz y 6 GHz.

    un módulo (104) de filtrado selectivo en frecuencias y amplificación encargado de separar las bandas de frecuencia correspondientes al servicio de telecomunicación en estudio.

    un módulo de transformación (106) destinado a generar señales continuas en función de la potencia de radiación medida para cada banda de frecuencia.

    un módulo de tratamiento de la señal (108) para su posterior análisis y almacenamiento de datos.

    La diferencia esencial entre el dispositivo del documento D01 y la estación remota de la reivindicación 1 de la solicitud reside en que en esta última la medida se realiza sobre todo el espectro de interés (100 MHz-6 GHz) y no sólo sobre el rango de frecuencias asociado a un determinado servicio (p. ej. GSM) como en D01, y en bandas de frecuencias muy estrechas. Este hecho unido a que el modo de medida en el dispositivo de la solicitud implica la selección secuencial en frecuencias y la repetición cíclica de la medida, conlleva a que se obtenga un elevado nivel de continuidad en la misma, lo que constituye una solución novedosa e inventiva al problema técnico planteado relacionado con la dificultad de detección de emisiones superiores a los límites, que se producen en un lapso corto de tiempo.

    Así, tanto la estación remota reivindicada (reivindicaciones 1-8) como el sistema de monitorización que la comprende (reivindicaciones 9-10) y el método de monitorización asociado (reivindicación 11) se consideran nuevos y con actividad inventiva.

    En consecuencia, las reivindicaciones 1-11 satisfacen los requisitos de novedad y actividad inventiva que se establecen en los Art. 6.1 y 8.1, respectivamente, de la Ley de Patentes 11/86.

    En conclusión, la solicitud satisface los requisitos de patentabilidad establecidos en el Art. 4.1 de la Ley de Patentes 11/86.

    Informe del Estado de la Técnica Página 4/4