INTRODUCCIÓN

La red móvil o celular se configura como una malla de celdas que comprenden diferentes áreas de cobertura; cada una de ellas dispone de una estación base (radio base) para la radiodifusión de estas señales. (SAUTER, 2010). En función del tamaño de estas celdas, la red móvil se adapta a la demanda de tráfico de datos de los usuarios y optimiza su cobertura para que todos puedan obtener una buena recepción, sin embargo, para alcanzarla hay que establecer un estudio poblacional y la distribución de la población y analizar dónde ocurre el mayor tráfico de datos en función de la cobertura o densidad de potencia que emiten las radio bases. Es importante que se explique cómo están clasificadas las distintas celdas en la telefonía móvil celular, las cuales se definen según el área de cobertura. Por ejemplos hay celdas llamadas macroceldas, que tienen una cobertura de aproximadamente 2 a 20 km y cuyo uso es en áreas rurales. En ese orden se tienen las microceldas, que tienen una cobertura de 500m a 2 km, aplicadas a zonas urbanas. Las picoceldas que se aplican a zonas más estrechas como calles y edificios. Finalmente, las femtceldas, que son pequeñas estaciones de radio base

cuya utilidad es la de ampliar la cobertura en recintos cerrados o interiores como viviendas, edificaciones o en las empresas que normalmente utilizan las líneas de acceso de banda ancha para que los usuarios puedan utilizar los servicios. Estas celdas deben garantizar que cada usuario mantenga su comunicación intacta cuando se cambia de una celda a otra, esto se le conoce como el proceso de handover. En tales situaciones es importante considerar qué tanta densidad de potencia es necesaria para alcanzar la cobertura de cada tipo de celdas.

Dado el gran número de usuarios de los sistemas móviles y el espectro radioeléctrico disponible, la reutilización de frecuencias es indispensable y, para garantizar que no haya interferencias en la comunicación entre los usuarios y las radio bases, se debe gestionar el ancho de banda disponible de la red. Para ello, se adoptan distintas estrategias. Una de ellas es distribuir el tiempo de transmisión entre los usuarios de un mismo canal, este es el caso de la tecnología móvil GSM. La otra estrategia es distribuir diferentes códigos de acceso entre los usuarios, este es el caso de la tecnología móvil UMTS; incluso, puede repartirse a la vez la cantidad de frecuencias y el tiempo de transmisión entre usuarios y las radio bases, es el caso conocido de tecnología LTE.

La GSM

Se le conoce como el sistema global para las comunicaciones móviles (del inglés Global System for Mobile communications, y originariamente del francés groupe spécial mobile). Es un sistema estándar, independiente de cuál servicio se ofrezca, y se le considera de telefonía móvil digital. (PENTTINEN, 2010).

Esta tecnología se le considera como un sistema de segunda generación de la telefonía móvil celular, es un sistema europeo de tipo digital, con adaptación de voz y datos digitales (SMS, MMS), esto es lo que es el equivalente a la estructura de la tecnología 2G. Esto conllevó a una serie de mejoras respecto a los sistemas analógicos que se habían desarrollado, como son: mayor eficiencia en el uso del espectro y mejor calidad del servicio; una mejora sustancial en la transmisión de

datos hasta 9,6 kbps, en esos tiempos era la innovación. Se debe recalcar que una de las modificaciones de esta norma de GSM, es el servicio de empaquetamiento de datos GPRS que proporciona velocidades de datos de 56 kbps en la recepción y 40 kbps en la transmisión. Por el hecho de que esta tecnología se encuentra en un punto medio entre la segunda y la tercera generación, se le denomina 2.5 G.

Con respecto a las bandas de frecuencias de operación, las bandas de 900 MHz y 1800 MHz son coordinadas a nivel de operación del sistema europeo para dar este tipo de servicios. Inicialmente en Panamá, solo había dos operadores y suponían el uso de una banda para GSM, pero con la llegada de otros dos proveedores se tuvo que reasignar una nueva banda para hacer uso de este servicio.

La LTE

La LTE (acrónimo de Long Term Evolution), es un estándar para comunicaciones inalámbricas de transmisión de datos de alta velocidad para teléfonos móviles y terminales de datos. El 3GPP, es una colaboración de grupos de asociaciones de telecomunicaciones, conocidos como miembros organizativos. El objetivo inicial del 3GPP era establecer las especificaciones de un sistema global de comunicaciones de tercera generación 3G para teléfonos móviles basándose en las especificaciones del sistema evolucionado GSM (Global System for Mobile Communications: sistema global de telecomunicaciones móviles) dentro del marco del proyecto internacional de telecomunicaciones móviles 2000 de la ITU (Unión Internacional de Telecomunicaciones). está definida por unos como una evolución de la norma 3GPP UMTS (3G) y por otros como un nuevo concepto de arquitectura evolutiva (4G). Eso para dar paso a lo que inició la LTE. (DAHLMAN et al, 2009).

Las redes LTE representan la evolución de las actuales tecnologías 3G y conllevan a mejoras considerables en los servicios de banda ancha móvil como por ejemplo permite velocidades superiores a los 100 Megas, nos entrega una menor latencia y es compatible con los últimos avances de tecnología móvil.

Parámetros teóricos para considerar

Como esta investigación se refiere al estudio de las densidades de potencia, es prudente establecer en qué consisten y de qué depende cada una de ellas.

Mientras que los campos eléctricos están asociados solamente con la presencia de la carga eléctrica, los campos magnéticos son el resultado del movimiento físico de las cargas eléctricas (corriente eléctrica). Un campo eléctrico E ejerce fuerzas sobre una carga eléctrica, que se expresa en voltios por metro

Los campos eléctricos y magnéticos tienen magnitud y dirección, pues son vectores. Un campo magnético puede ser especificado en dos formas, como densidad de flujo magnético B, expresado en teslas (T), o como intensidad de campo magnético H, expresado en amperios por metro

las dos cantidades están relacionadas por:

donde µ es la constante de proporcionalidad (la permeabilidad magnética) en el vacío o en el aire, así como también en materiales no-magnéticos (incluyendo materiales biológicos),

Por lo tanto, cuando se describa un campo magnético para protección, debería especificarse solamente una de las cantidades B o H.

En la región de campo lejano, el modelo de onda plana es una buena aproximación de la propagación del campo electromagnético. Las características de onda plana son:

- Los frentes de onda tienen una geometría plana.

- Los vectores E y H y la dirección de propagación son mutuamente perpendiculares.

- La fase de los campos E y H son las mismas, y el cociente de las amplitudes E/H es constante a través del espacio. En espacio libre, la relación E/H = 377 ohmios que es la impedancia característica del espacio libre.

- La densidad de potencia S, es decir la potencia por unidad de área normal a la dirección de propagación, está relacionada a los campos eléctricos y magnéticos por la ecuación 2.

La entidad encargada de regular y normar estos niveles de densidad de potencia en la República de Panamá es la Autoridad de los Servicios Públicos (ASEP), quienes se basan en el documento editado por la INTERNATIONAL COMMISSION ON NON‐IONIZING RADIATION PROTECTION (ICNIRP), en la publicación de sus factores de limitación a los campos magnéticos y eléctricos, y en la recomendación- orientación de los cumplimientos de los límites de exposición de las personas conocida como la recomendación Rec. UIT K.52.(UIT,2018).

METODOLOGÍA

Área de estudio

El presente estudio se desarrolló en un área de superficie de 8.6Km2 de la Ciudad de Panamá, específicamente el Corregimiento de Bethania, Provincia de Panamá, entre las coordenadas 9° 0′ 52.99″ N, 79° 31′ 45.84″ W.

Método de estudio

Para la realización del estudio se utilizó las recomendaciones de medidas comprendidas en el rango de frecuencia de 10MHz – 10GHz del Manual de la Oficina de Radiocomunicaciones de Comprobación Técnica del Espectro de la Unión Internacional de Telecomunicaciones, que consiste en tomar muestras por 6 minutos, utilizando los instrumentos de medición, que son analizadores de espectro HP8594 de 9KHz a 3GHz, con una antena tipo dipolo cruzado y otro monopolo con un mástil que posea una altura de 5 o 10 metros, una laptop para realizar la

comunicación con el analizador de espectro para la captura de los datos, un inversor de voltaje para la alimentación de los equipos y un GPS para la determinación de las coordenadas de los sitios. El arreglo de los equipos para la realización de las capturas de datos se aprecia en la figura 1.

Figura 1
Instalación de los equipos para la realización de la captura de los datos.
Elaborada por los autores

Se seleccionaron 7 sitios de medición y se procedió a realizar la captura de datos para las cuatro operadoras de servicio de telefonía móvil celular que prestan servicios de GSM y LTE. Estos sitios de medición se observan en la figura 2.

Figura 2
Sitios para la realización de las mediciones y la captura de datos en el Corregimiento de Bethania.
Elaborada por los autores

Cada sitio de medición y de captura de datos posee las coordenadas que se muestran en la tabla 1.

Tabla 1

Coordenadas de los sitios de medición y de captura de datos

Para determinar en cuál banda de operación están los operadores de telefonía móvil celular, es necesario establecer las bandas de operación de GSM (3G) y de LTE. En la Tabla 2 se muestran estos parámetros.

Tabla 2

Bandas de operación de frecuencia para los servicios GSM y LTE

Cada operador de servicio de telefonía móvil celular que opera en las bandas de frecuencias GSM y LTE requiere de una red muy robusta dependiendo de las condiciones topográficas del terreno, es decir, de la ubicación estratégica de sus antenas de transmisión y recepción a través de torres o de la utilización de las azoteas de los edificios, usadas como elementos de altura para que permitan la propagación de las señales. Para ello se utilizan modelos de propagación tales como los de Okumura-Hata, o de leyes de potencias, modelos de tipo empírico, con respecto a sus contraparte, Walfish&Bertoni. (RÁBANOS et al, 2000), que tratan de predecir de cierta forma las pérdidas de las señales en los trayectos. Seguido, en la figura 3, se muestra la distribución de las torres y antenas para el operador A. Se puede observar que el área dispone de aproximadamente 17 puntos de transmisión de la señal de GSM y LTE.

Figura 3
Distribución de las torres de las antenas del operador A en el Corregimiento de Bethania.
Información de la base de datos de la ASEP

En la figura 4 se observa la distribución de las 13 antenas (o sitios de transmisión) y torres del operador B, al momento de realizar el estudio.

Figura 4
Distribución de los sitios donde se ubican las antenas y torres por parte del operador B.
Información de la base de datos de la ASEP

En ese mismo orden, en las figuras 5 y 6 se observan las 15 ubicaciones de antenas y las 29 torres de los operadores C y D

Figura 5
Distribución de los sitios donde se ubican las antenas y torres por parte del operador C.
Información de la base de datos de la ASEP

Figura 6
Distribución de los sitios de ubicación de las antenas y torres del operador D
Información de la base de datos de la ASEP

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

El estudio realizado dio como resultado un total de 56 mediciones con un promedio de 125 muestras por cada sitio. Estos resultados lo presentamos en dos cuadros. La tabla 3 muestra los resultados de los valores promedio de las densidades de potencia correspondiente de la banda de GSM por sitio y operador. La tabla 4 muestra los resultados de los niveles de densidades de potencia correspondiente a la banda LTE por sitio y operador.

Tabla 3

Niveles de densidades de potencia (nW/m2) de GSM por cada sitio de medición

Tabla 4

Niveles de densidades de potencia (nW/m2) para LTE por cada sitio de medición

Se puede observar que la contribución de niveles de densidad de potencia en la banda de GSM es 36.97%

por parte de los operadores C y D, al Corregimiento de Bethania. Con relación al sitio que mayor nivel de densidad de potencia desarrolla, corresponde al sitio 1, del sector de Plaza Centenial y sus alrededores, con un 25%

acumulativo de señales correspondiente a la banda de GSM.

Con respecto a la banda de LTE, el operador C desarrolla un 43.88% (valor promedio de

, y el sitio con mayor con nivel acumulativo corresponde el sitio 1 con un 25%

correspondiente al sector de Plaza Centenial.

Estudio Comparativo de los Niveles de GSM y LTE

Para el estudio de cuál nivel de densidad de potencia con respecto a la banda de GSM o la banda de LTE tiene mayor incidencia en el Corregimiento de Bethania, Provincia de Panamá, se utiliza la prueba estadística

de Student para grupos relacionados, ya que las mediciones de los niveles de las densidades de potencia son variables cuantitativas y continuas en un intervalo.

Planteamiento de la hipótesis

Hipótesis Nula

El nivel de densidad de potencia con respecto a las radiobases de GSM tiene mayor contribución al Corregimiento de Bethania.

Hipótesis Alterna

: El nivel de densidad de potencia con respecto a las radiobases de LTE tiene mayor contribución al Corregimiento de Bethania.

La aplicación de la prueba t-Student que compara dos variables cualitativas se basa en la comparación de las medias con base en el conocimiento de su varianza, Utilizando los cálculos establecidos, los resultados se muestran en el cuadro 5.

Tabla 5

Estudio comparativo de t-Student

Para calcular el intervalo de confianza de 95% para la diferencia de medias, se necesita calcular el error estándar de la diferencia de medias, en el supuesto de igualdad de varianzas con un valor de a = 0.05. En la tabla 6 se observan los resultados del análisis.

Tabla 6

Valores de prueba t-Student

El intervalo de confianza de 95% es de -0.81 hasta 4.97. Puesto que el valor calculado de p (0.999) es mayor que el nivel de significancia alfa ( a=0.05) se acepta la hipótesis nula

es decir, el nivel de contribución de densidad de potencia por parte de la banda de GSM es mayor con respecto a la banda de LTE.

A pesar que las dos muestras no representaban una distribución de normalidad, se realizó la prueba t-Student. En la figura 7 se observa la distribución de densidades para las dos variables relacionadas GSM y LTE con su representación de la

calculada y la t crítica.

Figura 7
Distribución de t-student para las variables GSM y LTE
Elaborada por los autores con los datos del estudio

Se comprueba que hay mayor contribución de niveles de densidad de potencia con respecto a la banda GSM comparándola con la banda de LTE. Esto significa que hay una contribución de 82.20%

por parte de la banda de GSM y 17.80% (valor promedio de

Estas valoraciones se ilustran en la figura 8.

Figura 8

Distribución de Niveles de Densidades de potencia en el Corregimiento de Bethania.

Elaborada por los autores

Estudio Comparativo de los niveles de densidades de potencia para la banda de GSM y LTE

Para la estimación de los niveles de las densidades de potencia de las bandas de GSM y LTE, que sobrepasa los límites permitidos por las normas de la ICNIRP y de las regulaciones nacionales e internacionales, es necesario explicar que estos estudios se basan en dos tipos de zonas conocidas como zona ocupacional y la zona de público en general. La zona ocupacional se establece para aquellos niveles que se desarrollan en un área de trabajo, la zona de público en general, es para aquellas personas que no operan o manipulan ningún equipo de transmisión de radio bases, para nuestro caso, tanto de GSM y LTE. El estudio considera la zona de público general.

Para la determinación del nivel de densidad total absorbida se utiliza la ecuación 3, relación total de densidad de potencia (Mejía, 2010).

Donde

Límites de exposición por cada frecuencia i.

Para estos efectos se utilizan las que aparecen en la tabla 7.

Tabla 7

Límites de Densidades de Potencia

Recomendación K.52. Unión Internacional de Telecomunicaciones.2000

Los resultados finales de los índices acumulativos de absorción por las densidades de potencia de GSM y LTE se aprecian en la tabla 8.

Tabla 8

Índice acumulativo de los niveles de densidad de potencia permitidos

Se observa que el índice acumulativo de absorción de densidad de potencia producido por las bandas GSM y LTE en el Corregimiento de Bethania es de

que está muy por debajo de 1, por lo que la cantidad de densidad de potencia para la población del Corregimiento de Bethania es despreciable.

CONCLUSIONES

Un estudio exhaustivo del comportamiento de los niveles de densidades de potencia por parte de las cuatro operadoras de servicio de telefonía móvil celular nos permite

establecer que las densidades de potencias son más elevadas, pero dentro de los rangos permisibles de la banda de GSM comparadas con la banda LTE.

Hay sitios que establecen una menor cobertura o de bajas densidades de potencia para ambas bandas de operación de GSM y LTE por lo que es posible que el servicio baje la demanda debida a su nivel muy bajo de densidad de potencia.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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