LA NECESIDAD DE LA MOVILIDAD EN LAS COMUNICACIONES PARA EL TRANSPORTE URBANO Y EL IMPACTO AMBIENTAL DE LAS INFRAESTRUCTURAS RESUMEN

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1 LA NECESIDAD DE LA MOVILIDAD EN LAS COMUNICACIONES PARA EL TRANSPORTE URBANO Y EL IMPACTO AMBIENTAL DE LAS INFRAESTRUCTURAS MARÍA CRISTINA ESCOBAR LABELLA Ingeniero Superior en Telecomunicaciones RESUMEN En esta ponencia se va a analizar el impacto sobre el medio ambiente derivado de la necesidad de MOVILIDAD en el ámbito del transporte público de superficie en las ciudades analizando el ejemplo concreto de los Transportes Metropolitanos de Barcelona (TMB). Se analizará cómo se consigue una mayor eficiencia en la movilidad de los ciudadanos mediante las infraestructuras de radiocomunicaciones móviles así como el impacto que tienen dichas infraestructuras en el medio ambiente tanto a nivel físico como de radiación de señales electromagnéticas. A continuación se presenta una imagen con el Árbol de Estrategias para el Modelo de Negocio de un SAE como el de TMB. 1

2 1. INTRODUCCIÓN La Movilidad, en el caso práctico de TMB, se basa en el SAE (Servicio de Ayuda a la Explotación). El SAE se fundamenta a su vez sobre distintos Sistemas de Comunicaciones LAN, MAN o WAN (TETRA, Wi-Fi, GPRS, UMTS, Ethernet). Estos Sistemas permiten cubrir los distintos servicios que se precisan como son los que siguen: Comunicaciones de Voz y Datos Sistema de ticketing SIU (Sistema de Información al Usuario en el Embarcado) SIC (Sistema de Información al Conductor) Videovigilancia PIU (Puntos de Información al Usuario en las Paradas) CRT (Control de Regulación del Tráfico) IBus: información mediante envío de SMS a teléfonos móviles Localización de flota (por GPS y por autolocalización) Sistemas de ayuda a discapacitados Sistemas de emergencia Gestión de Control y Mantenimiento del Autobús SGE: Sistema de Gestión de Energía Puestos de Mando y Control Control Semafórico, etc. El SAE es una herramienta telemática orientada a la mejora de la Calidad de la Movilidad del Transporte Público, a través del incremento de la regularidad de paso de los autobuses por las paradas, y el aumento de su puntualidad en aquellas líneas con tiempos de paso preestablecidos por cada una de dichas paradas. Por otro lado, el SAE permite la reducción del tiempo de espera de los usuarios en las paradas, aportando información actualizada permanentemente a los mismos. Se trata de un sistema que combina informática embarcada en cada uno de los autobuses y un sistema de transmisiones, con capacidad para enviar de forma cíclica un gran volumen de información y procesarla en un Centro de Control, a través de algoritmos complejos, posibilitando la gestión en tiempo real de la red de transporte. A partir de la experiencia en la integración de un SAE de gran tamaño como el de Barcelona, se presenta el Modelo de Negocio del SAE de Barcelona, teniendo en cuenta la operativa normal de funcionamiento así como el impacto ambiental de las infraestructuras de los subsistemas que lo componen. Actualmente en los Servicio de Ayuda a la Explotación de Autobuses (SAE) se está produciendo una evolución natural de sus sistema de comunicaciones de radio analógico hacia sistemas de comunicaciones radio digitales. En la migración de analógico a digital, además de la comunicación de voz entre el Centro de Control y los autobuses, se desean cubrir además y de forma integrada otras necesidades que o no estaban cubiertas, o lo eran mediante sistemas separados, como son los sistemas descritos arriba. 2

3 Se analizarán las plataformas que se están utilizando en la actualidad para la implementación de un SAE que responda a las necesidades de movilidad y comunicación de un modo sostenible y respetuoso con el medio ambiente. A continuación se presenta un esquema del SAE como in ITS (Sistema Inteligente para el Transporte). Un ITS (ref. [2] ) describe un amplio rango de tecnologías basadas en la informática y las telecomunicaciones orientadas a resolver los problemas del transporte o de la movilidad. Se pretende lograr ahorros efectivos de los tiempos y costes de viaje, disminución de incidencias y un mejor equilibrio con el medio ambiente. 2. LAS INFRAESTRUCTURAS DE COMUNICACIONES IMPLICADAS EN EL TRANSPORTE URBANO Las principales infraestructuras de Telecomunicaciones implicadas en el Transporte urbano son las siguientes: Estaciones Base para la colocación de los Sistemas Radiantes Sistemas radiantes adicionales (por ejemplo repetidores o antenas específicas que se requieran en los propios autobuses) Estas infraestructuras se sustentan sobre obra civil específica (Torres de Comunicaciones) que se debe construir en los puntos donde el estudio de cobertura indique la mejor relación SNR (señal a ruido). 3

4 Sistemas de Comunicaciones implicados Los tipos de comunicaciones inalámbricos utilizados por el SAE son los siguientes: TETRA para las comunicaciones de voz y datos en tiempo real del Modelo de Negocio del SAE. Para el resto de comunicaciones, ante la necesidad de un volumen de datos mayor. Wi-fi para la descarga en cochera de volúmenes grandes de información sobre la operativa diaria, etc. GPRS/UMTS para necesidades de Anchos de Banda mayores que wi-fi Bluethooth También se utilizan otros sistemas de Comunicaciones como son: Las Comunicaciones por Satélite (GPS ahora y a futuro, Galileo) para las aplicaciones de posicionamiento de vehículos (AVL). Especificaciones Técnicas de los Sistemas de Comunicaciones utilizados A continuación se detallan las especificaciones técnicas fundamentales de los Sistemas de Comunicaciones utilizados en un SAE con mayor frecuencia. Tecnología Wi-fi WiMax GPRS UMTS Bluetooth TETRA Tipo de Red / Alcance WLAN (de 12 a 100 m) WMAN(de 1,5 a 10 Km) WWAN WPAN (hasta 10 m) WWAN Standard Frecuencia de trabajo a, b, g 5,4 GHz(802.11a, g) 2,4 GHz(802.11b) d, e 2,5G 3G 11 GHz(802.16d) 2-6GHz(802.16e) MHz ,4 GHz ETS x MHz Throughput de red Desde 1 hasta 54 Mbps (reales 20 Mbps) Multiplexación empleada OFDM (802.11a, g) DSSS (802.11b) Desde 30 hasta 75 Mbps OFDM De 300 Kbps hasta 2,4 Mbps Hasta 720 Kbps 28,8 Kbps/canal Para GPRS: TDMA sobre GSM Para UMTS: W- CDMA GFSK TDMA Se hace notar que la Banda de frecuencia de trabajo asignada cor el CNAF a la radiolocalización por GPS está en la Banda de 890MHz hasta 1240 MHz (UN-122: Galileo, fase comercial prevista para el 2008). 3. EL IMPACTO SOBRE EL MEDIO AMBIENTE Las redes y Sistemas de Telecomunicaciones implicados impactan sobre el Medio físico de dos formas evidentes: 1. Impacto ambiental físico de los niveles de potencia emitidos por dichos Sistemas Radiantes. 2. Impacto ambiental físico que surge de la necesidad de colocar los Sistemas Radiantes a la altura adecuada para asegurar la cobertura del servicio. 4

5 El Impacto Radioeléctrico La Normativa Legal acerca de las Potencias Máximas Radiadas Las potencias máximas radiadas tanto por las Estaciones Base como por los Terminales están especificadas en el REAL DECRETO 1066/2001, de 28 de septiembre, por el que se aprueba el Reglamento que establece condiciones de protección del dominio público radioeléctrico, restricciones a las emisiones radioeléctricas y medidas de protección sanitaria frente a emisiones radioeléctricas. Las administraciones locales alarmadas por el impacto social de los posibles efectos adversos sobre la salud de las radiaciones han legislado de un modo más estricto que lo que se expone en esta tabla. Así por ejemplo, la Generalitat de Catalunya, en su Decreto 148/2001, de 29 de mayo, de ordenación ambiental de las instalaciones de telefonía móvil y otras instalaciones de radiocomunicación expone que la implantación de las redes de telefonía móvil no debe tener 5

6 efectos negativos sobre la salud de las personas. Para ello se determinan valores límite de 200 µw/cm2 para las antenas de las estaciones base en la frecuencia de 900 Megaherzios (menos de la mitad de los valores del Ministerio de Ciencia y Tecnología), de 400 µw/cm2 para las frecuencias de MHz (reducción superior al 50%), y de 450 µw/cm2 para las frecuencias a partir de MHz (redes UMTS y LMDS). Pero con mucho la legislación local más avanzada ha sido la del Gobierno de Castilla-La Mancha plasmada en la Ley 8/2001, de 28 de junio, para la ordenación de las Instalaciones de Radiocomunicación en Castilla - La Mancha, señalando en su exposición de motivos el uso compartido que evite la proliferación desordenada de este tipo de instalaciones, la protección de la salud, intensificando las exigencias mínimas comunitarias y teniendo como referencia para los valores máximos de inmisión los fijados en la Conferencia Internacional de Salzburgo del año 2000, que en el Anexo 3 quedan establecidos como valor máximo, en zonas sensibles, de 0,1 µw/cm2 para las frecuencias de telefonía móvil de las redes GSM, DCS y UMTS y de 10 µw/cm2 de nivel máximo permitido en suelo urbano, independientemente de las de frecuencias de emisión. En nuestro ejemplo concreto del SAE de BCN y cumpliendo todas las legislaciones aplicables se tienen los siguientes valores: La Potencia radiada por una Estación Base TETRA es de 32 W (Vatio) por portadora (frecuencia). Esto es, incluyendo en la PIRE la Ganancia de Antena. La potencia máxima de un Terminal Móvil TETRA es de 3 hasta 10 W dependiendo del modelo. La potencia máxima de un Terminal Portátil TETRA es de 1 W. En cualquier caso, según la legislación nacional antes mencionada existe un parámetro fundamental en la evaluación de la potencia radiada sobre cualquier cuerpo. Este parámetro es el SAR (Specific Energy Absorption Rate). El SAR es el índice de absorción específica de energía. Se define como potencia absorbida por unidad de masa de tejido corporal, cuyo promedio se calcula en la totalidad del cuerpo o en partes de éste, y se expresa en vatios por kilogramo (W/kg). El SAR de cuerpo entero es una medida ampliamente aceptada para relacionar los efectos térmicos adversos con la exposición a las emisiones radioeléctricas. La ecuación que debe cumplirse con respecto al SAR es la que sigue: Donde SARi es el SAR causado por la exposición a la frecuencia i; SARL es la restricción básica de SAR que figura en la especificación del Real Decreto (cuadro 1 que está más adelante); Si es la densidad de potencia a la frecuencia i; SL es la restricción básica de densidad de potencia que figura en en la especificación del Real Decreto (cuadro 1). 6

7 Los diagramas de Radiación Donde f es la frecuencia en Hertzios (Hz) Conviene diseñar bien el Diagrama de Radiación de todos los emplazamientos implicados. Tras la realización del Estudio de Cobertura para asegurar el servicio requerido se obtienen los emplazamientos adecuados. Para cada emplazamiento se tiene cuál es la dirección de radiación de la potencia y esto incluye las zonas que no precisan ser radiadas Por ejemplo, en Barcelona, en la Torre de Collserola si nos orientamos mirando al mar, no se precisa radiar a nuestra espalda (están las montañas de Collserola) ya que se tiene la ciudad de frente. Además el imapcto ambiental en este caso sería muy malo ya que Collserola es un Parque Natural. Del Diagrama de Radiación diseñado se escogerán las antenas y aunque el diagrama de radiación de la especificación del producto comercial no se ajusta exactamente al diagrama diseñado sí que se aproxima bastante a la necesidad que se debe cubrir. El Impacto Físico en sí mismo de las Torres/Infraestructuras de obra civil que se precisan Infraestructuras a integrar en el medio ambiente urbano Para poder dar la cobertura especificada al Sistema de Radiocomunicaciones es preciso hacer una serie de cálculos de los que se deriva la altura de colocación de los Sistemas Radiantes. Esto implica un impacto físico por la obra civil que se deriva de la construcción de Torres de Comunicaciones en los puntos donde se precisa la colocación de las antenas. Normalmente estas torres se reutilizan para varios servicios disminuyendo así el impacto ambiental de la obra civil aunque aumentando el nivel de potencias radiadas a las distintas frecuencias de trabajo de los distintos Sistemas de Telecomunicaciones que comparten estas torres. Además de las Torres de Comunicaciones en las paradas de autobús se tienen que integrar los sistemas de PIU (Puntos de Información al Usuario) y los sistemas ibus (mensajería pública para 7

8 información de tiempos de espera en parada). Esto también presenta cierto impacto físico sobre el medio urbano. En el caso específico de TMB, debido al Impacto Ambiental se obligó a la Gerencia del Proyecto a buscar Sistemas Radiantes más discretos en una de las Torres del proyecto. 4. LA NECESIDAD DE ECONOMIZAR ESPECTRO RADIOELÉCTRICO Eficiencia Espectral El ancho de banda es un bien limitado, esto hace que la eficiencia espectral sea un factor de decisión muy importante a la hora de escoger un sistema de telecomunicaciones adecuado. La seguridad en las comunicaciones es otro factor importante para migrar hacia sistemas digitales. Por estas razones se está produciendo la migración de los sistemas de radio analógicos hacia los sistemas de trunking digitales como lo es el sistema TETRA que es muy utilizado en los SAE. En el siguiente esquema se observa una comparativa de la eficiencia espectral de algunos sistemas de telecomunicaciones inalámbricos con TETRA. 5. LA REDUCCIÓN DEL IMPACTO AMBIENTAL DE LAS INFRAESTRUCTURAS DE COMUNICACIONES Hasta aquí se han expuesto dos impactos ambientales claros derivados de las infraestructuras de radiocomunicaciones: el impacto físico de la obra civil de las Torres de Comunicaciones y el impacto de la radiación de las señales electromagnéticas transmitidas por aire a ciertas frecuencias y con determinada potencia. Se va a analizar cómo se pueden reducir ambos impactos. 8

9 Reducción del impacto de las Torres de Comunicaciones En los sistemas de radiocomunicaciones se consigue disminuir el número de emplazamientos (Torres de Comunicaciones) mediante sistemas conocidos como: Realizar una distribución celular para una misma área de Cobertura (realización de picocélulas ). Duplicar las SBS (Site Base Station) para una misma área de cobertura. Empleo de Sectorización. Si en cada emplazamiento se configuran dos o tres sectores se consigue duplicar o triplicar el tráfico de datos del servicio. En el caso práctico del SAE de TMB se han empleado estas técnicas para disminuir así el número de emplazamientos que se precisaban. Se debe tener presente que aunque sea evidente, el hecho de poder alquilar las Torres de Comunicaciones a un precio razonable a sus dueños, esto es un factor económico importante para reducir el número de emplazamientos al no tener que realizar la obra civil del emplazamiento nuevo que se necesite. Reducción del impacto del aumento de radiación de señales electromagnéticas La reducción del impacto debido a la radiación es más complejo de conseguir porque además de buscar una mejora en la eficiencia de los datos implicados en el servicio de todo el Modelo de Negocio requeriría de la estandarización de parte del hardware y software empleados en el despliegue de estos sistemas de radiocomunicaciones. Esto es complejo porque implicaría un acuerdo entre todos los fabricantes de radiocomunicaciones. Otro modo de disminuir el impacto ambiental de las radiaciones electromagnéticas es insistir en que las legislaciones velen porque no se esté radiando en zonas donde no procede en base al servicio al que se debe dar cobertura. Además esto sería positivo para evitar interferencias con otros sistemas. Otros factores técnicos que intervienen en la reducción del impacto ambiental Existen otros factores que también intervienen en una reducción general del impacto ambiental porque mejoran la eficiencia de la información que fluye por el Sistema de Radiocomunicaciones. Se detallan a continuación: Algoritmos de compresión de información Protocolos eficientes extremo a extremo para el Modelo de Negocio en cuestión. En este caso el SAE de TMB. Separación del Nivel Aplicativo SAE y el Nivel de Comunicaciones para el SAE ya que la velocidad de evolución de estos dos ámbitos es muy distinta. De este modo un cambio rápido en el entorno de las telecomunicaciones no implica desechar completamente todo un Modelo de Negocio como el de un SAE. Estandarización de interfaces tanto a nivel físico como a nivel lógico (ahorra conversiones y retardos entre etapas). Prioridad semafórica. 9

10 A estos factores técnicos deberían añadirse otros factores sociales y políticos que apoyaran el derecho a reducir el impacto ambiental mediante estas técnicas expuestas. Esto pasa por desarrollar Planes de Movilidad detallados en todos los ámbitos: Municipales, de la Comunidad Autónoma o Estatal. Una apuesta por el Futuro: se hará realidad? Una propuesta innovadora que se propone como idea en esta ponencia es la que sigue: El escenario ideal para los sistemas de radiocomunicaciones sería la compartición de todas las infraestructuras estándares de radiocomunicaciones de tal modo que cuando se seleccionase un servicio inalámbrico fuese atendido, en función del ancho de banda requerido y de la cobertura del sistema más próximo, indistintamente por cualquier sistema inalámbrico posible conmutando (de modo transparente al usuario) de uno a otro a modo de roaming cuando el nivel de potencia del servicio bajase a cierto umbral. Obviamente la idea expuesta requiere de la estandarización en los siguientes ámbitos: Hardware de adaptación a nivel de SBS (Site Base Station en general) para poder introducir la nueva etapa de adaptación entre los distintos sistemas ya que cada uno radia a frecuencias distintas. Firmware para configurar el hardware mencionado de adaptación Software (se incluye las BBDD implicadas en los roaming) que se precise para programar el protocolo de adaptación. Protocolos OSI. Se deberá añadir un nuevo protocolo de adaptación entre los siguientes sistemas de radiocomunicaciones. Este nuevo protocolo de adaptación estará por encima del nivel 3 (Nivel de Red) de OSI y por debajo del nivel OSI 7 (Nivel de Aplicación). Además se deberían aplicar criterios de adaptabilidad del ancho de banda en función del uso y la necesidad del momento para economizar ancho de banda. También se requeriría una buena dosis de diálogo para poder unificar los sistemas de tarificación de los distintos sistemas empleados (entre ellos: TETRA, GPRS, UMTS, Wi-Fi o Wi-Max). 6. CONCLUSIÓN La necesidad de Movilidad Física en el ambiente urbano nos lleva a requerir Sistemas Móviles inalámbricos en las comunicaciones. Esto conlleva un impacto ambiental físico las torres donde se instalan las antenas (y los propios sistemas radiantes) y de radiación con señales que llevan la información que se precisa radiando potencias del orden de 30 W desde la torre hacia los Terminales y del orden de 1 a 12 W desde los Terminales portátiles o móviles hacia las torres. La eficiencia y optimización de los Sistemas de Telecomunicaciones inalámbricos (al mejorar los tiempos de información en tiempo real de la flota de autobuses) llevan a una mejora en los algoritmos internos del SAE lo que implica una mejora en la Movilidad Física del Transporte Urbano. Es decir: el sistema se realimenta. Pero esto sería una situación ideal si no existieran otros parámetros como el aumento continuo de uso de vehículos privados en el entorno urbano. Esto hace que haya más congestión de tráfico y que la Velocidad Comercial de los autobuses disminuya. Actualmente en el SAE de TMB 10

11 (según datos de T.M.B del año 2004) en hora punta se tiene 11,6 Km/h y en hora media 12,2 Km/h. Es preciso coordinar políticas locales y estatales para controlar algunos parámetros (como el aumento de tráfico por transporte privado) ya que éstos nada tienen que ver con los Sistemas de Telecomunicaciones pero hacen que el impacto ambiental en el entorno urbano no mejore. Conviene integrar en el diálogo de la Movilidad urbana a todos los actores implicados: usuarios, administraciones públicas, fabricantes y tecnólogos para diseñar soluciones viables desde la participación activa. No es tan importante conocer cómo está la situación ahora mismo sino comenzar a diseñar cuál sería la situación ideal a futuro para empezar a trabajar en ese sentido. Esquema de Realimentación Movilidad Física VS Movilidad en las Telecomunicaciones BIBLIOGRAFÍA (1) Decreto 148/2001, de 29 de mayo de la Generalitat de Catalunya. (2) Libro Verde de los Sistemas Inteligentes de Transporte Terrestre. Comisión de Transportes del Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, Noviembre 2003 (3) Plataformas de Radiocomunicaciones para un SAE. Mª Cristina Escobar Labella, revista BIT, Enero 2006 (4) Real Decreto 1066/2001, de 28 de septiembre para especificar las potencias máximas radiadas tanto por las Estaciones Base como por los Terminales de radiocomunicaciones. 11