Análisis de irradiación electromagnética en las

13SISTEMAS& TELEMÁTICA

Fecha de recepción: 10-12-2004 Fecha de aceptación: 30-03-2005

Análisis de irradiación electromagnéticaen las inmediaciones de una radio base

sectorizada en condiciones andinas

Alexis Paolo García [email protected]

Universidad Industrial de SantanderEscuela de Ingenierías Eléctrica, Electrónica y Telecomunicaciones

Grupo de Investigación en Radiocomunicaciones - RadioGIS

ABSTRACTFor more than a year now, the RadioGIS Research Group, assisted by theSchools of Electrical, Electronic andTelecommunications Engineering (E3T)at UIS, together with other local re-search groups (i.e. ICESI´s I2T, UFPS’sGIDT, and UDI’s MAXWELL, and theColombian Ministry of Communica-tions have been conducting a numberof studies on high-frequency electro-magnetic radiation under outdoor con-ditions to determine acceptable humanexposure levels to this kind of radiation.These studies are driven not only byacademic interest in this subject, butalso by concerns raised by communitiesin the city of Bucaramanga and otherregions in Colombia with respect to theinstallation of a large number of radio-communications stations.With this paper, the Radio GIS groupmakes some contributions, which will

hopefully benefit both the populationin general and the regulatory agencies,aiming at establishing control policiesbased on concrete theoretical and tech-nical studies.The results of the studies discussed inthis paper derive from previous re-search conducted in the field of electro-magnetic propagation. They were ex-trapolated to new research studies onsectorized radio bases under Andeanregion conditions.Based on modern simulation and mea-surement methods to determine thecoverage areas and radiation levels gen-erated by cellular systems, which arenow operating in Colombia at frequen-cies of 800 MHz and 1,900 MHz (i.e.CDMA2000.1x, TDMA/IS-136 andGSM 800 and 1900 Standards), safehuman exposure levels and limits werecalculated efficiently.In addition to this, this paper presentsthe results and relevant analysis of themain commercial frequencies on the

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radioelectric spectrum which are con-sidered critical to the safety of the gen-eral public (i.e. AM, FM, TV, 300MHz,and cellular frequencies) based on read-ings taken in the field. This is intendedto make a comparison of the percentileand specific radiation of mobile phoneand PCS systems against internation-al standards.

These studies were conducted in coop-eration with the Bucaramanga Region-al Management Division of the Minis-try of Communications, which madeavailable their spectrum monitoringsystems.

KEY WORDSDensity, power, field, restrictions, lev-els, reference contribution, broadband,zones, sectorization, readings, polariza-tion, algorithm, model, Walfisch, Ikeg-ami, COST231, GIS, propagation, pathloss, topography, Andean.

RESUMENDesde hace más de un año el Grupo deInvestigación RadioGIS, apoyado por laEscuela de Ingenierías Eléctrica, Elec-trónica y Telecomunicaciones-E3T- de laUIS, junto con otros grupos de investi-gación del país (i.e. I2T-ICESI, GIDT-UFPS y MAX WELL-UDI) y el Ministe-rio de Comunicaciones, vienen realizan-do estudios sobre las irradiaciones elec-tromagnéticas en ambientes abiertos aaltas frecuencias y sobre los niveles acep-tables de exposición a estas irradiacio-nes para los seres humanos. Estos estu-dios son motivados no sólo por la inquie-tud académica sobre el tema sino tam-bién por las dudas generadas en las co-munidades de la ciudad de Bucaraman-ga y de otras regiones del país ante lainstalación de una gran cantidad de es-taciones de radiocomunicación. Con estepaper el grupo RadioGIS realiza algu-

nos aportes que espera beneficien a lapoblación en general y a los entes regu-ladores en busca de establecer políti-cas de control basadas en estudios teó-ricos y técnicos concretos. Los resulta-dos de los estudios aquí expuestos sederivan del desarrollo de investigacio-nes previas realizadas en el área depropagación electromagnética11,12,13 ex-trapolados a nuevos trabajos de inves-tigación sobre radios base sectorizadasen condiciones andinas.4,9,14,17 Se ponenen práctica métodos modernos de simu-lación y de medidas para determinarlas áreas de servicio y los niveles de irra-diaciones ocasionados por los sistemascelulares actualmente en funciona-miento en Colombia en las bandas de800MHz y 1900MHz (i.e. EstándaresCDMA2000.1x, TDMA/IS-136 y GSM800 y 1900), y de esta manera poderestablecer de forma eficiente y eficaz losniveles y límites de seguridad. Además,con base en medidas de campo, se pre-sentan los resultados y los análisis he-chos a las principales bandas del espec-tro radioeléctrico explotadas comercial-mente y consideradas como críticaspara la seguridad del público en gene-ral (i.e. Bandas de AM, FM, TV,300MHz y Celular), en busca de obte-ner puntos de comparación con las irra-diaciones porcentuales y las particula-res de los sistemas móviles Celular yPCS, tomando como referencia las re-comendaciones internacionales.7,18,21,25

Estos trabajos se realizaron en coope-ración con el Ministerio de Comunica-ciones, Dirección Territorial Bucara-manga, haciendo uso de sus sistemasde monitoreo espectral.

PALABRAS CLAVEDensidad, potencia, campo, restriccio-nes, niveles, referencia, contribución,banda ancha, zonas, sectorización, me-didas, polarización, algoritmo, modelo,Walfisch, Ikegami, COST231, GIS, pro-pagación, path loss, relieve, andino.


INTRODUCCIÓNLuego de haber iniciado un procesoinvestigativo en el área de radiopro-pagación celular sobre terreno irre-gular y haber expuesto sus resulta-dos a nivel nacional e internacio-nal11,12,13 este trabajo dio continuidada esta línea de investigación orientán-dose al ofrecimiento de una solucióninicial confiable para el análisis y si-mulación de propagación electromag-nética y definición de niveles de po-tencia y densidad de potencia sobreentornos urbanos con esquemas detopografía irregular para las bandasUHF en sistemas de comunicacióninalámbricos. El trabajo realizado ysus futuros avances se presentancomo una propuesta para el desarro-llo de una plataforma base que suplalas necesidades básicas del Ministe-rio de Comunicaciones de Colombiaen cuanto a la predicción de Áreas deServicio y estimación de Densidadesde Potencia (para consideracionesambientales en cuanto a emisiones decampos electromagnéticos), que lue-go será complementada con trabajosque incluirán la aplicación de algo-ritmos específicos para otras bandasdel espectro radioeléctrico, tanto parael cálculo de pérdidas por propaga-ción, como para la estimación de in-terferencias, análisis de capacidad,estimación de niveles de irradiacio-nes y configuraciones de campo cer-cano y lejano en sistemas de baja fre-cuencia.

Por otro lado, se resalta la importan-cia de este estudio debido al auge ycrecimiento que han tenido las nue-vas redes móviles celulares en Colom-bia como CDMA2000.1x, GSM800 yGSM1900, lo que ha generado múlti-ples discrepancias entre la población,la comunidad académica y los entes

gubernamentales en cuanto a la in-fluencia de los campos electromagné-ticos emitidos por estos sistemas so-bre la salud humana. Al respecto nose ha establecido un concepto conclu-yente a nivel internacional, pero des-pués de varios estudios desarrolladospor organizaciones mundiales7,21,25 ynormativas establecidas por algunospaíses como Chile,1 Venezuela,6 Ar-gentina5 y España,19 se ha concluidoen la necesidad de emitir normas yrecomendaciones para establecer al-gunos valores mínimos de seguridada la exposición a campos electromag-néticos en Colombia. Aunque en elpaís esta normativa no se ha estable-cido, ya existe un borrador de decre-to bajo estudio18 que aplica estas re-comendaciones, no sólo a las bandasCelular y PCS, sino que se extiendea todas las fuentes de irradiacióncomprendidas entre los 3KHz y300GHz.

Según el análisis hecho a la proble-mática por parte de RadioGIS-UIS esde especial interés y beneficio parael Ministerio de Comunicaciones elpoder determinar estos niveles deirradiación en las condiciones yamencionadas para ser comparadascon normas establecidas a nivel mun-dial. Con los resultados obtenidos sepodrán despejar las dudas existentesy realizar las recomendaciones perti-nentes a los operadores de los siste-mas, brindando así tranquilidad a lapoblación. Es así que contar con al-goritmos de predicción como los quese han utilizado en la investigaciónse lograrán predecir los niveles decampo recibidos sobre las coberturasde celdas sin necesidad de trasladarcostosos equipos de medida, y a par-tir de los resultados de simulación,tomar decisiones sobre cuáles son los


lugares más vulnerables y realizar,si es necesario, los respectivos cote-jos de campo, ahorrando tiempo, di-nero y horas hombre dedicadas.

En este trabajo en particular se uti-lizó un Sistema de Información Geo-gráfico-SIG comercial (i.e. ArcView dela casa ESRI), un Modelo Digital dela ciudad de Bucaramanga (propor-cionado por la compañía TES Améri-ca Andina Ltda.), junto con una he-rramienta de planificación celularfacilitada por el Grupo de Investiga-ción en Comunicaciones Móviles-MCG de la Universidad Politécnicade Valencia.23 El trabajo presenta unanálisis de cobertura y densidad depotencia para la telefonía móvil celu-lar (i.e. un sitio que comparte las tec-nologías CDMA2000.1x y TDMA/IS-136 en una configuración de sectori-zación de grado tres) en una regiónparticular de Bucaramanga donde setienen características de relieve ur-bano tipo andino. Además, se hace unanálisis de las contribuciones de otrossistemas radioeléctricos que influyenen los niveles de exposición a camposelectromagnéticos del sector en estu-dio (i.e. bandas AM Comercial, FMComercial, TV banda baja, banda de300MHz y Celular en 800MHz). Enel plano investigativo se puso en prác-tica el algoritmo de predicción ajus-tado en la UIS en el año 2002,11,12,13

pero en esta ocasión en condicionesde celda sectorizada con el fin de es-timar las pérdidas de señal y corro-borar los niveles de densidad de po-tencia tomados como referencia en lareglamentación internacional paralos sistemas que funcionan en la ban-da de 400-2000MHz.25

CONCEPTOS GENERALESAntes de abordar este tema con lamayor objetividad posible, es impor-

tante aclarar algunos de los concep-tos que se involucran en la proble-mática, especialmente en el casoparticular que representan los ser-vicios de telefonía móvil terrestre(Celular y PCS). Primero, la telefo-nía móvil ha adquirido popularidaddebido a la libertad, movilidad y laproductividad realzada que provee,convirtiendo los teléfonos portátilesen estaciones móviles con grandescapacidades de procesamiento de in-formación, tanto así, que las perso-nas ya no deben permanecer atadasa teléfonos fijos para atender nego-cios, clientes, colegas y establecerrelaciones. Es de esta forma que lasociedad ha entrado en una alta de-pendencia de esta tecnología, lo cualseguirá promoviendo su avance ypenetración en las ciudades, pue-blos y carreteras de todos los paí-ses. Desde el punto de vista técni-co, la cobertura geográfica de unservicio de comunicación móvil per-mite que el usuario pueda generary recibir mensajes en todo instan-te, lo que implica instalar estacio-nes base (equipos y torres con susrespectivas antenas), en aquelloslugares en que se desee entregar unbuen servicio, que en últimas es loque exigen los usuarios desde unaperspectiva comercial.

La presencia de las antenas y sus to-rres responde principalmente a dosfactores: el primero es proporcionarcobertura (área de servicio), es decir,que desde cualquier punto se puedaestablecer una llamada; y el segundofactor es dar capacidad; ofrecer elservicio a todos los usuarios que lonecesiten. Esto último es debido a quecada estación base sólo puede sopor-tar un número relativamente peque-ño de llamadas al mismo tiempo, por


lo tanto, a medida que más usuariosutilizan la red, el número de estacio-nes base tiene que aumentarse parasatisfacer el incremento de la deman-da de llamadas con la calidad adecua-da. Por lo tanto, las estaciones baseson, en cierta forma, necesarias parael correcto funcionamiento de los te-léfonos móviles dentro de las ciuda-des y no tiene sentido el tener todaslas antenas alejadas de la ciudademitiendo a mayor potencia para ser-vir a dichos usuarios.

El punto de discusión principal eneste tema son las ondas electromag-néticas irradiadas, para lo cual esesencial definir su uso en los siste-mas de comunicación. La interac-ción entre el teléfono y las estacio-nes base se realiza mediante ondaselectromagnéticas, generadas arti-ficialmente por el equipo transmi-sor del teléfono y de la estaciónbase. En Uplink15,20 (enlace de subi-da), una vez que las ondas han lle-gado a la estación base más próxi-ma, ésta las transforma para pasara la red telefónica convencional. Lasantenas emisoras que crean a sualrededor un campo electromagné-tico o un espacio en el que actúansus radiaciones (no solo las estacio-nes base de telefonía celular, sinotambién las estaciones de TV, Ra-dio y cualquier otro servicio que uti-lice el espectro electromagnético, aligual que los emisores no intencio-nales como los computadores y otroselementos electrónicos) son el prin-cipal tema científico de discusión.La intensidad de este campo crea-do es inversamente proporcional ala distancia que hay desde la ante-na hasta un punto receptor, por loque, en principio, las viviendas

próximas a las estaciones, o los mis-mos edificios donde se ubican, o losedificios próximos, pueden quedardentro de ese campo intenso y ver-se afectados. Además, cuando hace-mos una llamada por un teléfonomóvil nos vemos adicionalmenteirradiados por las ondas que ésteemite debido a la corta distancia ala que lo usamos, aun cuando su in-tensidad de irradiación es menorque la de una radio base de telefo-nía móvil.

Las antenas de las radios base y losteléfonos móviles producen una ra-diación electromagnética de radio-frecuencia (o RF de sus siglas en in-glés Radio Frequency) denominadano ionizante (por sus efectos no mo-dificadores del material genético),operando en bandas de frecuencia de300MHz a 3GHz del espectro elec-tromagnético. Los efectos biológicosde las ondas de RF dependen de latasa de energía absorbida por los te-jidos, denominada técnicamenteTasa de Absorción Específica (SAR:Specific Absorption Rate),19 y es di-fícil de medir si no se cuenta con losequipos y condiciones apropiadas.Por lo anterior, se suele medir la den-sidad de potencia de onda plana,3,24

que después de este estudio y luegode varias pruebas de laboratorio alinterior de RadioGIS-UIS en coope-ración con el Ministerio de Comuni-caciones, y simulaciones computari-zadas con herramientas de planifi-cación celular y algoritmos de pre-dicción, se ha demostrado la factibi-lidad tecnológica local para realizarsu predicción (ver Figura 1) y su co-rroboración sobre equipos de teleco-municación ya instalados o en pers-pectiva de instalación.


LOS CAMPOS ELECTROMAGNÉTICOSY LA SALUD

Las antenas presentes en el entornono son algo nuevo, ya que se está fa-miliarizado con las antenas de radioy televisión situadas en colinas yotros emplazamientos elevados portodas las ciudades del mundo, trans-mitiendo a largas distancias hastaantenas ubicadas sobre edificios ycasas. Esta clase de transmisionesson de alta potencia para conseguircobertura a largas distancias (del or-den de kilómetros a decenas de kiló-metros). Por otro lado, las redes decomunicaciones móviles se basan enel intercambio de señales de radioentre el terminal móvil y la estaciónbase más cercana (hasta la antenasobre el mástil). Estas comunicacio-nes ocurren a potencias bastante ba-jas en comparación con las correspon-dientes a radiodifusión, ya que sue-len estar muy próximos el teléfonomóvil y la estación base que le da ser-vicio (cientos de metros o a unos cuan-tos kilómetros). La pregunta es, ¿lasestaciones base de telefonía móvil ylas de otros sistemas de radiofrecuen-

cia y sus irradiaciones ofrecen algúnpeligro a la salud humana?, esta esuna pregunta difícil de resolver y losestudios a realizar deberán involu-crar grupos multidisciplinarios y po-drían tardar varios años para llegara conclusiones aceptables internacio-nalmente (i.e. la Organización Mun-dial de la Salud espera emitir un con-cepto sobre el particular en el año2007). Se debe destacar que ya se hanrealizado estudios particulares quehan arrojado como conclusión la pro-ducción de estrés y otras afeccionesen la salud por exposiciones elevadasy continuadas, los cuales han sidorelacionados y analizados en profun-didad por varios comités guberna-mentales1,19 e internacionales21 y suconclusión final es que no hay ningu-na evidencia causal de que las esta-ciones de telefonía móvil presentenproblemas a la salud. Lo que sí es cla-ro es que a nivel mundial ya se handeterminado niveles básicos y de re-ferencia (los cuales son aplicados enel estudio) considerados como segu-ros entre tanto se determinan losefectos reales de estos campos sobrela salud.

Figura 1. Simulación de los niveles de potencia en las inmediaciones de unaestación base celular en Bucaramanga usando el algoritmo AndinoUIS®.13

Cobertura site provenza - BucaramangaModelo Walfisch Bertoni en terreno planoUniversidad Industrial de Santander - E3T

Barrio B/manga

San Luis

BS Provenza

-600-500

-400-300-200-100

450

400

350

300

250

200

150

100

50

0

0

-100

100

0Potencia recibida

[dBm]Longitud (m*4)

Lotitud (m*4)d

Bm

40

20

-20

-40

-60

-80

0

Grupo de Investigación GTIAlexis Paolo García Ariza


NORMATIVA SOBREEXPOSICIÓN A CEMLas normativas pretenden establecerniveles permitidos que garanticen laseguridad a un determinado agenteexterno, en nuestro caso, los camposelectromagnéticos o CEM. La norma-tiva de exposición a la emisión elec-tromagnética fija unos niveles que nohan de ser superados para garanti-zar la seguridad. Estos niveles se fi-jan introduciendo un margen sobrelos valores que son ya, en sí mismos,seguros, y de los cuales se puedendefinir zonas de confianza tal comose aprecia en la Figura 2. El tamañode estas zonas depende de la frecuen-cia de operación del sistema, de laaltura a la cual se encuentren lasantenas y del PIRE —Potencia Iso-trópica Irradiada Efectiva— del sis-tema.25

Varias actividades informativas sehan realizado en Colombia alrededordel tema de las irradiaciones electro-magnéticas (i.e. el Foro Regional “Te-

lecomunicaciones, Salud y MedioAmbiente” llevado a cabo en el mesde diciembre de 2003 en Bucaraman-ga, y el Foro Internacional “Las Tele-comunicaciones Inalámbricas y suImpacto en la Salud Humana y elMedio Ambiente”, realizado en la ciu-dad de Bogotá en el mes de mayo de2004). Por otro lado, el Gobierno co-lombiano se pronunció oficialmenteal respecto con la publicación de unanormativa preliminar aplicable a to-das las estaciones irradiadoras decampos electromagnéticos compren-didos entre los 3kHz y los 300GHz,18

documento que ha contado con losaportes de expertos y grupos de in-vestigación del país, incluido Radio-GIS-UIS.

En el ámbito internacional la Agen-cia Internacional de Protección de laRadiación creó la Comisión Interna-cional de Protección de RadiacionesNo Ionizantes, ICNIRP (Internatio-nal Comision on Non-Ionizing Radia-tion Protection), como organismo cien-

Figura 2. Zonas de seguridad establecidas en la norma colombiana.

El incremento de la altura de la estación reduciría las zonas críticas derebasamiento y ocupacional, y el aumento de la potencia de transmisiónaumentaría sus tamaños.

Nota: Las zonas de rebasamiento y ocupacional aquí mostradas no debenrelacionarse con la realidad de las estaciones de telefonía móvil, éstas seexponen en la gráfica de forma didáctica con fines académicos.


tífico independiente encargado de in-vestigar los riesgos que puedan estarasociados con la exposición a emisio-nes no ionizantes y desarrollar unaslíneas directrices internacionales so-bre los límites de exposición.21 Estasdirectrices han sido adoptadas por laUIT,25 cuyas recomendaciones sonutilizadas en la norma colombiana.18

En estas normas se diferencian dospartes: la primera, basada en cienciaestablecida y reproducible, y la segun-da en un factor de seguridad. En estesentido, las directrices están elabo-radas sobre la base del elemento deprevención. Países como España,Francia, Reino Unido, Alemania, Aus-tria, Irlanda, Suecia, Finlandia, Tur-quía, Nueva Zelanda, Australia, Ca-nadá, Chile, Venezuela, Argentina,Bolivia, Perú, Ecuador y México hanadoptado las recomendaciones delICNIRP. Por otro lado, la Unión Eu-ropea, a través del Consejo Europeo,publicó una recomendación,7 que es-tablece los niveles máximos de expo-sición a campos electromagnéticos.

LOS LÍMITESSiguiendo los lineamientos del infor-me realizado en España19 y los de larecomendación de la UIT-T25 se pue-de resumir que las restricciones sedividen en dos, las básicas y las dereferencia. En este sentido la reco-mendación K.52 diferencia dos nive-les, uno para exposición ocupacionaly otro para público en general.

Restricciones básicas. Dependien-do de la frecuencia se emplean lassiguientes cantidades físicas (canti-dades dosimétricas o exposimétri-cas:19

• De 0 a 1Hz: Inducción Magnéti-ca, con un límite de 40mT para

campos magnéticos estáticos (0Hz), y Densidad de Corriente, conun límite de 8mA/m2 para camposvariables en el tiempo de 1 Hz bajoexposición de público en general(40mA/m2 para exposición ocupa-cional). Estas restricciones tienenel fin de prevenir los efectos so-bre el sistema cardiovascular y elsistema nervioso central.

• De 1Hz a 10MHz: Densidad deCorriente, con límites de 8/f af/500 mA/m2 (f dado en Hz) en con-diciones de público en generalpara prevenir los efectos sobre lasfunciones del sistema nervioso (de40/f a f/100 mA/m2 en ocupacio-nal).

• De 100kHz a 10GHz: SAR, con unlímite de 0.08W/kg para prevenirla fatiga calorífica de cuerpo en-tero, y de 2 y 4 W/kg para evitarun calentamiento local excesivo delos tejidos de la cabeza y tronco, yde las extremidades, respectiva-mente (en consideraciones de pú-blico en general). De 100kHz a10MHz se ofrecen restricciones dela Densidad de Corriente y deSAR.

• De 10GHz a 300GHz: Densidad dePotencia, con un límite de 10W/m2

con el fin de prevenir el calenta-miento de los tejidos en la superfi-cie corporal o cerca de ella.

Niveles de referencia. Los nivelesde referencia sirven para ser compa-rados con los valores de cantidadesmedidas. Si se respetan los niveles dereferencia recomendados se asegurael respeto de las restricciones bási-cas. Hay que tener en cuenta que silas cantidades de los valores medidosson mayores que los niveles de refe-rencia no quiere decir necesariamen-


te que se hayan sobrepasado las res-tricciones básicas. En este caso, debeefectuarse una evaluación para com-probar si los niveles de exposición soninferiores a las restricciones básicas.Es de anotar que los niveles de refe-rencia se obtienen a partir de las res-tricciones básicas considerando unacoplamiento máximo del campo conel individuo expuesto, de forma talque se obtiene un máximo de protec-ción. En todas las recomendacionesfiguran los niveles de referencia, delos cuales para el presente trabajohan sido usados los correspondientesa la recomendación UIT-T K.5225 (uti-lizados por la norma colombiana18)para de esta forma poder comprobarlos niveles de exposición alrededor deuna radio base sectorizada en unmarco legal local. Por lo general, es-tos niveles están pensados como va-lores promedio calculados espacial-mente sobre toda la extensión delcuerpo del individuo expuesto, peroteniendo en cuenta que no deben so-brepasarse las restricciones básicasde exposición localizada. En situacio-nes en las que la exposición está muylocalizada, como ocurre con los telé-fonos móviles al usarlos muy cerca dela cabeza, no es apropiado emplearlos niveles de referencia. En estos ca-sos debe evaluarse directamente si serespeta la restricción básica localiza-da.19,25

En el caso de estudio (correspondien-te a los sistemas de comunicación enla banda UHF) se manejó una hipó-tesis de exposición sobre todo el cuer-po. Las cantidades físicas considera-das fueron la Densidad de Corrientey el SAR al verificar las RestriccionesBásicas. En el caso de las medidasrealizadas, las cantidades a verificarfueron la Intensidad de Campo Eléc-

trico (en V/m), o la Intensidad de cam-po Magnético (en A/m) o la Densidadde Potencia (en W/m2) para los Nive-les de Referencia.19,25 Partiendo deestas premisas, el estudio restringióinicialmente su análisis a los nivelesde Intensidad de Campo Eléctrico yde Densidad de Potencia para cons-tatar los niveles de referencia, y alcomprobarse que estos no fueron so-brepasados no se verificaron las can-tidades físicas de las restriccionesbásicas. Hay que anotar que este esun caso particular y no siempre sepresentará (como se verá en las si-mulaciones de la zona piloto de aná-lisis) y en algunas ocasiones será ne-cesario constatar las restriccionesbásicas con la medida, cálculo teóri-co o simulación de alguna de las can-tidades físicas, teniendo en cuenta, deantemano, las limitaciones en equi-pos que esto involucra.

Como se puede apreciar, la relaciónentre la intensidad de los camposelectromagnéticos, la frecuencia y suinteracción con el medio y los tejidosson algo complejo. Una relación detodos los valores, de todas las normascorrespondientes a todas las frecuen-cias es difícil de comprender, siendomás práctica la aplicación de las re-comendaciones dadas por bandas defrecuencia en cada caso particular. Delo anterior se vislumbran conceptosque suenan algo confusos tanto a ni-vel teórico como a nivel de aplicacióntécnica, pero en últimas son los pro-medios de irradiación porcentual y enbanda angosta los que permiten es-tablecer los niveles de seguridad y laaplicación final de una normativa alrespecto en nuestro país. RadioGIS-UIS se ha comprometido en avanzaren dicha línea para ofrecer solucio-nes tangibles no sólo a esta proble-


mática sino al complejo correspondien-te a Gestión del Espectro Electromag-nético de forma eficiente y eficaz, tan-to en Colombia como en la región An-dina, cumpliendo así con la misión yvisión institucional de la UniversidadIndustrial de Santander y de la Es-cuela de Ingenierías Eléctrica, Elec-trónica y Telecomunicaciones.

SISTEMA DE SIMULACIÓNEl sistema de simulación utilizadoestá conformado por una Herramien-ta de Planificación -HP- Celular,23 unalgoritmo de predicción ajustado aentornos andinos [11] (acoplado a laHP) el cual se ha basado en el mode-lo COST231-Walfisch-Ikegami,8 unSistema de Información Geográfico -GIS- [2], un Modelo Digital de la Ciu-dad de Bucaramanga acoplado al GISy una serie de funciones y ficheros deentrada habilitados dentro de un sis-tema de cómputo. En la Figura 3 seaprecia un diagrama de bloques delo que sería en principio la propuestadel Sistema de Gestión para el Minis-terio de Comunicaciones y con el cualse realizarían los análisis de áreas deservicio y de niveles de irradiación (nosólo para la banda celular sino quese incluirían algoritmos de predicciónajustados para todo el espectro). Eneste sentido, es importante la incor-poración de una base de datos alimen-

tada por información suministrada deforma estándar por parte de los ope-radores de redes y sistemas de comu-nicaciones, donde se incluyan datosrelevantes sobre los tipos de enlaces,tipos de antenas y sus parámetros,frecuencias de operación, anchos debanda, PIRE del sistema, etc. Comosalidas de la plataforma estarían losinformes sobre áreas de servicio yniveles de irradiación con sugerenciasal respecto, relacionados con el siste-ma de facturación en el caso de quedichos resultados afecten directamen-te el estado de los operadores (fun-cionamiento conforme o no conformecon las reglamentaciones nacionalesy los contratos de operación).

A nivel práctico, los resultados anterio-res a este estudio13 sugirieron la utili-zación de sistemas sectorizados parala simulación de radios base de telefo-nía móvil. Como parte de los ficherosde entrada al sistema, el patrón de ra-diación de las antenas instaladas en lacelda de estudio fue un factor determi-nante a la hora de mejorar los resulta-dos de predicción. En este caso se con-sideraron dos tipos de antenas, unapara el sistema CDMA2000.1x y otrapara el sistema TDMA/IS-136 (i.e.DB874G90R y 855DDH90E respecti-vamente; fabricadas por la compañíaDecibel Products26).

Figura 3. Diagrama de bloques del sistema de simulación.


En la Figura 4 se aprecia el patrónde radiación obtenido mediante Mat-Lab® para la antena 855DDH90E.Este fue utilizado para cada uno delos tres sectores de la celda, al igualque el patrón de radiación de la an-tena del sistema CDMA.

Por otro lado, dada las condiciones dela región Andina, la utilización de unmodelo estándar de predicción no eraapropiado para los fines establecidos.Debido a esto y gracias a los avancesalcanzados al interior de RadioGIS endicha línea se logró utilizar un algorit-mo de predicción ajustado a las carac-terísticas de la mayoría de ciudadesubicadas dentro de la cordillera.13 Di-cho algoritmo tiene la ventaja de fun-cionar en cualquier condición y tipo deentorno (urbano plano, urbano monta-ñoso, rural montañoso y semi-urbano)en la banda de los sistemas Celular yPCS. En la Figura 5 se aprecia la geo-metría conceptual aplicada para la eje-cución del algoritmo, considerando a suinterior las pérdidas por difracciónmúltiple ocasionadas por los techos delos edificios y por las colinas, conside-raciones de obstrucción de las zonas deFresnel, pérdidas por espacio libre y pormodelo de dos rayos, pérdidas por di-

fracción final, y un factor de correcciónpor orientación de las vías.8,11 El des-empeño de este algoritmo ya ha sidodemostrado en trabajos anterio-res,11,12,13 y se espera sea mejorado conla aplicación de conceptos sobre conver-gencia de vías y de difracción por cilin-dros.4 Estas mejoras están en desarro-llo al interior de RadioGIS-UIS y sonaplicadas a un Modelo Digital de la ciu-dad de Bucaramanga actualizado (fa-cilitado por la compañía TES-AméricaAndina Ltda.) en busca de que el algo-ritmo sea implementado dentro de unaHP comercial (i.e. ICS-Telecom® de lacasa ATDI).

CAMPAÑAS DE MEDIDASLas campañas de medidas son unprocedimiento definido por la aplica-bilidad que se le darán los datos ob-tenidos. En el caso de validación yajustes de modelos se suelen tomarvarios puntos y rutas de análisis bus-cando obtener datos comparativospara consideraciones a Gran Escalay a Pequeña Escala.10 En este caso setomaron 12 rutas, 225 puntos de me-dida y más de 6000 adquisicionespara promediar los resultados del sis-tema TDMA, y 6 rutas y 194 puntos

Figura 4. Patrón de radiación antena sectorizada 855DDH90E.

Antena Decibel para Diversidad y Sectorización 855DDH90FGanancia 11.1 dBi cn Rx y 12.1 dBi cn Tx - 90o BW Azimuth - 24o BW Elevación

500hms - VSWR: 1.5:1 - ROE: >25dB - Frecuencias: 806-896MHz - Downtilt 0o


de medida para el sistema CDMA,14

considerando además cubrir los tressectores de la celda de estudio tenien-do en cuenta la coexistencia de los dossistemas en el mismo emplazamien-to, tal como se aprecia en la Figura 6.Las rutas se escogieron siguiendo uncriterio colina-valle-colina,11 tomán-dose los barrios Bucaramanga, Pro-

venza, San Luis y La Victoria paradichas medidas, ver la Figura 7. Losequipos utilizados para este procedi-miento fueron el Miniport ReceiverEB20022 (para las medidas de bandaangosta de 30kHz del sistema TDMA/IS-136) y la Unidad Móvil de Moni-toreo Espectral (para las medidas debanda ancha de 1.25MHz del siste-

Figura 5. Geometría del algoritmo implementado para la aproximación en unentorno urbano montañoso.

Figura 6. Sistema de celda sectorizada de grado tres.

Antenas Sistema

CDMA2000.1X

Antenas Sistema

TDMA/IS-136

Height (m)

Diffractor peak

hBas

e 1

hBas

e 2

h Bas

e 3

Ray


ma CDMA2000.1x), ambas unidadesfacilitadas por el Ministerio de Comu-nicaciones Dirección Territorial Bu-caramanga. Estas medidas inicialesse realizaron con dos finalidades, pri-mero validar el algoritmo de predic-ción de áreas de servicio y de densi-dad de potencia, y segundo estable-cer las condiciones de irradiación enbanda angosta siguiendo la recomen-dación UIT-K.52 en toda el área deacción de la celda.

En la Figura 8 se aprecian los cuatrosectores de análisis de la zona pilotode estudio. Ya que las recomendacio-nes internacionales prevén un análi-sis de todas las fuentes irradiantes ysus contribuciones porcentuales sobrela exposición de los individuos a es-tos campos, se decidió realizar unamedida en las principales bandas defrecuencia explotadas comercialmen-te y consideradas como peligrosasdebido a la resonancia que alcanzan

(m*5)

(m*5)

750

800

850

900

950

La Victoria

N

W

B/manga

San Luis

Provenza

-600-500

-400-300

-200-100600

500

400

300

200

100

700

800

900

1000

Height (m)

0

0

Figura 7. Zona piloto de estudio en Bucaramanga.

Figura 8. Zonas de análisis y rutas de las campañas de medidas.Barrios Bucaramanga (1), Provenza (2), San Luis (3) y La Victoria (4).

4

3

2

1


sus ondas en el cuerpo de los humanos(i.e. las bandas de AM Comercial, FMComercial, TV, Enlaces de 300MHz yCelular). Tomando como principio quelos lugares más vulnerables respecto ala radiobase son aquellos que se en-cuentran más cerca de ella, fue allí don-de se realizaron las medidas de contri-bución de todo el espectro analizado.El lugar escogido fue la zona 2 de laFigura 8, muy cerca del emplazamien-to (unos 50 metros de una de las carasdel sector), donde se estima que loscampos emitidos por las antenas tie-nen gran influencia. Para estas medi-das se utilizó el equipo Miniport Recei-ver EB20022 ajustado por software paramedidas promedio de intensidad decampo eléctrico (en dBµV/m) y de vol-taje en (en dBµV), utilizando anchosde banda y saltos de frecuencia ajusta-dos a las bandas con análisis (i.e. pa-sos de 10kHz y ancho de banda de 9kHzpara AM, pasos de 25kHz y ancho debanda de 15kHz para FM y TV, pasosde 12.5kHz y 9kHz de ancho de bandapara la banda de 300MHz y pasos de10kHz y ancho de banda de 9kHz parala banda Celular). La finalidad al rea-lizar este procedimiento tiene relacióna que si dado el caso se rebasaban los

niveles porcentuales es necesario iden-tificar cuál de todas las fuentes irra-diadoras contribuye más con el nivelgeneral.

Es importante anotar que los siste-mas de radiofrecuencia se comportande forma diferente al hablar de con-diciones de propagación en relacióncon la frecuencia que manejan, y enla mayoría de ocasiones se utilizandiferentes técnicas de polarización ydiversidad para el control de estosfenómenos. Debido a esto, y a que unindividuo común se ve expuesto deforma global por todas las emisiones,se decidió realizar las medidas te-niendo en cuenta polarizaciones ver-tical y horizontal en el equipo deadquisición, y considerar un sistemacoordenado de 90° para la medida porfrecuencia, aproximándose a lo quesería una condición isotrópica, talcomo se aprecia en la Figura 9. Es deresaltar que esta técnica es tediosa ytoma alrededor de cuatro horas porpunto, recomendándose realizarlasólo en aquellos lugares consideradoscríticos, los cuales podrían identificar-se fácilmente con un algoritmo depredicción como el utilizado en el pre-sente estudio.

Figura 9. Sistema de coordenadas de medición para consideraciones porcentua-les debido a múltiples fuentes.

Pol

ariz

ació

nve

rtic

al

Polarizaciónhorizontal


En cuanto al procedimiento de con-versión de unidades medidas (dBµV/m ↔↔↔↔↔ V/m ↔↔↔↔↔ dBm ↔↔↔↔↔ dBm/m2) se re-currió a un análisis tipo isotrópico,que arrojó como resultado para elcálculo de la potencia recibida laecuación

PR[dBm] = E[dBµV /m] - 129,76 + 20log(λ) (1),

en comparación con los resultadospara el caso tipo dipolo de 50Ω utili-zado en los estudios anteriores,13 cuyaecuación era

PR[dBm] = E[dBµV /m] - 122,95 + 20log(λ) (2),

lo que arroja una diferencia prome-dio de 6.81dBm. Por otro lado, parael cálculo de la densidad de potenciacon base en las medidas se llegó a laexpresión de la ecuación 3.

SR[dBm m2] = PR[dBm] + 11 -20log(λ) (3),

Para ello se consideró que los equi-pos utilizados están calibrados y nose tienen en cuenta las contribucio-nes de pérdidas por cables, conecto-res, filtros, etc. En este sentido, y si-guiendo la recomendación venezola-na,6 y verificando las especificacionestécnicas del equipo de medida22 se lle-gó a la conclusión de que las medidasse pueden aproximar a un caso iso-trópico. En concreto, sabiendo que elfactor de antena -K- del equipo a lafrecuencia de medida para la porta-dora de la radio base en estudio (i.e.880.11MHz para el Canal de ControlAnalógico TDMA/IS-136) es de24.5dB/m y utilizando la ecuación

E[dBµV/ m] = K[dB/m] = V[dBµV] (4),

extraída de la norma venezolana,6

se encontró que el valor medio delas diferencias entre el valor calcu-lado y el medido por el equipo es de0.5dBµV/m, el promedio de 1.62dBµV/m, con una desviación están-dar de 4.69dBµV/m a una varianzade 22dBµV/m. Con los anterioresdatos se confirma que el sistema deadquisición es confiable y los crite-rios isotrópicos pueden ser aplica-dos.

SIMULACIONESLos parámetros de simulación utili-zados en el estudio se aprecian en laTabla 1. Para cada uno de los secto-res se realizaron simulaciones inde-pendientes (ver Figura 11) que lue-go fueron comparadas con el caso iso-trópico (ver Figura 10). A nivel delsistema de banda ancha CDMA sepudo corroborar que las simulacio-nes a la frecuencia central de la por-tadora de 1.25MHz se aproximan alas mediciones realizadas con un te-léfono portátil,14 pues con este últi-mo se logran distinguir los diferen-tes canales codificados dentro de lamisma portadora. Por otro lado, alrealizar las medidas con el sistemamóvil del Ministerio de Comunica-ciones se tenían en cuenta todas lasfuentes presentes sobre ese ancho debanda, sin distinguir los usuariosindependientes. Para estos casosparticulares donde los sistemas uti-lizan técnicas de espectro expandi-do se recomienda el uso de un equi-po de medida especializado, estosiempre y cuando se deseen diferen-ciar todas las fuentes emisoras, outilizar el equipó tipo analizador siesto no es necesario, como en el casode comprobar irradiaciones porcen-tuales por frecuencia.25


Tabla 1. Parámetros de la BS y el MS para los sistemas TDMA y CDMA. Valoresde entrada para las simulaciones.

Parámetros ValorSistema TDMA/IS-136

PIRE del transmisor 42.48dBmGanancia del receptor 0dB

Ganancia antena 855DDH90E 12.1dBiFrecuencia CCA 880.11MHz

Altura del transmisor 40mAltura del Receptor 1.7m

Downtilt de la antena 3°Acimut de las antenas 40, 160 y 280°Factor de curvatura K 1.33

Tamaño de celdas del grid para simulación 3m

Sistema CDMA2000.1xPIRE del transmisor 40dBm

Ganancia del receptor 0dBGanancia antena DB874G90R 12dBi

Frecuencia Central de la Portadora 881.525MHzAltura del Transmisor 38m

Altura del Receptor 1.8mDowntilt de la antena 3°Acimut de las antenas 100, 220, 340°Factor de curvatura K 1.33

Tamaño de celdas del grid para simulación 3m

Figura 10. Simulaciones de densidad de potencia caso omnidireccional para elsistema TDMA/IS-136.


Figura 11. Simulaciones de densidad de potencia caso sectorizado para elsistema TDMA/IS-136.a) Sector 1, b) Sector 2, c) Sector 3.

a)

b)

c)


ANÁLISIS DE LAS MEDIDASDEL ESPECTRO AM, FM, TV,300MHz Y CELULAR,Y SIMULACIONESLas medidas realizadas en este espec-tro se pueden apreciar en las Figu-ras 12 y 13, donde la cantidad físicarelacionada es la intensidad de cam-po eléctrico dada en µV/m, y cuyosvalores se obtuvieron al utilizar laecuación:

Como se aprecia en las medicionesrealizadas (Figuras 12 y 13), la ban-da con el mayor nivel de intensidadde campo eléctrico es la Celular (conun pico de 100mV/m aproximada-mente), como era de esperarse debi-do a la cercanía de la estación base.Aunque sus niveles no superaron loslímites establecidos,25 se considerarelevante verificar aquellas zonasdonde las simulaciones son próximasa los niveles de referencia dados porla recomendación UIT-T K.52 (mar-cas rojas de la Figura 14). Por otrolado, se ven con preocupación los ni-veles adquiridos para la banda de AMdonde se bordean los 60mV/m. Estosi se tiene en cuenta que los sistemasde radiodifusión en esta banda seencuentran lejos de la celda de análi-sis, más específicamente en los cerrosde la ciudad, tal como se muestra enla Figura 15, y en algunos casos muycerca de los límites del casco urbano.

Realizando un análisis más estrictose obtuvo un nivel de irradiación por-centual (exposición a múltiples fuen-tes) por debajo de 1, lo cual es con-gruente con la recomendación K.52de la UIT-T.25 Estos resultados y lascontribuciones totales al nivel de in-

E[µV/m] = 10 (5) E[dBµV / m]

20

Figura 12. Medidas del espectro. a)Banda de AM, b) Banda de FM y TV, c)Banda de 300MHz, d) Banda Celular.

b)

a)

c)

d)

Banda de AM

Frecuencia [HZ]

Frecuencia [HZ]

Banda de FM y TV

Frecuencia [HZ]

Banda de enlaces 300MHZ

Frecuencia [HZ]

Banda celular

E [

uV/m

]E

[uV

/m]

E [

uV/m

]E

[uV

/m]


tensidad de campo eléctrico, de po-tencia recibida y de densidad de po-tencia se pueden apreciar en la Ta-bla 2. Los análisis por banda de fre-cuencia se aprecian en las tablas 3,4, 5 y 6. De estas se destaca que nin-guna de ellas sobrepasa los nivelesestablecidos por la recomendación,resaltando únicamente que la ban-da de AM presenta los niveles máspróximos a los límites permitidos (en

Figura 14. Simulación del sistemaTDMA y zonas críticas.

Figura 13. Medidas consolidadas detodo el espectro analizado.

Figura 15. Ubicación general de lazona piloto.

el caso de la polarización vertical; verTabla 3). Debido a que esta bandacubre parte del espectro por arribade 1MHz se deben realizar conside-raciones de dos niveles de referen-cia distintos. Para las bandas de FM,TV, 300MHz y Celular se presentanniveles muy por debajo de los lími-tes establecidos, tal como se apreciaen las tablas 4, 5 y 6.

Frecuencia [HZ]E

[uV

/m]

Todas las Bandas


Análisis de resultados de la exposición simultánea2,25873E-04 << 1

Análisis de la contribución de todo el espectro estudiadoDensidad de Densidad de

E E PRI PRI potencia potencia

[µV/m] [dBµV/m] [dBm] [mW] [dBm/m2] [mW/m2]

8046667,6 138,11 -22,5453 5,56E-03 -4,16827 3,82E-01

Tabla 2. Resultados de exposición simultánea a varias fuentes de irradiaciónelectromagnética entre los 50 y 895MHz.

Límites en E [V/m] en la banda de 0,15 - 1 MHzNorma Colombiana y Recomendación UIT-K.52:Ocupacional: 610 → 610 [V/m] 175,7 [dB µV/m]

Público en General: 87 → 87 [V/m] 158,79 [dB µV/m]

dB µV/m máximo medido 95,20Horizontal

dB µV/m máximo medido 112,60Vertical

Límites en E [V/m] en la banda de 1-10 MHzNorma Colombiana y Recomendación UIT-K.52:

Ocupacional: 610/f →610 - 61 [V/m] →175,7 - 155,7 [dB µV/m]Público en General: 87/√f → 87 - 27,51 [V/m] →158,79 - 148,78 [dB µV/m]

dB µV/m maxímo medido 96,00Horizontal

dB µV/m máximo medido 108,30Vertical

Exposición simultánea a 5,2788E-05múltiples fuentes

Tabla 3. Resultados de exposición simultánea a varias fuentes de irradiaciónelectromagnética en la banda de AM Comercial.

Límites en Saq [W/m2] en la banda de 10 - 400 MHzNorma Colombiana y Recomendación UIT-K.52:

Ocupacional: 10 → 10 [W/m2] → 40 [dBm/m2]Público en General: 2 → 2 [W/m2] → 33,01 [dBm/m2]

dBm/m2 máximo medido -33,67considerando

la suma de las dos polarizacionesExposición simultánea a 2,5939E-06

múltiples fuentes

Tabla 4. Resultados de exposición simultánea a varias fuentes de irradiaciónelectromagnética en la banda de FM y TV Comercial.



Ocupacional: 10 →10 [W/m2] →40 [dBm/m2]Público en General: 2 →2 [W/m2] →33,01 [dBm/m2]



múltiples fuentes

Tabla 5. Resultados de exposición simultánea a varias fuentes de irradiaciónelectromagnética en la banda de enlaces a 300MHz.

Tabla 6. Resultados de exposición simultánea a varias fuentes de irradiaciónelectromagnética en la banda Celular.


Ocupacional: f/40 10 → 50 [W/m2] →40 - 46,98 [dBm/m2]Público en General: f/200 2 → 10 [W/m2] →33,01 - 40 [dBm/m2]



múltiples fuentes

Límites de exposición a 880,11MHz EN Saq [W/m2]Norma Colombiana y Recomendación UIT-K.52:

Ocupacional: 43,424 [dBm/m2]Público en general: 36.435 [dBm/m2]

Barrio dBm/m2 máximo medido dBm/m2 máximo simuladoBucaramanga -36,06581 -40,75720

Provenza -21.0658 -11.28600San Luis -35.0858 -47.1118

La Victoria -44.4658 -52.6103

Tabla 7. Resultados de exposición tanto medidos como simulados para la fuentede irradiación electromagnética de 880.11MHz en la celda de estudio. PortadoraCCA TDMA de 30kHz de ancho de banda.


Para el caso particular de análisis quecorresponde a la celda sectoriza quecubre la zona piloto de estudio tenien-do en cuenta sólo la portadora de880.11MHz del canal de control ana-lógico del sistema TDMA/IS-136, seencontró de forma simulada y medi-da que en ninguno de los sectores sesobrepasan los niveles permitidos,estando en promedio varias decenaspor debajo del límite de la norma, talcomo se muestra en la Tabla 7.

Los resultados del máximo simuladoexpuestos en la Tabla 7 correspondensólo a los valores obtenidos en lospuntos de medida. Haciendo un aná-lisis del resultado completo de la si-mulación se aprecian zonas conside-radas críticas, resaltadas en rojo enlas figuras 16 y 17. Estos puntos es-tán por arriba de los 20dBm/m2 peroson menores a los 36.43dBm/m2 re-comendados por la norma para la se-guridad del público en general a880.11MHz. Aunque los resultados delas figuras 16 y 17 corresponden a loscasos sectorizados, se recomiendahacer un análisis especial a los pun-tos críticos encontrados con la simu-lación omnidireccional mostrados enla Figura 14 que sobrepasan los34dBm/m2.

DESEMPEÑO DEL ALGORITMODE PREDICCIÓNCon el fin de establecer la veracidadde los análisis realizados de formasimulada se realizó una comparaciónde las simulaciones sectorizadas yomnidireccionales con respecto a lasmedidas para cada una de las rutasrealizadas en las campañas de cam-po en la frecuencia de 880.11MHz (se-gún lo visto en la Figura 8). Los re-sultados se pueden apreciar en la Fi-

gura 18. De aquí, y en comparacióncon los resultados anteriores,13 sepuede verificar que en el caso del en-torno plano próximo a la radio baseel desempeño del algoritmo mejorónotablemente, pasando de 9.35dBm/m2 de desviación estándar -STD- a6.28dBm/m2. En general las tenden-cias de los resultados de simulacióncon el algoritmo AndinoUIS®13 siguenun comportamiento similar a las me-didas. El peor caso se alcanzó en elbarrio La Victoria (Figura 18.d), y elmejor en el barrio Provenza. Los re-sultados estadísticos de las Tablas 8y 9 muestran una desviación están-dar mínima de 3.55dBm/m2, unamáxima de 12.13dBm/m2 y en prome-dio de 7.47dBm/m2, lo cual sugiereuna leve mejora respecto al caso deanálisis anterior,13 aclarando que lossectores pueden presentar PIRE di-ferentes para dar cobertura a zonasalejadas, como en el caso del barrioLa Victoria, y no ser iguales (i.e.42.48dBm) como se utilizó en estecaso de estudio.

Figura 16. Ubicación de las zonas crí-ticas de la simulación del sector 1.


Figura 17. Ubicación de las zonas críticas de la simulación del sector 3.

a) b)

Figura 18. Comparación de los resultados de simulación sectorizada y omni-direccional VrS. medidas. Resultados por barrio.

c) d)

Barrio Bucaramanga

Datos

Den

sida

d de

pot

enci

a re

cibi

da [

dBm

/m2 ]

Den

sida

d de

pot

enci

a re

cibi

da [

dBm

/m2 ]

Datos

Barrio Provenza

Datos Datos

Den

sida

d de

pot

enci

a re

cibi

da [

dBm

/m2 ]

Den

sida

d de

pot

enci

a re

cibi

da [

dBm

/m2 ]

Barrio San Luis Barrio La Victoria


Tabla 8. Desempeño de las simulaciones sectorizada y omnidireccional respectoa las medidas para los barrios Provenza y Bucaramanga.

Desempeño de la simulación VrS Medidas

Provenza SectorizadaRT. Coef. Corr. Err. Tip. Dif. Min Dif. Max Med. Prom. STD Var.1 0,39 10,14 0,03 21,28 7,52 8,15 5,99 35,892 0,79 6,47 0,36 19,10 4,28 4,90 4,12 17,013 0,12 10,11 0,23 30,34 5,93 9,49 8,74 76,47

PROM. 0,35 8,91 0,21 23,57 5,91 7,52 6,28 43,12

Provenza OmnidireccionalRT. Coef. Corr. Err. Tip. Dif. Min Dif. Max Med. Prom. STD Var.1 0,29 7,15 1,96 38,27 13,88 16,12 8,16 66,742 0,39 12,15 1,36 32,75 18,50 15,58 10,90 118,883 0,14 9,582 2,12 34,56 16,81 17,39 9,00 81,05

PROM. 0,27 9,63 1,81 35,19 16,40 16,37 9,35 88,89

Bucaramanga SectorizadaRT. Coef. Corr. Err. Tip. Dif. Min Dif. Max Med. Prom. STD Var.1 0,22 13,42 6,89 52,01 26,92 27,41 10,73 115,282 0,21 8,70 4,89 30,98 11,20 14,04 8,30 68,953 0,01 7,28 8,99 27,03 17,563 18,07 5,10 26,094 0,32 7,55 9,02 52,63 23,07 22,76 8,40 70,72

PROM. 0,19 9,24 7,45 40,66 19,69 20,57 8,13 70,26

Bucaramanga OmnidireccionalRT. Coef. Corr. Err. Tip. Dif. Min Dif. Max Med. Prom. STD Var.1 0,13 6,10 5,94 22,55 12,99 13,19 4,41 19,512 0,63 7,46 6,80 29,14 18,98 18,57 7,23 52,363 0,22 8,14 8,21 30,98 22,87 20,82 5,88 34,654 0,26 6,96 0,39 28,18 11,68 11,75 6,79 46,14

PROM. 0,31 7,16 5,34 27,71 16,63 16,08 6,08 38,17

Nota: Estos análisis se realizaron con las densidades medidas para el caso isotrópico en relación con lassimulaciones.


Desempeño de la simulación VrS MedidasSan Luis Sectorizada

RT. Coef. Corr. Err. Tip. Dif. Min Dif. Max Med. Prom. STD Var.1 0,50 8,61 7,40 37,81 24,13 22,50 8,42 70,992 0,26 3,34 1,53 20,66 8,89 9,53 4,74 22,55

PROM. 0,38 5,98 4,47 29,24 16,51 16,01 6,58 46,77

San Luis OmnidireccionalRT. Coef. Corr. Err. Tip. Dif. Min Dif. Max Med. Prom. STD Var.

1 0,49 7,15 0,30 18,35 4,01 5,66 4,98 24,872 0,14 3,22 10,26 31,52 18,04 17,99 4,99 24,98

PROM. 0,32 5,19 5,28 24,93 11,02 11,82 4,99 24,92

La Victoria SectorizadaRT. Coef. Corr. Err. Tip. Dif. Min Dif. Max Med. Prom. STD Var.

1 0,28 2,86 0,20 12,80 2,70 4,09 3,55 12,642 0,05 11,30 0,65 33,80 25,43 19,81 11,04 121,943 0,45 12,25 17,27 55,76 44,23 40,03 12,13 147,32

PROM. 0,26 8,80 6,04 34,12 24,12 21,31 8,91 93,97

La Victoria OmnidireccionalRT. Coef. Corr. Err. Tip. Dif. Min Dif. Max Med. Prom. STD Var.

1 0,03 3,29 0,45 21,36 11,45 11,05 5,17 26,742 0,04 8,42 1,00 19,48 8,25 8,51 4,25 18,133 0,27 11,85 1,50 37,50 26,71 23,46 11,27 127,06

PROM. 0,11 7,85 0,98 26,11 15,47 14,34 6,90 57,31

Nota: Estos análisis se realizaron con las densidades medidas para el caso isotrópico en relacióncon las simulaciones.

Tabla 8. Desempeño de las simulaciones sectorizada y omnidireccional respectoa las medidas para los barrios San Luis y La Victoria.


De los resultado de las tablas 7 y 8 secorroboró que el error típico de lassimulaciones está alrededor de los8dBm/m2 para el caso sectorizado yen 7.5dBm/m2 para el caso omnidirec-cional. Por otro lado, el promedio delas diferencias de lo simulado respec-to a lo medido se ubicó en 16.35dBm/m2 para el caso sectorizado y en14.65dBm/m2 para el caso omnidirec-cional. Según esto se podría decir queen general no hay mejoras en las si-mulaciones al utilizar un esquemasectorizado en vez de uno omnidirec-cional. Aunque con respecto a los es-tudios anteriores13 las simulacionespresentaron una mejora de 0.13 y 0.6dBm/m2 de STD promedio para lossistemas TDMA/IS-136 y CDMA2000.1x respectivamente, la canti-dad de zonas analizadas no son sufi-cientes para llegar a una conclusiónfinal, pues varias de las rutas estu-diadas correspondían a lugares don-de se presenta solapamiento de sec-tores y algunos de los puntos de me-dida se encuentran en sitios de con-vergencia de vías donde la predicciónincrementa su error; este problemaes actualmente caso de análisis.4 Porúltimo, es relevante anotar que engeneral, y según se aprecia en las grá-ficas de la Figura 18, el algoritmo di-señado en la UIS sobreestima laspérdidas para los parámetros de en-trada al sistema de simulación mos-trados en la Tabla 1, y que dada lafalta de información precisa sobre laestación base no se pueden obtenerresultados más reales debido a lasaproximaciones utilizadas.

CONCLUSIONESLa documentación y normas existen-tes sobre límites de exposición a cam-pos electromagnéticos es bastante

completa y específica,1,5,6,7,18,19,21,25 re-saltándose que en la mayoría de nor-mas establecidas por los gobiernos dediferentes países han optado por asu-mir las recomendaciones del IC-NIRP21 y las de la UIT-T,25 las cualesde igual forma hacen referencia a lasrecomendaciones de dicha ComisiónInternacional. De estas recomenda-ciones se resalta la existencia de lí-mites establecidos para exposicionesde público en general y ocupacional,y el doble de restrictivos son los delprimer caso en comparación con elsegundo, tanto a nivel básico como dereferencia. Con este trabajo se demos-tró la viabilidad de utilización de losequipos de medida del Ministerio deComunicaciones para la verificaciónde dichas normas y el gran apoyo quesignifica el uso de herramientas desimulación computarizadas para laoptimización de este trabajo en con-diciones andinas. Para la celda enestudio se verificó que los niveles dereferencia se respetan con los límitespermitidos dentro del área de cober-tura de la celda, sin llegar a genera-lizaciones debido a que se trata de uncaso particular y a que la distanciade la radio base a otras fuentes deirradiación (i.e. sistemas de radiodi-fusión) es considerable. Las restric-ciones básicas no fueron verificadaspues en ninguno de los puntos se so-brepasaron los niveles de referencia,pero se espera, con el auspicio delEstado, realizar alianzas que permi-tan el análisis de aquellos lugaresdonde los resultados de simulaciónmuestran condiciones críticas para elsistema celular instalado en la zonapiloto, y en los sectores consideradosvulnerables dentro de las ciudadesverificando además otras bandas delespectro radioeléctrico. Junto con las


simulaciones y campañas de medidasrealizadas en el presente estudio sepudo corroborar la veracidad de losresultados de predicción del algoritmodiseñado y demostrar así que la pro-puesta planteada para el análisis deáreas de cobertura y de densidad depotencia es viable para su implemen-tación práctica en Colombia. Con res-pecto a los estudios anteriores11,12,13 elalgoritmo de predicción diseñado me-joró su desempeño, pasando de unaSTD de 7.6dBm/m2 a 7.47dBm/m2

para el sistema TDMA/IS-136 y a7.0dBm/m2 para el sistemaCDMA2000.1x, lo contrario ocurrió alcomparar los resultados de simulacióncon el nuevo caso omnidireccional,donde se obtuvo una STD promediode 6.83 dBm/m2. Se considera que paradar una conclusión final al desempe-ño del algoritmo es necesaria la tomade más medidas de campo para com-pararlas con los resultados de predic-ción. Además, para la obtención deresultados más confiables es necesa-ria la verificación de los parámetrostécnicos de la radio base, en especiallos niveles de PIRE de cada uno de lossectores para los dos sistemas insta-lados. Por otro lado, se espera que conla utilización de la cartografía actua-lizada y de alta resolución facilitadapor la compañía TES América AndinaLtda. se mejore el desempeño del al-goritmo, logrando subir los niveles decorrelación entre las simulaciones ylas medidas, ubicados en 0.3 para elcaso sectorizado (valor promedio) y en0.25 para el omnidireccional. Además,se espera con la aplicación de un fac-tor de corrección por difracción en elcruce de vías se mejore la predicciónen estos puntos.

Se confirma entonces que este traba-jo representa una propuesta prelimi-

nar de desarrollo que resultará de in-terés para el Ministerio de Comuni-caciones de Colombia, para los anti-guos y nuevos operadores de telefoníamóvil en el país y para los entes regu-ladores del Estado en cuanto que faci-lita la predicción del impacto ambien-tal de estas tecnologías. Además, ser-virá de soporte para el desarrollo deotros proyectos de investigación rela-cionados (análisis de capacidad, carac-terización de canales y planificación),los cuales serán de utilidad en el de-sarrollo de normativas propias, emi-sión de conceptos o certificaciones(para el desarrollo de nuevas aplica-ciones y servicios) y para la planifica-ción de futuras redes con esquemas deseguridad ambiental y optimizaciónsobre entornos tipo andinos. A nivelmundial éste es un tema de estudio yrepresenta gran interés para los gru-pos estandarizadores, reguladores ydesarrolladores de tecnología pues losmodelos propuestos no han sido pro-bados sobre nuestras condiciones geo-gráficas; lo que será básico para cono-cer el desempeño e impacto de las tec-nologías que aún no se han implanta-do en Colombia (i.e. 3G, 4G y otrasredes inalámbricas tanto móvilescomo fijas).

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CURRÍCULOAlexis Paolo García Ariza: nació en

Bucaramanga-Colombia, el 9 dejunio de 1978. Ingeniero Electró-nico de la Universidad Industrialde Santander, Escuela de Ingenie-rías Eléctrica, Electrónica y Tele-comunicaciones. Estudiante deMaestría en Ingeniería Electróni-ca de la misma Universidad. Haceparte del Grupo de Investigación

en Radiocomunicaciones - Radio-GIS-UIS, Bucaramanga-Colom-bia. Realiza investigaciones en elámbito de MIMO Channels yModelos de Propagación aplica-bles a la región Andina utilizan-do GIS, en cooperación con el Mi-nisterio de Comunicaciones deColombia-Seccional Bucaraman-ga, ICESI y la UPV de España.Actualmente se desempeña comodocente de las cátedras de Comu-nicaciones Satelitales, Comunica-ciones Móviles y Antenas. Susáreas de interés incluyen Siste-mas de Tercera y Cuarta Genera-ción, Sistemas de InformaciónGeográfica aplicados a las Teleco-municaciones, Modelos de Propa-gación, redes de datos móviles yconfiguraciones MIMO para 4G.(E-mail: [email protected],[email protected]).

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Análisis de irradiación electromagnética en las