queclocator: tecnología de navegación por satélite en telefonía celular
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Tecnología de navegación por satélite en telefonía celular
A partir de la tercera generación, casi todos los módulos celulares ya incorporan tecnología
GPS de localización. La combinación de telefonía celular y sistemas de localización es una
fuente de recursos para nuevas aplicaciones. En el sector industrial, uno de los mercados
más beneficiados es el de los vehículos embarcados.
Aplicaciones
Actualmente ya podemos encontrar vigentes múltiples aplicaciones que combinan
comunicación 3G/4G y GPS.
Camiones de basura: aprovechan el propio localizador integrado en el módulo
celular y, con un solo dispositivo realizan el seguimiento de la ruta y disponen a la
vez de comunicación interna para comunicar incidencias
Maquinaria de construcción: las hormigoneras y excavadoras están usando la
tecnología celular para controlar y comunicar la superación del perímetro de
seguridad y el uso del equipo fuera del horario laboral. La comunicación celular,
además, permite activar el bloqueo del vehículo.
Transporte de dinero: la variación del recorrido del furgón blindado supone el envío
inmediato de una señal de alarma a la central.
Flotas de taxi: donde antiguamente se utilizaban sofisticados equipos de radio,
ahora ya se utilizan los módulos combinados de telefónica celular y GPS, hecho que
nos permite dejar de ver circular las características antenas de gran tamaño que,
antaño, adornaban nuestras calles.
En el futuro, otras soluciones están por llegar, hasta donde la imaginación llegue veremos
aparecer aplicaciones nuevas dando solución a nuevas necesidades.
Dispositivos antirrobo para coches y motos que envíen mensajes de aviso indicando
el recorrido del vehículo, bloqueando el vehículo a través del teléfono, o realizando
directamente llamadas para que la policía pueda comunicarse personalmente con
los amigos de lo ajeno.
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Aplicaciones que indicasen dónde está aparcado nuestro vehículo, y poder reseguir
paso a paso el camino a recorrer hasta llegar a él. Y
La comunicación de vehículos de emergencia entre sí, desarrollando algoritmos que
comuniquen a cada vehículo la decisión sobre cuál de ellos debe acudir al lugar
solicitado, en función de la distancia, el nivel de combustible y demás parámetros.
Nociones básicas de telefonía celular
La telefonía de celular, como su nombre indica, se basa en una red de celdas donde cada
celda está asociada a una estación base que proporciona cobertura en ésta.
Los módulos de telefonía celular, desde el
terminal móvil (MS – Mobile Station), se
comunican con las estaciones base (BTS – Base
Station) que, a su vez, se comunican con los
controladores de estaciones base (BSC – Base
Station Controller) que gestionan un grupo de
estaciones base. Los controladores de las
estaciones base se comunican con los centros de
conmutación (MSC – Mobile Switching Centres),
que son los encargados de interconectar con el
resto de redes públicas y privadas.
La frecuencia de la señal depende de la tecnología utilizada y el operador. En
España se utilizan las frecuencias 900/1800 MHz para 2G, 900/2100 MHz en 3G y
1800/2600 MHz en 4G.
La potencia de señal de cada estación base define una celda en el terreno que
delimita su cobertura. De esta forma, el conjunto de estaciones base conforman
una red de celdas que define el area con disponibilidad de cobertura. Cuando un
dispositivo embarcado se mueve de una celda a otra, el controlador de la estación
base transfiere la comunicación a la estación emisora correspondiente.
Si las estaciones emisoras no están suficientemente cerca una de la otra, se
produce un vacío entre celdas donde no se dispone de cobertura. Sucede lo mismo
si algún obstáculo importante entorpece la transmisión de la señal, como grandes
construcciones o terrenos geológicamente abruptos.
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Nociones básicas de navegación por satélite
La tecnología de posicionamiento se basa en la recepción de señales periódicas en la
frecuencia de 1600 MHz enviadas desde redes de satélites que orbitan a unos 20
megametros de altura.
GPS, desarrollado por el ejército de Estados
Unidos, es también el más utilizado en
Europa, GLONASS en Rusia, Beidou en China,
IRNSS en India y QZSS en Japón, también
denominado SBAS. Galileo, es el sistema
propio de la Unión Europea, pero aún se
encuentra en fase de desarrollo, por este
motivo en Europa se utiliza ampliamente el
sistema americano GPS.
La red de satélites GPS cuenta actualmente con 27 satélites en órbita: 24 activos y 3 de
soporte. Con 24 satélites activos, sincronizando correctamente las órbitas, se puede
asegurar la recepción de un mínimo de cuatro señales en cualquier punto de la tierra.
El cálculo de la posición se realiza mediante trilateración. Éste es un método
sencillo que determina la posición de un objeto a partir de la intersección de las esferas
centradas en cada satélite, donde el radio de las mismas viene definido por la distancia que
el objeto posicionado dista de éste.
El cálculo de la distancia del objeto respecto de cada satélite se realiza a partir de la
velocidad de transmisión de la señal, que es la velocidad de la luz (300.000 km/s) y del
tiempo transcurrido en la transmisión de la señal. El tiempo de transmisión de la señal se
obtiene restando el momento de recepción del de transmisión. Por este motivo, la señal
transmitida contiene la marca de tiempo del momento en que el satélite envió la señal y la
posición del mismo.
En el sistema GPS se definen tres segmentos: Segmento Espacial, segmento terrestre y
segmento usuario. El segmento espacial lo forman los 24 satélites, que en grupos de
cuatro, definen seis planos orbitales. El segmento terrestre está formado por 5 estaciones
que envían a los satélites las efemérides orbitales. Finalmente, el segmento usuario lo
forman las unidades receptoras.
Principales redes
satélite para
posicionamiento
GPS
Galileo
Glonass
Beidou
IRNSS
GQZS
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Cada satélite cuenta con un reloj atómico, la
escala de tiempo utilizada es la UTC.
Cuando el receptor recibe la señal, previo al
cálculo, utiliza ésta para sincronizarse. Para
localizar un objeto serían suficientes 3
satélites, pero se utiliza un cuarto satélite
para compensar los errores de sincronismo.
Tecnología GNSS: Problemas y soluciones
Desafortunadamente, la tecnología GNSS no es perfecta, debe lidiar con factores externos
que interrumpen su buen funcionamiento como son los rebotes de la señal en los edificios,
la ausencia de señal GNSS en interiores, las interferencias producidas por inhibidores de
señales GNSS o por entornos industriales, y la ralentización de la señal producida por el
efecto de la ionosfera y la troposfera.
Para solucionar los retrasos de la señal producida por rebotes y la calidad de la atmósfera,
existe la tecnología DGPS (Diferencial GPS), que consiste en calibrar las imprecisiones
desde una estación receptora que envía una señal de radio a los equipos.
Para paliar el uso de inhibidores de frecuencia, la mayoría de fabricantes ya
disponen de la funcionalidad anti-jamming, que es capaz de detectar estas situaciones
y avisar por comandos AT para que el uC pueda decidir cambiar de frecuencia de trabajo.
En el caso de ausencia de señal, el fabricante de módulos celulares y GNSS, Quectel, ha
introducido la triangulación celular en sus módulos GSM, bajo el nombre de
QuecLocator.
La triangulación celular consiste en determinar la
localización de un módulo teniendo en cuenta la
distancia a la que éste se encuentra de varias
estaciones base, medida por la potencia de la señal y
la velocidad de ésta.
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Obviamente, la precisión de posicionamiento celular es mucho menor que en el
posicionamiento GPS. Éste método empezó a ser utilizado ampliamente por la policía y los
servicios secretos; si bien, hoy en día cualquier persona puede acceder a páginas web en
internet capaces de localizar teléfonos móviles por su número de abonado.
Con QuecLocator el propio sistema donde se integra el módulo celular puede
acceder a datos de posicionamiento en base a las estaciones base de telefonía;
incluso cuando no se disponga de un receptor GNSS o cuando, disponiendo de
éste, no sea posible recibir las señales de los satélites. La configuración de
QuecLocator se realiza mediante el uso de comandos AT. QuecLocator puede trabajar
solo, sin necesidad de un receptor GNSS. De esta forma, se puede mantener el
posicionamiento en aparcamientos interiores, túneles, carreteras cubiertas por gran
densidad de arbolados y entornos con interferencias donde las frecuencias de las señales
GNSS queden inhibidas.
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