El Internet de las Cosas (IoT) es una de las tecnologías de la industria 4.0 que más está impactando a la humanidad. Y la banda ISM ha sido clave para ello, ya que permite el despliegue de soluciones inalámbricas industriales, científicas y médicas.
La firma IoT Analytics estima que en 2020 había más de 11.700 millones de dispositivos conectados, y predice que para 2025 serán más de 30.000 millones.
Cada vez se interconectan más procesos, servicios, dispositivos e incluso personas. Lo que genera la necesidad de sistemas de comunicación de bajo costo desde el prototipado hasta la versión final de un producto electrónico.
En esta entrega presentaremos algunos conceptos sobre el espectro radioeléctrico y las bandas de frecuencia ISM que permiten desplegar soluciones de IoT, sin tener que pagar una licencia de uso del espectro.
Espectro Radioeléctrico
El espectro radioeléctrico es el conjunto de ondas electromagnéticas cuya frecuencia se fija de forma estándar por debajo de los 3.000 gigahercios (GHz) y que se propagan por el espacio sin guía artificial.
El espectro se divide en bandas de frecuencias que se designan por números enteros, en orden creciente. Las bandas de frecuencias (Figura 1) constituyen el agrupamiento o conjunto de ondas radioeléctricas con límite superior e inferior definidos convencionalmente.
Figura 1. Bandas de Frecuencias. Fuente. Conatel.com
Banda ISM
Las bandas de radio ISM representan segmentos específicos del espectro radioeléctrico, reservados a nivel internacional para aplicaciones industriales, científicas y médicas, de allí su sigla.
Aunque originalmente se destinaban a usos no relacionados con las telecomunicaciones, estas bandas pueden ser empleadas para este fin, siempre y cuando los dispositivos de comunicación puedan mitigar las perturbaciones provenientes de otras tecnologías de radiofrecuencia, microondas y dispositivos susceptibles de generar interferencia electromagnética (EMI).
Redes de Corto Alcance en la Banda ISM
Los usos predominantes de las bandas ISM en el ámbito de las telecomunicaciones son las redes de corto alcance y baja potencia, entre las que se encuentran Wifi, Bluetooth, Zigbee, RFID y NFC.
La banda más reconocida para estas tecnologías es la de 2.4 GHz, aunque recientemente los sistemas Wifi de 5 GHz han ganado mayor popularidad, principalmente en las redes inalámbricas locales para hogares y oficinas.
Asignación de la Banda ISM
La Tabla 1 presenta diferentes rangos disponibles en el espectro radioeléctrico para ISM, junto con el ancho de banda, la frecuencia central y la asignación de cada rango.
Puede verse que hay bandas de frecuencias que se encuentran destinadas a regiones específicas, lo cual es clave al momento de diseñar una aplicación inalámbrica.
El uso indebido de una banda de frecuencias determinada, puede acarrear inconvenientes desde lo técnico hasta lo legal.
Tabla 1. Bandas de frecuencia ISM. Fuente. everythingsrf.com
Banda ISM y Redes LPWAN
En otras entregas hemos mencionado las tecnologías LPWAN, y particularmente LoRaWAN, una tecnología de comunicación de largo alcance y bajo consumo de energía que ha crecido aceleradamente en años recientes con el auge del internet de las cosas (IoT).
La banda ISM utilizada comúnmente para redes LoRaWAN es la banda de frecuencia de 868 MHz en Europa y algunas regiones de Asia, 433 MHz y 470 MHz en China, y 915 MHz en América y el pacífico (Figura 2).
Para Colombia particularmente, la banda permitida va desde los 915 MHz hasta los 928 MHz.
Figura 2. Banda de LoRaWAN. Fuente. thethingsnetwork.org
Regulaciones de la Banda ISM
Cada país o región tiene sus propias normas y regulaciones para la banda ISM, que contemplan la certificación de equipos que operen en estas frecuencias.
Muchos laboratorios de pruebas ofrecen servicios de aprobación de tipo a nivel mundial. A continuación, se enuncian las tres zonas más relevantes en la regulación de la banda ISM:
- Estados Unidos: la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) establece las reglas para las bandas ISM.
Todo uso de las bandas ISM está regulado por las normativas de la Parte 18 de la FCC, mientras que la Parte 15 cubre los dispositivos de comunicación no licenciados que comparten frecuencias de radio ISM.
- Europa: el Instituto Europeo de Normas de Telecomunicaciones (ETSI) es responsable de regular los dispositivos que operan en las bandas ISM.
Los procedimientos necesarios para la certificación de equipos ISM para el mercado de la Unión Europea están delineados en una Directiva.
- Reino Unido: en el Reino Unido se permite el uso de dispositivos ISM, siempre que no contravengan las disposiciones de la Ley de Telecomunicaciones Inalámbricas.
Estas regulaciones limitan la intensidad de campo y el voltaje terminal, e incluyen regulaciones específicas para controlar la interferencia de aparatos electromédicos y de calentamiento por RF.
Importancia de la banda ISM - Conclusión
El uso de la banda ISM ha evolucionado significativamente desde su origen para aplicaciones industriales, científicas y médicas.
Hoy en día se extiende a numerosas tecnologías de corto alcance como WiFi, Bluetooth, Zibgee, entre otras. Más recientemente ha impulsado las comunicaciones LPWAN para aplicaciones de IoT, como LoRaWAN.
Esta banda ofrece ventajas notables, como la disponibilidad global de ciertas frecuencias y la capacidad de soportar dispositivos de baja potencia. Su uso está regulado estrictamente por diversas entidades a nivel mundial, para minimizar interferencias y garantizar un funcionamiento eficiente.
La armonización de estas regulaciones facilita la certificación de dispositivos a nivel internacional, promoviendo un entorno tecnológico interoperable y expansivo.
Al mismo tiempo la banda ISM permite a los desarrolladores de hardware acceder a sistemas de comunicaciones para aplicaciones de IoT, de corto y largo alcance, que no acarrean costos de licenciamiento por uso del espectro.
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