Estudio, diseño e implementación de la capa física para comunicaciones remotas utilizando tecnologías NVS

En los últimos años, las redes de comunicaciones IoT han mejorado significativamente, tanto con respecto a la cobertura como a la eficiencia y el rendimiento. Aunque estas mejoras son muy relevantes, no cubren la totalidad del territorio mundial. Zonas muy aisladas del mundo, como los polos o zonas montañosas de difícil acceso, no disponen de este tipo de cobertura de datos, ya que las características del terreno limitan el acceso de los dispositivos IoT en estos entornos. Actualmente, las soluciones existentes se centran en las comunicaciones por satélite que, si bien permiten la comunicación en estos escenarios, tienen un coste económico muy elevado.

Por otra parte, una posible solución sería el uso de comunicaciones HF. Gracias a este tipo de comunicación se pueden alcanzar velocidades de hasta 100 kbps, según los estándares e investigaciones previas. Una de las aplicaciones de las comunicaciones HF es la comunicación a través de la ionosfera. Este tipo de enlaces proporcionan unas características ideales para las comunicaciones a larga distancia.

En los últimos cuatro años, el grupo de investigación en tecnologías de Internet (GRITS) de la Escuela de Ingeniería de La Salle (Universidad Ramon Llull), se ha centrado en las comunicaciones ionosféricas y, especialmente, en la tecnología NVIS (Near vertical incidence skywave). En particular, ha puesto su foco en las comunicaciones con la Base Antártica Juan Carlos I. Este tipo de comunicación HF ofrece unas características ideales para las comunicaciones remotas de largo alcance, con un radio de hasta 350 km y sin necesidad de visión directa entre los diferentes transceptores.

El objetivo de esta tesis es definir el mejor escenario de comunicaciones con tecnología NVIS para una red de cobertura IoT en entornos remotos. Una de las principales metas es la disminución del consumo en potencia de los dispositivos remotos. Esto proporcionará una comunicación de largo alcance y maximizará el tiempo de vida de la batería para este tipo de dispositivos, un factor primordial para comunicaciones IoT. Además, la solución propuesta intenta mitigar el sobrecoste económico que implicaría el uso de los satélites como medio de comunicación, adaptando el desarrollo de la tecnología a dispositivos de bajo coste.

Como factor principal de mejora, esta tesis se centra en la definición de una capa física adaptada al entorno de comunicación NVIS. Para optimizar este enlace, se estudian las principales características de un entorno wireless multitrayecto, el Doppler Shift, Doppler y Delay Spread, lo cual permite definir los tiempos de trama más adaptados a este canal. Por otra parte, se comparan las características de las modulaciones QAM, PSK y FSK (de orden 2 a 32) en transmisiones de muy baja potencia (de 0,5 W a 25 W) y en un entorno multitrayecto. Este análisis permitirá definir la mejor trama de comunicación, estableciendo la capa física para comunicaciones NVIS en entornos remotos.

Finalmente, y para demostrar la viabilidad de la tecnología desarrollada en un entorno industrial, se define e implementa un proceso de transferencia de conocimientos del mundo académico al mundo empresarial. Se estudian los diferentes mercados donde se podrían integrar este tipo de comunicaciones, y se define una propuesta de valor para el mercado de las comunicaciones remotas, todo ello con el fin de llegar a una conclusión tanto de viabilidad económica como de necesidad de la tecnología para un escenario de uso civil.