Radio Ambulancia - National Instruments

Radio Ambulancia: Prueba de Concepto y Prototipo de un Sistema de Interferencia de
Radiofrecuencia en la Banda de FM
"Las herramientas de National Instruments
permitieron que conceptos teóricos de
comunicaciones de radiofrecuencia expuestos en
un ámbito académico se aplicaran de manera
práctica en la resolución de un problema social
importante."
- Carlos Bosquez, Universidad Politécnica Salesiana (
http://partners.ni.com/partner_locator/partner_details.aspx?id=88606&backUrl=/partner_locator/search.aspx?q=datalights&tab=overview
)
El Reto:
Desarrollar la prueba de concepto y el prototipo de un sistema de interferencia de radio frecuencia en la banda de FM para reproducir un mensaje
de advertencia hablado en los radios receptores de vehículos ubicados en el camino de una ambulancia para reducir el tiempo de recorrido.
Lea el Caso
de Estudio
Completo
La Solución:
Utilizar LabVIEW con el NI Modulation Toolkit y un periférico de radio universal definido por software (Universal Software Radio Peripheral) NI
USRP-2920 para generar un mensaje modulado en FM y emitirlo en las frecuencias de varias estaciones de radio.
Autor(es):
Carlos Bosquez - Universidad Politécnica Salesiana (
http://partners.ni.com/partner_locator/partner_details.aspx?id=88606&backUrl=/partner_locator/search.aspx?q=datalights&tab=overview)
Santiago Orellana - Datalights Cia. Ltda. (
http://partners.ni.com/partner_locator/partner_details.aspx?id=88606&backUrl=/partner_locator/search.aspx?q=datalights&tab=overview)
Las ciudades con tráfico vehicular denso son comunes alrededor del mundo. Para un paciente que viaja en una ambulancia en una situación de
emergencia, el tiempo de arribo al centro de salud es un factor predominante en cuanto a su bienestar y su probabilidad de supervivencia. Por esta
razón es pertinente buscar soluciones que permitan reducir los tiempos de recorrido al mínimo posible.
La idea de utilizar LabVIEW y un equipo de generación de señales de radiofrecuencia para generar avisos en los radios de los automóviles ubicados en
frente de la ambulancia se generó en la agencia de publicidad ecuatoriana Maruri, y se desarrolló como un proyecto de tesis de pregrado en la
Universidad Politécnica Salesiana (UPS) de Guayaquil que se llamó “Radio Ambulancia”. Maruri financió el prototipo final, y en la actualidad trabaja con
la Asociación Ecuatoriana de Radio (AER) y la Asociación de Clínicas y Hospitales Privados de Ecuador (ACHPE) para viabilizar el proyecto como una
solución llave en mano.
Descripción de la Aplicación
La UPS utiliza sistemas PXI equipados con un generador y un analizador vectorial de señales de hasta 6.6 GHz en sus laboratorios de radiofrecuencia.
Dentro de la capacitación que DataLights proporciona en el uso de los equipos, uno de los experimentos consiste en observar el espectro de frecuencia
de emisoras de radio en la banda FM utilizando los Soft Front Panles de los instrumentos y LabVIEW con el objetivo de demodular la señal de una
estación de radio utilizando el NI Modulation Toolkit para escuchar el audio. El segundo paso de este ejercicio consiste en generar una portadora vacía
en la frecuencia de la estación de radio FM para anular la emisión original en los receptores situados en el área donde la potencia de la señal generada
es mayor que la de la estación. El tercer paso es modular en FM un mensaje de audio grabado en el disco duro del computador en la portadora
generada para interferirla en la emisión de la estación de radio. El resultado que se obtiene es que la transmisión original de la emisora de radio es
anulada por el mensaje de audio generado por el PXI.
Sin embargo, la plataforma PXI no era factible para el proyecto de Radio Ambulancia por su costo, tamaño y consumo de potencia, por lo que se optó por
migrar a la plataforma USRP.
Para la migración se intervino solamente en un 15% del código fuente, y básicamente consistió en reemplazar los drivers de PXI por los de USRP, lo cual
permitió ahorrar mucho tiempo en el desarrollo de la aplicación. Adicionalmente se agregó código para que la portadora vaya cambiando de frecuencia
portadora automáticamente para interferir en varias estaciones de radio seleccionadas.
En la Figura 1 se presenta un diagrama esquemático del sistema.
Para la prueba de concepto se utilizó un NI USRP-2920, DataLights proporcionó el asesoramiento y desarrolló el código fuente en LabVIEW, y los
estudiantes y el profesor de la UPS realizaron el diseño, la integración y la instalación del sistema en una ambulancia. La prueba se realizó en Junio de
2013 en Guayaquil, recorriendo la ciudad en horas de la madrugada para evitar inconvenientes con los conductores. Se utilizó la ambulancia equipada
con el sistema, y un segundo vehículo delante sintonizando diferentes frecuencias para evaluar el funcionamiento. Se realizó a baja potencia para tener
una cobertura de aproximadamente 30 metros y evitar interferencias masivas. La prueba de concepto resultó totalmente exitosa y no tuvo ningún costo.
En la figura 2 se presenta el Panel Frontal del VI utilizado en la prueba de concepto.
Debido a la baja potencia de transmisión que tiene el USRP-2920 (de 50 mW a 100 mW), la distancia a la que se puede interferir la señal de la estación
FM es de unos pocos metros, por lo que se debió seleccionar un amplificador de radiofrecuencia para ampliar el rango de interferencia.
En la prueba de concepto se utilizó una antena omnidireccional, lo cual causaba que receptores de radio ubicados a los lados o detrás de la ambulancia
sean intervenidos. Por esta razón es necesario utilizar una antena muy directiva y ganancia adecuada cuyo diseño es parte de la integración del sistema
final.
Como controlador se utilizó un computador portátil, pero se proyecta utilizar una pantalla HMI o un computador embebido con la aplicación de software
en el sistema final.
Se utilizó un inversor de voltaje para convertir los 12 VDC del sistema eléctrico de la ambulancia en 120 VAC para alimentar al USRP, al amplificador de
potencia, y al computador, aunque se estima que el proyecto final pueda prescindir de él y trabajar en corriente continua.
Maruri Grey estimó una reducción de 40% en tiempo de recorrido de una ambulancia, lo cual incrementa significativamente las probabilidades de
supervivencia del paciente.
Mediante la prueba de concepto y el prototipo se demostró que es técnicamente factible implementar el proyecto. Sin embargo, factores legales y de
regulaciones de uso del espectro radioeléctrico en cada país impiden utilizar el sistema de manera abierta y masiva. El siguiente paso es trabajar en
estas regulaciones con las entidades correspondientes para poder implementar el proyecto.
Por otro lado, las herramientas de National Instruments permitieron que conceptos teóricos de comunicaciones de radiofrecuencia expuestos en un
ámbito académico se aplicaran de manera práctica en la resolución de un problema social importante.
En YouTube se pueden encontrar videos demostrativos bajo los títulos “Radio Ambulance Maruri Grey” y “Radio Ambulance Technical Approach”.
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Información del Autor:
Carlos Bosquez
Universidad Politécnica Salesiana (
http://partners.ni.com/partner_locator/partner_details.aspx?id=88606&backUrl=/partner_locator/search.aspx?q=datalights&tab=overview)
Ecuador
[email protected] (mailto:[email protected])
Figura 1: Diagrama esquemático del sistema de Radio Ambulancia
Figura 2: Panel Frontal de prueba de concepto que emite la señal de audio en diferentes emisoras de FM
Legal
Este caso de estudio (este "caso de estudio") fue desarrollado por un cliente de National Instruments ("NI"). ESTE CASO DE ESTUDIO ES PROPORCIONADO
"COMO ES" SIN GARANTÍA DE NINGUN TIPO Y SUJETO A CIERTAS RESTRICCIONES QUE SE EXPONEN EN LOS TÉRMINOS DE USO EN NI.COM.
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