Radio Ambulancia: Prueba de Concepto y Prototipo de un Sistema de Interferencia de Radiofrecuencia en la Banda de FM

Carlos Bosquez, Universidad Politécnica Salesiana

"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

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.

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
Santiago Orellana - Datalights Cia. Ltda.

 

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”.

 

Información del Autor:

Carlos Bosquez
Universidad Politécnica Salesiana
Ecuador
cbosquez@ups.edu.ec

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