La explotación de espacios blancos de televisión en México

LA EXPLOTACIÓN DE ESPACIOS BLANCOS DE TELEVISIÓN EN MÉXICO
Especialidad: Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica, Subespecialidad Comunicaciones Inalámbricas,
Gran Reto de la Ingeniería Mexicana: TIC
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Trabajo de Ingreso
LA EXPLOTACIÓN DE ESPACIOS BLANCOS DE
TELEVISIÓN EN MÉXICO
Especialidad: Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica
Subespecialidad: Comunicaciones Inalámbricas
Cesar Vargas Rosales
Ingeniero Mecánico Electricista, Especialidad en Sistemas Digitales,
Maestro en Ciencias en Ingeniería Eléctrica,
Doctorado en Ingeniería Eléctrica
(Comunicaciones y Procesamiento de Señales)
28 Junio 2016
Monterrey, Nuevo León.

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Contenido
Resumen Ejecutivo 3
1.- INTRODUCCIÓN 5
2.- LA EXPLOTACIÓN DE ESPACIOS BLANCOS DE
TELEVISIÓN EN MEXICO
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2.1.- Internet de las Cosas 7
2.2.- 5G 8
2.3.- Radio Cognitivo y Espacios Blancos 9
2.4.- Espacios Blancos de TV 10
2.5.- Inicios de los Espacios Blancos 14
2.5.1.- Definición de Espacios Blancos 14
2.6.- Contribuciones 16
2.7.- Evaluación de Espacios Blancos en México 17
2.8.- Análisis de los Espacios Blancos de TV en
México
19
2.9.- Trabajo Futuro 24
3.- CONCLUSIONES 26
4.- REFERENCIAS 27
5.- BIBLIOGRAFÍA 28

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RESUMEN EJECUTIVO
Los servicios de banda ancha para comunidades rurales siempre han sido un reto y una
prioridad para los gobiernos. Más de la mitad de la población mundial se encuentra en estas
zonas aisladas con una carencia substancial de infraestructura de acceso a la información.
Actualmente, la mayoría del espectro radio eléctrico está concesionado a servicios primarios
o licenciados lo que genera una escasez de frecuencias evitando el despliegue de nuevos
sistemas. El rápido crecimiento tecnológico, provoca un problema porque más aplicaciones
compiten por espectro, limitando la evolución de nuevas tecnologías debido a regulaciones
sobre la operación del espectro concesionado.
Por la escasez de frecuencias, diversas organizaciones han propuesto soluciones donde
sistemas primarios puedan compartir el espectro con sistemas secundarios aprovechando los
espacios subutilizados, como en las bandas de TV (VHF-UHF). En un esfuerzo por ayudar
en este problema, los sistemas de Radio Cognitivo y los “Espacios Blancos (White Spaces)”
de TV basados en el estándar IEEE802.22 han sido presentados como una solución.
En este trabajo se presenta la factibilidad de un sistema de comunicación de radio
cognitivo que usa los espacios blancos de TV en la República Mexicana para proveer
servicios de banda ancha. Este sistema permitirá una conectividad eficiente y la expansión
del acceso de banda ancha utilizando Redes Inalámbricas de Área Regional (WRAN) bajo la
norma IEEE802.22 para radios cognitivos.
ABSTRACT
Broadband communication services for rural communities have always been a challenge and
a priority for Governments in the world. More than half of the world's population is located
in these remote areas with an important deficit of information access infrastructure.
Currently, most of the radio spectrum is licensed to primary services which creates a shortage
of frequencies that prevents the deployment of new systems. With the rapid growth of
wireless technologies, this has come to be a serious problem as more and more applications
compete for the spectrum use, and thus severely limiting the development of new
technologies due to regulations on the operation of the spectrum.
Because of the scarcity of frequencies, various organizations have started to recommend
solutions where primary systems share the spectrum with secondary systems by taking
advantage of the free spectrum spaces that are under-utilized, as it is the case of the TV (VHF-
UHF) bands. In an effort to help in this problem, cognitive Radio systems and the use of "
TV White spaces" based on the IEEE 802.22 standard have been presented as a solution.
This document presents the feasibility of a communications system of cognitive radio
using TV white spaces in Mexico to provide broadband service to rural or underserved areas.
This system will enable efficient connectivity and expansion of the broadband access using
wireless Regional Area (WRAN) IEEE 802.22 standard for cognitive radios.
Palabras clave: Espacios blancos de TV, Radio cognitivo, interferencia, receptores óptimos,
WRAN, banda ancha
Objetivo: Presentar la factibilidad de un sistema de comunicaciones de radio cognitivo que
utilice los espacios blancos de TV en la República Mexicana. Este sistema permitirá una

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conectividad eficiente y a menor costo, junto con la expansión del acceso de banda ancha a
comunidades rurales o marginadas con eventual aplicación de la norma IEEE 802.22 para
Radios Cognitivos. Se muestra también el inicio del estudio de los impedimentos del canal
para este sistema, sobre todo de la interferencia que genera.
Alcances: Se presenta la factibilidad de un sistema de comunicaciones de banda ancha para
zonas rurales o suburbanas que se fundamenta en el concepto de radio cognitivo. La
factibilidad se establece desde la perspectiva de la disponibilidad del número de canales de
TV disponibles por zonas geográficas de la República Mexicana junto con la capacidad por
persona y por Km2
alcanzable. Se presentan los inicios del estudio de interferencia para este
sistema.

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1. INTRODUCCIÓN.
En Febrero 2013, el Tecnológico de Monterrey hizo una visita de trabajo a la Universidad de
California en Berkeley. Como acuerdo en esa ocasión se determinó la realización de una
estancia de investigación de verano en esa universidad por parte de dos profesores. En verano
2013 ya trabajando en el área de redes de sensores para sistemas de agua, se tuvo la
oportunidad de tener reuniones con el profesor Anant Sahai, quien en ese momento estaba a
la mitad de un proyecto con sus estudiantes donde estaban identificando y cuantificando los
espacios blancos de TV en Estados Unidos. Nos reunimos los investigadores de México y
uno de Egipto e iniciamos el trabajo de los espacios blancos, en principio definiendo
metodologías para la cuantificación de los mismos independientemente del país.
La idea principal era cuantificar los espacios blancos de TV, y proponer un sistema que
pudiera explotarlos sin ser costoso y que no fuera necesaria la modificación de las líneas de
producción existentes de dispositivos actuales. Se trabajó en generar una propuesta y
posteriormente en que cada uno de nosotros lo hiciera en sus respectivos países. Una de las
ideas principales también era la obtención y documentación de la información de las
estaciones de TV. En México no tenemos problemas ya que esa información se encuentra
disponible, pero en otros países puede ser difícil obtenerla. Para resolver este problema, se
hizo un estudio estadístico en Estado Unidos a través de encuestas donde por via telefónica
se les preguntaba a las personas qué canales de TV recibían. Se completó ese estudio con
significancia estadística y después se correlacionó con la información que se tenía de las
antenas transmisoras en el territorio Estadounidense y se llegó a la conclusión de que la
similitud era extraordinaria. Esto nos proporcionó la seguridad de que la metodología que
pudiéramos generar podría ser aplicada en diversos países sin la necesidad de que el gobierno
realizara esos estudios.
Para el verano 2015 ya se habían hecho los programas que calculaban los espacios
blancos, y análisis de costos de algunas soluciones propuestas y personalmente inicie con la
tarea de obtener los espacios blancos de TV para México y presentarlos con el uso de
diferentes consideraciones. Esto se realizó durante la segunda estancia de investigación en la
Universidad de California en Berkeley. El resultado de ese trabajo es el que se presenta en
este documento. Este trabajo ha generado dos estudiantes graduados de maestría, Joaquín
Arellanos y Jacqueline Martínez y un artículo en revista indizada enviado en 2016.
En general, se obtuvo la información de las estaciones de TV en México y en varias
ocasiones tuvimos que hacer actualizaciones de la misma. La última publicada y que es la
que utilizamos para este documento es de Agosto 2015. De INEGI se obtuvo la información
para los mapas junto con la información demográfica. De CONAPO y de IFT obtuvimos
información del uso de Internet en México. Los programas están fundamentados en los que
ya se tenían en la Universidad de California y que se modificaron para que pudieran
manipular la información de México.
Los programas leen la información y utilizan un modelo de propagación recomendado
por la UIT para las frecuencias de TV. Se generan mapas de 200 x 300 pixeles de resolución
y se cuantifica por pixel la cantidad de canales de TV que no se están ocupando. En un pixel
en particular se tienen 114.7 Km2
de área. Pixel por pixel se aplica el modelo de propagación
para todos los canales de TV. Se determina qué canales de TV son recibidos con una potencia
mayor que -114 dBm y todos esos canales cuya potencia recibida es inferior al umbral

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mencionado y que satisfacen el criterio de canales adyacentes (más adelante se explica),
forman parte de los espacios blancos de TV. El trabajo de los espacios blancos de TV para
México está en sus inicios. Lo que se muestra en este documento es solo la cuantificación de
los espacios y la factibilidad de utilizarlos para servicios de banda ancha al conocer su
potencial en cuanto a la velocidad de datos que se puede alcanzar por Km2
y por persona.
En la Sección del Desarrollo del Tema, se presenta primero un panorama de los avances
tecnológicos y el futuro en materia de sistemas y redes de comunicaciones inalámbricas. Esta
parte permite establecer brevemente los intereses en los que se concentra la investigación y
desarrollo en estas áreas, así como define las líneas que representan un interés para nuestra
comunidad. Posteriormente se presentan los antecedentes de los espacios blancos y se
describe el contexto de las comunicaciones inalámbricas. Se platica brevemente de sistemas
y soluciones que se han propuesto o implementado y los detalles en regulación que son
determinantes para los espacios blancos de TV.
Después se introduce el concepto de espacio blanco y se muestra el mismo a través de
un mapa de México, se establecen las protecciones necesarias para considerar la
disponibilidad de espacios blancos y brevemente se presentan las contribuciones del trabajo.
Se continúa con la presentación de los mapas de disponibilidad de espacios blancos con
diferentes consideraciones y su cuantificación en número de canales, y en MHz.
En la subsección de Análisis se explica el cálculo de la capacidad de los espacios blancos
en términos de velocidad de datos alcanzable y se presenta por unidad de área y por persona.
El documento continúa con una explicación breve de lo que se está realizando en este
momento que es el modelado de la interferencia causada por los dispositivos secundarios. Se
obtendrá un modelo que también considerará la geometría irregular de las áreas generadas de
cobertura. Finalmente se presenta el conjunto de trabajos futuros que se ha planeado en esta
temática de radio cognitivo en espacios blancos de TV.

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2. LA EXPLOTACIÓN DE ESPACIOS BLANCOS DE TELEVISIÓN EN
MÉXICO
Durante los últimos 20 años se ha presenciado un crecimiento exponencial en la demanda de
servicios de comunicaciones que solo ha podido ser mitigada por las tecnologías
inalámbricas, pero esto ha generado a nivel mundial una revolución donde se contemplan
escenarios solo vistos en ciencia ficción con una cantidad de dispositivos inmensa y con una
posibilidad de aplicaciones aún no vistas. Este paradigma de contar con dispositivos para
todas las actividades, equipados con sensores de múltiples clases supervisando numerosas
variables y generando información al medir diversos parámetros, impondrá una exigencia en
la infraestructura de comunicaciones y en el diseño de sistemas de última milla nunca antes
visto.
El actual paradigma de acceso a través de enlaces asimétricos, donde generalmente la
demanda de bajar información es mayor, está terminando y necesita ahora cambiar a un
paradigma donde las personas generan una cantidad inmensa de información que necesita ser
comunicada. Esto está haciendo que se generen nuevas perspectivas tecnológicas que sean
eficientes, sustentables y con carácter evolutivo para satisfacer la demanda que en un futuro
cercano se avecina.
Tecnológicamente hablando, los paradigmas que se están gestando para acomodar toda
esa demanda son Internet de las Cosas (IoT), la siguiente generación de comunicación móvil
5G y la tecnología que utiliza inteligencia para adaptarse al medio ambiente que la rodea
Radio Cognitivo (CR). De estas tendencias tecnológicas a continuación se presentará
brevemente su concepto para IoT y para 5G, y más adelante para CR ya que este trabajo se
concentra en esta última tecnología.
2.1.- Internet de las Cosas
Por lo general, se visualizan conjuntos de dispositivos heterogéneos comunicándose para
realizar sus tareas programadas. Esta comunicación se contempla de forma inalámbrica por
la necesidad de no tener una dependencia de infraestructura física a través de cables y contar
con esa independencia de portabilidad y movilidad. Cada vez más fabricantes generarán
sensores miniaturizados que podrán ser utilizados en las personas, en ropa, en nuestro mismo
cuerpo de formas intrusivas y no intrusivas, en nuestra casa, trabajo y en la ciudad. Este
escenario es lo que se conoce como Internet de las Cosas (IoT) que contempla que el número
de cosas que necesitarán de conectividad a través de Internet crecerá a un estimado de 50,000
millones de dispositivos. En paralelo se están generando otras aplicaciones donde también
crecerá el número de equipos que requerirán de esa conectividad. Por ejemplo, en el escenario
vehicular se estima que 250 millones de vehículos para el 2020 necesitarán conectarse, así
como un estimado de 27,000 millones de conexiones entre máquinas será necesario lograr.
Esta necesidad de dispositivos a conectarse viene junto con la reducción de los costos
de los sensores, de ancho de banda, de procesamiento y de almacenamiento. El paradigma de
IoT tendrá una fuerte influencia en la vida del ser humano al proponer soluciones con
tecnología a problemas de carácter social, ambiental y productivo. Necesidades de apoyo
para la educación tanto a niños y adolescentes como adultos y adultos mayores, eficientar
procesos de almacenamiento y distribución de la energía, del agua, de alimentos serán de la

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vida cotidiana. La supervisión con aplicaciones en salud, tanto del cuerpo humano como de
las variables de interés como niveles de contaminación por ozono o dióxido de carbono entre
otros, son algunas de las actividades que cada vez más se transformarán para hacerse más
eficientes.
El paradigma IoT es la conectividad de dispositivos inteligentes, de sistemas de dispositivos
inteligentes, y de sistemas de sistemas inteligentes, que necesitarán de bajos costos de
fabricación y de conectividad junto con cobertura amplia universal y de largo plazo. Esto se
traduce a la necesidad de mayor ancho de banda, tiempos de respuesta más rápidos, consumo
de energía mínimo y bajos costos.
2.2.- 5G
El concepto fundamental de 5G es la interconectividad de una cantidad inmensa de
dispositivos inteligentes, a través de tecnologías de acceso por radio frecuencias, hacia la
infraestructura de red y a la nube. Algunas empresas se concentran en esa conectividad de
extremo a extremo del dispositivo hasta la nube otras estarán concentradas en la interfase de
aire definiendo los estándares para el acceso inalámbrico.
Los requerimientos y retos de ingeniería y diseño que se definirán a la tecnología 5G
(Andrews, 2014), son:
 Alta Velocidad. La necesidad de proporcionar alta velocidad a los usuarios es la
directriz principal de 5G, con una meta de aproximadamente 100 Mbps para el 95%
de los usuarios. Esto impone factores multiplicativos de 100 y de 1000 con respecto
a la tecnología actual de 4G.
 Latencia. Actualmente en 4G se tienen latencias de viaje redondo entre extremos de
la red del orden de 15 ms, pero se espera que para 5G la latencia esté por debajo de 1
ms de viaje redondo. Esto debido a aplicaciones como realidad aumentada y virtual,
dispositivos con interacción táctil entre otras.
 Costo y uso eficiente de Energía. Debido al incremento en las velocidades de
transmisión, se espera que el consumo de energía se disminuya en la misma
proporción (100 veces) para que al menos permanezca en los niveles actuales.
 Dispositivos. Se espera un crecimiento de hasta 10,000 veces en el número de
dispositivos, sobre todo los que requerirán de bajas velocidades. Esto requiere de
cambios substanciales a la base tecnológica de 4G que no se diseñó pensando en esas
cantidades y diversidad de subscriptores.
Los puntos anteriores podrán ser satisfechos con nuevas ideas y mejoras a las tecnologías
actuales. El crecimiento masivo del número de dispositivos a conectarse o densificación,
deberá ser atacado desde la perspectiva de la eficiencia espectral por área con una visión para
incrementar el número de dispositivos atendidos por unidad de área y por Hz ocupado. El
uso de otras frecuencias será esencial, sobre todo en 5G que se está contemplando que utilice
frecuencias por debajo de 6 GHz y las de 30 y 70 GHz, es decir, moverse a las señales con
ondas de tipo milimétrico. También para incrementar la velocidad de datos, será útil
implementar sistemas de MIMO masivos que incrementan la eficiencia espectral de bps por
cada Hz ocupado.

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Actualmente en este 2016 se han iniciado fuertemente los esfuerzos de estandarización
para 5G dentro del grupo de trabajo de Acceso por Radio a la Red (RAN) de 3GPP, donde a
la interfase de radio se le ha nombrado ahora el Nuevo Radio (NR). Se espera que NR esté
completado para el primer cuarto del año 2017. 3GPP trabaja en paralelo lo relacionado con
IMT2020. Para 5G se planea presentar la tecnología a través de una demostración en las
Olimpiadas de Invierno de 2018, y para 2020 se espera que pueda 5G estar comercialmente
disponible.
Tecnológicamente hablando, en la actualidad y para este 2016, 3GPP trabaja en el
modelo del canal de 6 GHz, y para el primer cuarto del año 2017 se espera contar también
con las formas de onda, la codificación de canal y otros aspectos de la interfase de aire. Los
casos de estudio que se consideran para el diseño de 5G son el de Banda Ancha Móvil
Mejorada (eMBB), Comunicaciones Ultra-Confiables y de Baja Latencia (URLLC), y
Comunicaciones Masivas Tipo Máquinas (mMTC). eMBB atenderá situaciones de hotspots
tanto en ambientes exteriores como interiores, así como el cumplimiento de incrementar la
velocidad al menos en 10 veces la de LTE-APro. mMTC se concentra en mejorar la
cobertura, tener bajos costos y mejorar el tiempo de duración de las baterías, y así atenderá
casos de estudio como de la movilidad, las comunicaciones V2X, dispositivos de uso en
personas (wearables), interoperabilidad de dispositivos, etc. URLLC es el de casos de estudio
potenciales de mayor importancia para el futuro donde se busca satisfacer los requerimientos
de ancho de banda y baja latencia. Entre los casos se encuentran la realidad aumentada, la
realidad virtual, nubes de robots/drones, automatización de industrias, vehículos autónomos,
drones autónomos, aplicaciones en salud, etc.
En cuanto a las bandas de frecuencia a utilizar, se espera que el escenario urbano tanto
a nivel macro como por su alta densidad de dispositivos sea operado en las bandas por debajo
de 6 GHz y en la banda de 30 GHz. El escenario rural será para las bandas por debajo de 6
GHz esperando coberturas de 2 Km típicamente. La banda de 70 GHz se utilizará para los
hotspots en ambientes interiores con coberturas de hasta 20m.
2.3.- Radio Cognitivo y Espacios Blancos
En los últimos años, el desarrollo de tecnología inalámbrica, ha producido una creciente
demanda de espectro, siendo regulada por el estado que es el encargado de administrar y
asignar las bandas de frecuencias según lo dispuesto en el reglamento de
Radiocomunicaciones por la U.I.T., regulado de manera local mediante el cuadro nacional
de atribución de frecuencias (CNAF). Existen estudios como (Cabric, 2004) sobre el uso de
las frecuencias en alguna localización específica y tiempo, en el cual demuestran que existen
bandas de frecuencia ocupadas, parcialmente ocupadas y otras desocupadas por un largo
tiempo. Debido al desaprovechamiento del espectro, surge el desarrollo de nuevas
tecnologías que puedan administrar y hacer un uso más eficiente del espectro radioeléctrico
disponible. El concepto de radio cognitivo (RC), fue definido por (Mitola, 1999) siendo
desarrollado como una de las soluciones al problema de la saturación espectral. La Comisión
Federal de Comunicaciones (FCC), menciona que el radio cognitivo puede cambiar los
parámetros del transmisor basado en la interacción con su entorno. Estos son radios
inteligentes que toman decisiones de forma autónoma utilizando la información recopilada
sobre el entorno de radiofrecuencia a través del razonamiento basados en modelos aprendidos

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o plantear de acuerdo a su experiencia pasada. Esta tecnología emergente permite el
desarrollo flexible, construye, produce, envía y despliega radios altamente adaptables que se
basa en tecnología de radio definida por software. Los RC hacen que la tecnología se adapte
a una solución de conectividad para áreas suburbanas y rurales utilizando como un medio los
espacios blancos de las bandas de TV. Los RC contribuyen a la mejora de sistemas existentes
de comunicaciones inalámbricas, siendo aplicadas en 4 áreas, definidas de la siguiente forma,
red inalámbrica de recursos y optimización de aplicaciones, mejora de la calidad de las
comunicaciones, aplicaciones que permitan la interoperabilidad y servicio de aplicaciones
específicas, (Martinez, 2015), véase Figura 1. Estas aplicaciones pueden beneficiar unos a
otros, superponerse o ya sea por separado o juntos trabajar en equipo para mejorar la
comunicación inalámbrica.
Figura 1. Clasificación de las aplicaciones de Radio Cognitivo
2.4.- Espacios Blancos de TV
En la actualidad, la mayor parte del espectro está concesionado lo cual ha generado una
escasez de frecuencias para nuevos sistemas emergentes. Con el rápido crecimiento de las
tecnologías inalámbricas, la escasez actual del espectro ha sido un serio problema a medida
que más y más aplicaciones compiten por lo poco que aún queda del espectro. Esto ha
afectado seriamente la evolución de nuevas tecnologías debido a las limitaciones regulatorias
actuales sobre la operación del espectro concesionado, como es el caso de las bandas de TV.
En el 2003, la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) mostro que la utilización
del espectro por los usuarios licenciados o primarios en un momento del tiempo y en una
zona geográfica específica oscila en un rango del 15% al 85%, permitiendo la posibilidad de
reutilizar estas bandas de frecuencias libres en un instante del tiempo (huecos espectrales o
espacios blancos), dando origen a la red de radio cognitiva como una solución a esta
problemática y que es definida por la FCC como un radio que puede cambiar los parámetros
del transmisor basado en la interacción con el entorno en que este opera.
Desafortunadamente el espectro es un recurso escaso y de alta demanda debido a la gran
cantidad de tecnologías y sistemas que se han venido implementando para proporcionar
acceso a internet desde diferentes dispositivos móviles. Lamentablemente este no se está

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utilizando de una forma racional ni lo eficientemente posible ocasionando que existan
diferentes espacios subutilizados en ciertas bandas, conocidos como espacios blancos, en
especial, en el rango de frecuencias bajas por debajo de los 3 GHz.
Por otro lado, el espectro concesionado a aplicaciones como la televisión, telefonía
celular y seguridad pública muestran poco uso en diferentes localidades geográficas a nivel
global, razón por la cual diversas organizaciones se han dado a la tarea de proponer diferentes
soluciones para aprovechar estas bandas o huecos espectrales a raíz de que en Noviembre del
2008, la FCC emitió la reglamentación para permitir la operación de dispositivos no
licenciados o secundarios utilizando estos huecos espectrales.
El utilizar los espacios blancos de TV no es tan simple como se menciona, es importante
mantener la operación de los dispositivos secundarios dentro de normas de operación que no
interfieran con los dispositivos primarios, para ello la FCC emitió las reglas de operación
para asegurar la convivencia de los dispositivos secundarios.
La evolución de los dispositivos inalámbricos ha hecho que cada vez más gente tenga
la necesidad de estar conectado y comunicado pero debido al rezago en servicios de banda
ancha que se tiene en el país y más específico, en zonas rurales, ha hecho difícil el poder
llegar con servicios de Internet a lugares alejados, por lo caro que implica el despliegue de
redes alámbricas.
Una de las principales razones por la cual existe una diferencia tan significativa en la
penetración de servicios y dispositivos entre zonas rurales y urbanas es la densidad de
población, relativamente baja para zonas rurales y que, por cuestiones demográficas, limita
la cobertura.
Para los principales operadores de telecomunicaciones en el país es claro que no tienen
un interés en desplegar servicios de banda ancha a poblaciones con menos de 100 habitantes
ya que su cobertura no suele ser considerada como atractiva desde el punto de vista
económico, sin embargo, su importancia es fundamental en términos sociales como está
sucediendo con Microsoft y Google que han buscado la manera de hacer llegar servicios de
banda ancha a poblaciones marginadas de África.
En el marco del seminario “Transformación Digital en México”, organizado por el CIDE
Telecom, Hector Olavarría, subsecretario de Comunicaciones de la SCT en 2011, comentó
que México enfrenta un déficit “alarmante” en materia de infraestructura de banda ancha que
mantiene a 94% de las zonas rurales marginadas de los servicios, lo cual significa que de
192,000 localidades rurales únicamente 6,000 cuentan con infraestructura, esto es, en las
comunidades rurales de entre 500 y dos mil 500 habitantes, solo el 6.0 por ciento tiene
infraestructura de banda ancha. Definitivamente esto refleja una cruda realidad en materia de
infraestructura en servicios de banda ancha en el país y muestra en gran medida el atraso
digital que viven las comunidades remotas de México pues mientras que en 87% de las 630
localidades consideradas urbanas con más de 15,000 habitantes existe infraestructura, las
zonas rurales presentan un déficit en la materia.
Otro factor que se ha considerado respecto al tema de conectividad es el proveer a las
comunidades rurales servicios de Internet por medio de servicios celulares,
desafortunadamente las grandes compañías de telecomunicaciones no acceden a estos
municipios porque están en un lugar remoto y la cantidad de población y el consumo, no es
viable para su modelo de negocio.

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Tal es el caso de los pobladores de Talea de Castro, una comunidad de la Sierra Norte
de Oaxaca quienes tuvieron que pagar un equipo de $300,000 pesos para acceder a su propia
red comunitaria instalando una radio base celular interna que opera en banda de 900 MHz de
uso libre en México, es decir, una red privada que no requiere permiso o concesión; que se
conecta a un proveedor de internet y que contrata con un operador VoIP las llamadas
salientes. La banda de frecuencia sobre la que opera actualmente el servicio en Talea no es
idónea y es por ello que se solicitó a la Comisión Federal de Telecomunicaciones (Cofetel)
una concesión para experimentar el comportamiento de equipos en la banda de 850 MHz.
Debido a que no existen muchas alternativas tecnológicamente y económicamente
viables en el mercado que puedan proporcionar conectividad a zonas rurales, en este trabajo
propondremos instrumentar un sistema que dé impulso a la provisión de servicios de banda
ancha a zonas rurales a través de redes inalámbricas comunitarias utilizando los llamados
huecos espectrales de las bandas de Televisión conocidos como Espacios Blancos (White
Spaces) para que dispositivos Secundarios o de Radio Cognitivo puedan operar de forma
simultánea con dispositivos Primarios o licenciados usando frecuencias libres de operación
como se explicara en el desarrollo de este trabajo.
Muchos países del mundo están buscando implementar soluciones basadas en
tecnologías de “Espacios Blancos” que les permitan utilizar eficientemente las bandas de
frecuencias libres para proporcionar servicios inalámbricos a zonas marginadas, tal es el caso
de la India donde el Gobierno en conjunto con el Instituto de Tecnología de la India (IIT)
están planeando utilizar “Espacios Blancos” como una oportunidad de incrementar la
disponibilidad del espectro. En un amplio estudio del espectro realizado en IIT Delhi para
entender el uso real de las bandas de TV arrojó que mucho del espectro de frecuencias (470-
698 MHz) está libre mostrando claramente que solo 10 MHz de la banda de frecuencia está
ocupado contrario a lo que sucede en Europa y US donde todas las bandas de TV disponibles
están siendo usadas.
La regulación juega un importante papel en todo esto, y se deben estar gestando las
nuevas ideas o realizando las modificaciones que adapten a lo ya existente al cambio
tecnológico. Ideas generales en regulación del espectro son las siguientes:
 Parece que ya no tenemos espectro utilizable
 Espectro con licencias para su uso tiene un costo muy alto tanto en tiempo como en
dinero
 Se requiere más espectro sin licenciar para detonar crecimiento económico
 Se requiere más espectro para proporcionar servicios de acceso a Internet y banda
ancha en áreas rurales
 La coexistencia inteligente ha sido demostrada en la misma banda de frecuencias
 Tenemos espacio en el uso actual del espectro para que lo usen otros dispositivos
Los gobiernos están reestructurando sus recursos espectrales con el fin de ofrecer mejor
servicio, incrementar e impulsar el desarrollo económico y social de sus países por lo cual
han decidido implementar estrategias y políticas para la liberación de espectro que den
solución al actual estado de saturación. Por lo tanto estrategias como el apagón analógico son
ampliamente adoptadas, el cual consiste en el aprovechamiento de tecnologías digitales para

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la transmisión de señales de TV, que reducen su ancho de banda liberando frecuencias para
que sean aprovechadas por otras tecnologías.
La transición a la Televisión Digital Terrestre (TDT) puede realizarse siguiendo las
recomendaciones de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (U.I.T.), en el cual se
ofrecen algunos comentarios para la introducción de sistemas digitales que sustituyan a los
analógicos con el fin de liberar frecuencias para su uso con otros fines. De esta manera, se
propicia que se subdividan las bandas de frecuencia, que designan una porción del espectro
radioeléctrico con base en criterios técnicos relacionados con los servicios. Dichas
recomendaciones consisten en 5 capas funcionales: vigilancia y regulación, apagón
analógico, desarrollo de mercados y negocios, desarrollo de redes y mapas para su desarrollo.
El apagón analógico es una estrategia en proceso de implementación en varios pases como
Canadá, España y Mexico, otros pases ya han culminado este proceso como Alemania,
Finlandia, Holanda, Luxemburgo y Suecia entre otros por su parte, los pases
latinoamericanos tienen planeado aplazar el apagón hasta el 2020.
La tendencia de utilizar tecnología inalámbrica en el mundo muestra que Mexico, según
el reporte sobre estadística mundial de consumo de la Internet World Stats (IWS) (30 Junio
de 2014), cuenta con 120,286,655 personas, de las cuales 59,200,000 son usuarios de internet
teniendo una penetración de internet en 49.2%. Es por ello que la República Mexicana ejecuta
el Plan Nacional de Desarrollo 2013-2018 desarrollado por el gobierno Federal de México,
en la cual propone el objetivo de “Fomentar el uso óptimo de las bandas de 700 MHz y 2.5
GHz bajo principios de acceso universal, no discriminatorio, compartido y continuo,” por lo
cual se desarrollará un sistema que de manera óptima, que utilice y comparta las bandas de
TV (400 a 700 MHz).
El Instituto Federal de Telecomunicaciones (IFT), organismo autónomo, encargado del
desarrollo eficiente de las telecomunicaciones, junto con la Secretaria de Comunicaciones y
Transportes (SCT), publica un documento llamado Cuadro Nacional de Atribución de
Frecuencias (CNAF), donde señala los usos de cada sección del espectro radioeléctrico. Con
respecto a la liberación de espectro en el apagón analógico que fue iniciado por su organismo
antecesor, la Comisión Federal de Telecomunicaciones (COFETEL), la cual comenzó en la
ciudad fronteriza de Tijuana, BC en el 2013; Monterrey, Ciudad Juárez, Nuevo Laredo,
Reynosa y Matamoros siguieron sus pasos el 29 de mayo de 2014. Para noviembre del 2014,
la conversión digital llega a la Ciudad de México, Guadalajara, Cuernavaca, Puebla,
Querétaro, Veracruz, Mérida, Mexicali, León, Celaya, Torreón, Jocotitlán, San Luis Potosí,
Villahermosa y Jalapa. Teniendo como fecha límite el 31 de Diciembre del 2015 su
culminación en el territorio mexicano según programación inicial.
La estrategia gubernamental busca colocar en el mercado diversas bandas del espectro
radioeléctrico aptas para el despliegue y complemento de las redes de acceso inalámbrico,
con el objeto de promover el desarrollo de la banda ancha en Mexico y de satisfacer las
crecientes demandas de este recurso, siempre en función de la disponibilidad tecnológica con
la finalidad de liberar recursos que puedan ser aprovechados por aplicaciones como la
televisión en alta definición las comunicaciones móviles y comunicación inalámbrica de
banda ancha beneficiando las zonas rurales y semiurbanas.
En particular en México se está trabajando en el proyecto de la Red Compartida que
utilizará la banda de 700 MHz proporcionando servicios de banda ancha a zonas rurales y
suburbanas. La infraestructura se planea sea de fibra óptica proporcionada por CFE, y el

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acceso de forma inalámbrico con tecnología 4G. Se tendrán proveedores de servicio privados
para que los usuarios tengan su acceso a esta banda ancha. Se espera que esta red esté
operando en el 2018. Una pregunta que se debe plantear es, por qué se selecciona 4G para el
2018 siendo que para el 2020 ya se tendrá comercialmente disponible 5G? Sería importante
conocer como afecta esta decisión en la preparación para nuestras futuras generaciones de
ingenieros y como es importante entrar a esas oportunidades en el momento adecuado para
detonar la independencia tecnológica.
2.5.- Inicios de los Espacios Blancos
Las ideas generales del uso del espectro junto con otras han contribuido a un interés creciente
en las estrategias para compartir dinámicamente el espectro. Uno de los momentos
importantes en esto fue en 2008 cuando la FCC legaliza las bandas de televisión para ser
compartidas, con modificaciones y mejoras en 2010 y 2012. En 2015 Canadá y el Reino
Unido adoptan la política de los espacios blancos de TV. En Estados Unidos, esto se replica
para las bandas de 5 GHz y 3.6 GHz en 2014 y 2015, respectivamente.
2.5.1.- Definición de Espacios Blancos
El término Espacios Espectrales Blancos se refiere a recursos que no son utilizados desde la
perspectiva de tres dimensiones, la temporal, la espectral y la espacial. La Figura 2 muestra
el uso de un solo canal de TV en todo el país, donde se puede observar la cobertura de las
estaciones de TV y las áreas territoriales donde no se utiliza ese canal. Todo lo mostrado de
color gris representa que ese canal en particular es un espacio blanco para ese lugar.
Figura 2. Mapa de México mostrando el uso del canal 2 y del canal 40
Los espacios blancos se encuentran de dos formas, la primera fuera de las áreas de
servicio de los proveedores principales y la segunda en frecuencias que no son utilizadas.
Los proveedores principales del servicio de TV serán referidos como primarios, reflejando
así la prioridad dentro de la banda de frecuencias. El área de servicio primario y su calidad

15
de servicio deberán preservarse dentro de ciertos límites. En una situación ideal, el primario
no debe percatarse de que está compartiendo la banda de frecuencias.
Los usuarios o sistemas que no pertenecen al servicio primario, y que tienen autorización
de utilizar la banda de frecuencias del servicio primario, se denotarán como dispositivos,
usuarios o sistemas secundarios. Los secundarios deberán satisfacer un conjunto de reglas
que tienen la intención de proteger al servicio primario. Esto puede significar el sacrificar
aspectos de calidad de servicio para evitar causar interferencia a los primarios.
El área de servicio de cada una de las estaciones de TV se protege en dos dimensiones,
la espacial y la espectral. La dimensión espacial se refiere al uso de un excedente a la
cobertura de la zona de servicio. La Figura 3 muestra un anillo que se agrega al círculo que
representa la zona de cobertura de la estación de TV. Este anillo depende del tipo de
dispositivo, la altitud donde se encuentre y la región, en Estados Unidos puede ser de 4 km y
hasta 32 km de ancho. Este excedente garantiza una distancia mínima entre usuarios
primarios y los transmisores secundarios.
La dimensión espectral se refiere a no permitir el uso en ese mismo espacio protegido
de los canales adyacentes superior e inferior a la frecuencia utilizada por el servicio primario.
Esto permite proteger a los primarios de los transmisores secundarios que tengan emisiones
que no satisfagan las condiciones necesarias.
De esta manera, las huellas de cobertura de los primarios pueden ser vistas por los
secundarios a través de las dos dimensiones como versiones ligeramente más amplias de las
huellas de cobertura originales de los primarios y de hasta tres canales de frecuencia. Las
áreas fuera se esta representación mostrada en la Figura 3, es lo que se conoce como Espacios
Blancos de TV, (Sahai, 2009), (Harrison, 2010). Los dispositivos secundarios no tienen
permisos para transmitir dentro de esos espacios y bandas de frecuencias.
Los dispositivos secundarios tienen potencia limitada que depende del tipo de
dispositivo (fijo, personal, portátil). También los dispositivos secundarios deberán tener
alguna forma de determinar qué canales se pueden utilizar.
Figura 3. Anillo de protección a servicio primario

16
La forma en que los canales de espacios blancos puedan ser utilizados o explotados por
sistemas secundarios, puede verse como un caso especial de los dispositivos de radio
cognitivo.
2.6.- Contribuciones
La contribución principal de este trabajo es la cuantificación de la oportunidad que se puede
tener de crecimiento si se abren los espacios blancos de TV para ser usados por sistemas
secundarios. Se reunió información de las estaciones transmisores de señales de TV (Agosto
2015), la población del país (INEGI y CONAPO) y modelos de propagación para poder
responder preguntas como:
 Cuántos espacios de canales de TV de 6 MHz se encuentran disponibles para su uso
por secundarios? Esto se muestra en la Figura 4 en un mapa de colores
 Si tratamos a las señales de TV como ruido desde la perspectiva de los secundarios,
cuál es la capacidad teórica para un par transmisor-receptor secundario?
 Cuando se tenga un número mayor de secundarios y que se puedan producir
interferencia entre ellos mismos, cuál es la capacidad del sistema?
 Como sería la organización de los secundarios? en forma de celdas o utilizando
algoritmos de acceso al medio?
Este trabajo muestra que se pueden hacer estudios a nivel nacional y que son esenciales
en la investigación y desarrollo de los espacios blancos de TV. Que el análisis cuantitativo
para la toma de decisiones regulatorias es esencial.
Aunque los espacios blancos de TV son los más estudiados en la actualidad, existen
muchos otros en otras partes del espectro, como el de las comunicaciones móviles en la banda
de 800 MHz y 1800/1900 MHz. Abrir estos espacios para uso secundario proporcionaría una
situación de ganar-ganar a los primarios, secundarios y a la regulación. En este aspecto, la
regulación debe ser flexible, de tal forma que no imponga restricciones innecesarias a los
diseños de dispositivos o sistemas. También debe ser estudiada cuantitativamente para ver
las consecuencias de las decisiones regulatorias.
Figura 4. Canales de 6 MHz disponibles para uso secundario en México

17
2.7.- Evaluación de espacios blancos en México
En esta sección se muestra la cuantificación de los espacios blancos de TV que pueden ser
explotados por dispositivos secundarios dentro de un marco regulatorio para así abrir las
oportunidades de crecimiento.
El uso y explotación de espacios blancos de TV se fundamenta en la creación por
regulación de las áreas disponibles en las bandas de TV en las que dispositivos sin licencias
tienen permiso para operar. Estos dispositivos tienen el permiso de transmitir mientras se
encuentren separados a cierta distancia de la torre de TV del canal en cuestión.
Junto con aspectos de consideración del medio ambiente como ruido de la señal de TV,
los dispositivos secundarios que operen en los espacios blancos deben considerar la altura de
las antenas de TV y el rango de cobertura de las mismas Este rango, muchas veces depende
de la densidad poblacional que rodea a la antena siendo una relación inversa. También, los
secundarios deben tratar la interferencia posible de otros dispositivos secundarios y mitigarla.
Esto puede ser a través de técnicas de acceso múltiple al medio.
De acuerdo a la FCC en Estados Unidos, los dispositivos secundarios que puedan
explotar los espacios blancos se clasifican en:
 Fijos: adquieren una lista de canales disponibles mediante una base de datos que
contiene esa información
 Portátiles
o Modo 1: Adquiere una lista de canales disponibles de un dispositivo fijo o de
un dispositivo Modo 2.
o Modo 2: Adquiere una lista de canales disponibles poniéndose en contacto
directo con la base de datos.
Las restricciones que los dispositivos secundarios deben satisfacer de acuerdo a la FCC
son los siguientes:
 Fijos
o Potencia máxima de 1 W entregada a la antena
o Altura máxima de 30 m
o Ganancia direccional de antena máxima de 6 dBi
 Portátiles
o Canales 2-20 no se pueden utilizar
o No hay límite de altura
o Modo 1
 Satisfacer requerimiento de canales adyacentes
 EIRP máxima de 100 mW
o Modo 2
 No necesita satisfacer requerimiento de canales adyacentes
 EIRP máxima de 40 mW

18
Adicionalmente, la FCC establece que los secundarios no podrán usar los canales 3, 4
(en uso por equipos como VCR y DVDs) y 37 (en uso para radioastronomía y telemetría
médica) sean fijos o portátiles. Algunas de estas restricciones se espera sean modificadas en
regulaciones posteriores. También los dispositivos secundarios no deberán transmitir en la
huella de cobertura de las estaciones de TV agregándole el anillo de protección como se
mostraba anteriormente.
Aunque la cobertura se ha mostrado como un área circular o un anillo de protección,
estas formas geométricas son solamente ilustrativas, ya que en el escenario real, estas
regiones de cobertura y protección están definidas por la potencia de recepción de la señal de
TV que varía de acuerdo a las características locales del terreno.
Debido a que las torres de las antenas de TV son localizadas en áreas de concentración
de población, y la presencia de una estación de TV evitará el uso de ese canal por dispositivos
secundarios en el área, es razonable concluir que existen menos canales disponibles de TV
en las grandes ciudades. Para verificar este último comentario, obtuvimos la información de
las torres transmisoras en México para evaluar esto. Se hizo un programa que utiliza la
exclusión por canales adyacentes así como la propagación de la señal de TV y las condiciones
del terreno. En la Figura 5 se muestran dos mapas. El primero ya se había presentado
anteriormente en este documento y consiste en condiciones de un territorio plano con todas
las antenas siendo de 30 m de altura. La propagación se considera sin condiciones de
desvanecimientos por la presencia de múltiples trayectorias entre transmisor y receptor.
También en ese primer mapa solo se consideran los canales de acuerdo a la regulación en
Estados Unidos por la FCC.
En el segundo mapa de la misma Figura 5, se muestra ya la República Mexicana como
un mapa de colores, pero la diferencia es que ya se incluye el estudio de la propagación de la
señal de TV junto con la información de las alturas de las antenas, por eso se puede ver el
cambio sobre todo en las zonas metropolitanas más grandes del país que ya no se encuentran
tan bien definidas por los efectos de la propagación.
Figura 5. Canales disponibles de espacios blancos de TV
En la Figura 6 se presenta el mismo mapa de la República Mexicana pero ahora ya
considerando todos los aspectos del canal de comunicaciones incluyendo los eventos

19
aleatorios que son de la propagación de la señal, de los desvanecimientos causados por el
canal inalámbrico, las alturas de las antenas, las condiciones del terreno y las restricciones
de los canales adyacentes. Se puede observar que en las zonas metropolitanas se cuenta con
una disponibilidad de 20 a 30 canales de espacios blancos, mientras en algunas de las zonas
rurales se puede observar que los canales que están disponibles son al menos 60.
Figura 6. Canales disponibles de espacios blancos de TV
2.8.- Análisis de los Espacios Blancos de TV en México
En términos de ancho de banda disponible, de los resultados podemos ver que en las zonas
metropolitanas se tendrían de 120 a 180 MHz. Es importante mencionar que para un
dispositivo secundario del operando en el modo 2 como indica la clasificación de la FCC,
aunque tuviera acceso a 180 MHz en diferentes zonas conforme se va moviendo, los canales
que constituyen los espacios blancos de zona a zona no necesariamente serían los mismos,
por lo que en algunas situaciones se deberá definir una arquitectura de la red secundaria para
que puedan existir algunas transferencias de sesiones de los dispositivos entre diferentes
canales y que sea transparente para el usuario secundario.
Otro aspecto importante que se debe considerar es que no todos los canales de espacios
blancos de TV son iguales debido a que las señales de TV definen áreas de cobertura
caprichosas y eso incrementa el piso de ruido a usuarios secundarios en las dimensiones
espacial, temporal y espectral. Por eso, una simple acumulación de canales disponibles a los
secundarios no es suficiente para evaluar los espacios blancos. También, los usuarios estarán
más interesados en la velocidad de datos entregable que en la cantidad de espectro disponible.
En canales de uso exclusivo, la velocidad de datos entregable y la cantidad de espectro
disponible están relacionados linealmente, pero cuando las bandas de frecuencia se
comparten esta propiedad no se cumple.
Los usuarios secundarios tendrán velocidades de datos que son afectadas por los
primarios al producir ruido a los secundarios y por restricciones de la dimensión espacial que
define las exclusiones.

20
Para cuantificar la velocidad de datos alcanzable o capacidad, Cj, de un canal disponible
de espacio blanco j, se utiliza la ecuación de la teoría de información de Shannon sobre la
capacidad de un canal dada por
Cj=W log2(1+SNR), (1)
donde W es el ancho de banda disponible del canal y SNR es la razón de la potencia recibida
de la señal deseada a la potencia recibida de ruido. En los espacios blancos de TV, el ancho
de banda de un solo canal es de W=6 MHz y la velocidad de datos puede acumularse de
varios canales.
Para los dispositivos secundarios que comparten espectro con primarios, tienen que
operar con interferencia de los primarios sin conocer con certeza la procedencia y
características de esa señal y cuando se trata de una banda sin licenciar con espacios blancos,
los secundarios también tendrán que operar con interferencia de esos dispositivos primarios
que aunque las transmisiones son de menor potencia, el secundario tampoco conoce las
características de la señal y la situación espacial. Además no tienen control sobre otros
secundarios para mitigar la interferencia de ellos.
El mapa que se presenta tiene una resolución de 200 x 300 pixeles. Cada pixel representa
un área de 114.70 km2
del territorio nacional, y el mapa de la República Mexicana comprende
un total de 17,201.38 pixeles. Si repartimos la población total uniformemente, tendremos
6,531 personas por pixel o 56.94 personas por km2
. En una región que tenga 60 canales
disponibles, esto nos da un ancho de banda por persona de 60 x 6 / 6531 = 0.05512173 MHz
= 55.121 kHz. Asumiendo que los dispositivos secundarios tienen las características
necesarias para atenuar la interferencia de estaciones de TV hasta en 50 dB, (Harrison, 2010),
entonces la ecuación de la capacidad de Shannon nos da el resultado de C= (55,121)
log2(1+1050/10
)=915,540 bps/persona.
Este resultado de la velocidad de datos entregada por persona es una aproximación. Hay
que considerar que es una cantidad entregada las 24 horas del día a todas las personas al
mismo tiempo. Este número se modifica de acuerdo a las estadísticas de uso de Internet en
México que podemos resumir en los siguientes puntos
 La penetración de internet actual es de 0.619
 Proporción de horas de uso de Internet es 0.75 que representa de las 06:00 a las 00:00
horas.
 Se asume que el 60% de la población activa en internet lo hace utilizando algún tipo
de dispositivos inalámbrico.
 Se asume que el sistema será utilizado por la población que tenga edades entre 15 y
65 años.
Estos datos son proporciones que dividen el resultado de 915,540 bps/persona, y que
proporciona un resultado final de 5.6 Mbps/persona. Recuerde que este dato fue obtenido
considerando una población uniformemente distribuida y que el ancho de banda disponible
se reparte por igual a todos las personas. Uno de los estudios planeado a futuro es obtener
esta capacidad efectiva por pixel con los datos poblacionales de INEGI de acuerdo a la

21
densidad del sitio particular. Para esto se tendrá que aumentar la resolución del mapa para
disminuir el tamaño del pixel y tener una mayor exactitud.
Otra forma de visualizar la información de la capacidad disponible es a través de la
velocidad de datos alcanzable por Km2
en el mapa. Esto se encuentra mostrado en la Figura
7. El cálculo de estas cantidades es de la siguiente forma. Para la zona del centro del país,
podemos observar en la Figura 6 que tiene alrededor de 20 canales de espacios blancos de
TV disponibles que representan un ancho de banda de W=20 x 6 = 120 MHz. Este ancho de
banda en la Ecuación (1) con un sistema secundario con SNR de 50 dB proporciona una
capacidad de C=1.9932 Gbps, si se considera la proporción del número de horas en uso del
día de 0.75, esto da una capacidad de 2.657 Gbps. Esta última cantidad se divide entre el área
del pixel de la imagen que es de 114.7 Km2
y la capacidad en el centro del país es de 23
Mbps/Km2
. De la misma manera se pueden calcular los valores en el mapa para observar que
la máxima capacidad es superior a 70 Mbps/Km2
.
Figura 7. Capacidad disponible de espacios blancos de TV por Km2
.
La propuesta de sistema, sobre todo en las zonas rurales, trata de minimizar costos, por
lo que la idea central sería contar con dispositivos de radio cognitivo que seleccionen los
canales de espacios blancos de TV más apropiados en la zona que se encuentren. Estos
canales de TV serían utilizados para que los dispositivos secundarios establezcan una
topología de red tipo ad-hoc que a través de algoritmos de ruteo puedan proporcionar el
servicio de Internet alcanzando el servidor o ruteador de entrada más cercano a ellos. Los
usuarios utilizarían tecnologías ya disponibles tipo WiFi con las que se comunicarían al punto
de acceso secundario. En un futuro, estos enlaces podrían ser de espacios blancos de TV con
asistencia de una infraestructura secundaria para la selección de canales libres.
La información de los canales disponibles incluiría parámetros de comunicación para
disminuir situaciones de interferencia y ruido excesivo causado a sistemas primarios. Estos
dispositivos secundarios que se comunican entre ellos a través de los espacios blancos,
también podrían ser utilizados a lo largo de carreteras para crear una infraestructura con la

22
que en un futuro se pueda proporcionar un servicio de transporte inteligente donde se
contemplen los escenarios de comunicación de Vehículos a Infraestructura (V2I).
Para lograr lo que se acaba de mencionar, y sobre todo en zonas rurales en las que se
pueden tener eventualidades como problemas climatológicos, vandalismo y falta de
alimentación de energía, sería prudente contar con alimentación solar para estos dispositivos
secundarios, así como que tengan lo suficiente para poder ser capaces de auto-localizarse
debido a que esa información la utilizarán para conocer los canales disponibles y seleccionar
el adecuado. Ante eventualidades es posible que tengan que trabajar con información de
espacios blancos que no es actual, pero es más crítico que no conozcan su localización ya
que de ser así, estarían intentando utilizar canales de espacios blancos que podrían estar no
disponibles en sus zonas. También la localización es esencial para la operación ya que podría
representar un medio a través del cual se puedan determinar estrategias de control de
potencia, junto con estrategias de conectividad de la red.
Si los dispositivos no son capaces de auto-localizarse, entonces deben contar con
procedimientos de sensado que les ayude a determinar una gama de espacios blancos en su
localidad. En esta situación es importante que los dispositivos contengan la definición de
espacio blanco y de cómo se asociarían a esos canales para no interferir a los que estén siendo
usados por un sistema primario. Para esto, en la Figura 8 mostramos el inicio de un estudio
que se está realizando acerca de los niveles de interferencia causados por los usuarios
secundarios y las reglas con las que deben funcionar. Se presentan en la figura dos escenarios
donde se aprecian de color rojo aquellos usuarios secundarios que alcanzan a percibir una
señal de TV proveniente de una estación de TV que se encuentra en el centro del área.
En la misma figura se aprecia un círculo en el centro y que los usuarios en su interior
están de color negro, significando que esos usuarios han detectado la señal con la potencia
tal que han determinado que se encuentran dentro del radio de protección de la estación de
TV y que no podrán utilizar ese canal en particular. Lo importante del inicio de este estudio
es la geometría irregular que se forma de las zonas donde la señal de TV puede ser recibida
por los usuarios secundarios y que determina también la característica aleatoria de la
interferencia percibida por los usuarios primarios y los otros secundarios. El estudio estará
centrado en esas regiones geométricas y la caracterización estocástica de la interferencia
obteniendo la influencia que tengan los vecinos más cercanos a los radios de protección y
que hacen que las distribuciones de probabilidad se comporten de forma de cola pesada.
El escenario de la Figura 8 se ha desarrollado para obtener expresiones matemáticas de
las distribuciones y densidades de probabilidad de la interferencia causada por el dispositivo
secundario al sistema primario que se encuentre más cercano al círculo definido por el radio
de protección del usuario primario. Estas funciones de densidad de probabilidad han sido
obtenidas analíticamente y se ha mostrado con simulaciones su exactitud para diferentes
escenarios caracterizados por la densidad de usuarios secundarios por Km2
definida por , y
la estrategia de control de potencia utilizada por los secundarios. Este comportamiento se
observa en la Figura 9 donde se muestra la función de densidad de probabilidad resultado del
análisis matemático. Esta función de densidad de probabilidad tiene características de cola
pesada y su forma tiende a la de una distribución Weibull que es la distribución de valores
extremos correspondiente a la interferencia causada por el usuario más cercano. En la Figura
9 se muestra un escenario donde la potencia de transmisión es constante para todos los nodos
secundarios junto con otro escenario donde los nodos secundarios transmiten a una potencia

23
que se encuentra dentro de un intervalo dado por una potencia máxima y una mínima (control
de potencia).
Figura 8. Dependencia geométrica de la propagación
En la Figura 9 se aprecia que para el escenario de control de potencia, el peso de la cola
aumenta conforme la densidad de usuarios se incrementa, con lo que se concluye que la
agregación de la señal de los usuarios secundarios si contribuye de cierta forma
significativamente a la interferencia percibida por los del sistema primario. Este mismo
comportamiento se encuentra para el caso del escenario con potencia de transmisión
constante, solo que el peso de la cola de la función de densidad es mayor que en el escenario
de control de potencia. En otras palabras, la cantidad de interferencia se disminuye cuando
se utiliza una política de control de potencia.
Figura 9. Función de densidad de probabilidad de interferencia, modelo analítico

24
La Figura 10 muestra la exactitud del modelo matemático cuando se compara a
simulaciones del escenario. La figura contiene tanto la función de distribución como la de
densidad de probabilidad y se puede observar el comportamiento del modelo matemático que
es de una buena exactitud para describir la interferencia. Ambas figuras tienen en el eje
horizontal la cantidad de Watts de interferencia recibida por el sistema primario. Respecto a
la figura de la densidad de probabilidad, se tiene un poco de diferencia para valores pequeños
de Watts y que se puede atribuir al algoritmo que obtiene la densidad de forma empírica de
los datos arrojados por la simulación.
Figura 10. Distribución y densidad de probabilidad de interferencia
2.9.- Trabajo Futuro
Dentro de los aspectos importantes y líneas de investigación que este proyecto de espacios
blancos de TV seguirá desarrollando están los siguientes:
 Capacidad: Resultados de capacidad por persona con mayor exactitud
o Modelo de la entropía espacial dependiendo de los canales disponibles, la
densidad poblacional y las características del terreno
o Mayor resolución del mapa para poder tener una mejor descripción de zonas
o municipios individuales
o Modelo estadístico de lo que sería el usuario típico secundario
o Modelo de tráfico generado por los usuarios
o Modelo de densidad poblacional de acuerdo a datos de INEGI y CONAPO
o Análisis presupuestales de enlaces y propagación.
 Disponibilidad: Estadísticas de disponibilidad de espacios blancos de TV
o Modelos de las distribuciones de probabilidad del número de canales
disponibles de acuerdo a la densidad poblacional
o Incluir modelos de compresión de TV y su impacto en los espacios blancos

25
o Modelo de distribución de probabilidad de la velocidad de datos alcanzada en
función de la densidad poblacional
o Efectos del cambio de la cobertura y la velocidad de datos alcanzada
 Red: propuesta de una arquitectura de red que incluya
o Técnicas de acceso múltiple
o Modelado de interferencia con geometría
o Mitigación de interferencia
o La localización de los dispositivos secundarios
o Escenarios ad-hoc o sin infraestructura
o Escenarios de comunicación V2X o de MTC
o Diseño de dispositivos full-duplex
o Diseño de infraestructura y sus costos, celular, hotspot o plana?
o Estrategias de control de potencia y evaluación de la interferencia
 Otros:
o Estudio del uso de estas técnicas para otras bandas de frecuencia con espacios
blancos
o Aspectos regulatorios como el re-arreglo de los primarios para mayor
disponibilidad de canales contiguos.

26
3. CONCLUSIONES
Los avances tecnológicos actuales potencian el desarrollo de las regiones, y esto se debe
aprovechar para generar bienestar en el país. La necesidad de avanzar en la generación de
recursos humanos de alta especialidad es importante para lograr en un futuro la
independencia tecnológica, pero también se deben generar la regulación, los espacios y las
condiciones para que esta independencia se aproxime a mayor velocidad a través de un
liderazgo del gobierno en el área de telecomunicaciones. Esta parte es importante ya que
genera nuevas oportunidades para que la iniciativa privada en materia de innovación
tecnológica penetre en el país. Los grandes paradigmas tecnológicos ya tienen años
gestándose, y países se han declarado y han generado las condiciones bajo las cuales se
trabajará. México jugaría un papel más activo y sería un importante jugador si se logran
establecer las necesidades y las directrices para que esas nuevas tecnologías no lleguen
cuando ya sean una realidad en otros lados, sino que se generen aquí. Un ejemplo podría ser
el trabajar en conjunto academia, proveedores de servicio, fabricantes de equipo de medición,
fabricantes de antenas, que podrían haber realizado las pruebas de propagación de ondas
milimétricas en ambientes urbanos que ya se hicieron en 2013 y 2014. De parte del gobierno
necesitamos esas iniciativas para poder contar con un gestor del grupo que proporcione
licencias temporales de uso de frecuencias para lograr esto.
En esta trabajo se presentó una propuesta de sistema de radio cognitivo que puede ser
utilizado para la explotación de los espacios blancos de TV. Las zonas rurales y suburbanas
son las que más se beneficiarían. Se han mostrado cálculos de la cantidad de canales
disponibles y las velocidades de datos alcanzables. Esta información puede ser utilizada para
diseñar un sistema que beneficie a la población por sus bajos costos y su calidad de
propagación de la señal. Para zonas urbanas se debe tener un mayor énfasis en los aspectos
de interferencia de los dispositivos secundarios ya que hay situaciones de propagación
irregular que influye la percepción de interferencia por lo que se ha presentado un modelo
sencillo que captura estos comportamientos. Todavía falta trabajo por hacer dentro de esta
misma idea, y que se presentó en la Sección de Trabajo Futuro de este mismo documento.

27
4- . REFERENCIAS
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