Navegación por las opciones de las bandas L1, L2 y L5 para el GNSS

Los datos de ubicación aportan un valor añadido considerable, y no solo en el sector inmobiliario. Ya se trate del seguimiento de activos, la navegación paso a paso o el seguimiento de la actividad física, la capacidad de localizar con precisión a personas, lugares u objetos es hoy en día un componente esencial de la mayoría de las aplicaciones destinadas tanto a consumidores como a empresas.

Los satélites son una de las tecnologías fundamentales para la prestación de servicios basados en la localización (Location-Based Services, LBS). Por ello, se prevé que el volumen mundial de suministro de dispositivos GNSS siga aumentando durante la próxima década y alcance más de 2.200 millones de unidades en 2033. Además, según el informe de 2024 de la EUSPA (Agencia de la Unión Europea para el Programa Espacial), se espera que, para entonces, los servicios basados en el GNSS generen más del 80 % de la facturación total del GNSS.

A la hora de desarrollar una solución basada en GNSS, los fabricantes de equipos originales (OEM), los proveedores de servicios de IoT y los diseñadores de sistemas deben sopesar cuidadosamente cómo la elección de las bandas de frecuencia y las constelaciones influye directamente en la precisión, la estabilidad y la disponibilidad.

La variedad de sistemas de navegación se ha ampliado considerablemente en la última década. Además del GPS estadounidense y del GLONASS ruso, se han sumado el BeiDou chino y el sistema europeo GALILEO. En 2018 entraron plenamente en funcionamiento dos sistemas regionales: el Quasi-Zenith Satellite System (QZSS) japonés y el IRNSS/NavIC indio.

Cada constelación emite varias señales, cada una de las cuales opera en su propia frecuencia. Este diseño maximiza la precisión, ya que los receptores pueden utilizar dos frecuencias para minimizar los errores ionosféricos. Además, el uso de varias frecuencias aumenta la probabilidad de que las señales estén disponibles. Algunos sistemas utilizan una segunda o tercera frecuencia para proporcionar datos de corrección con el fin de mejorar la precisión.

GPS

Casi todos los receptores civiles (tanto de consumo como empresariales) son compatibles con la señal GPS L1 a 1575,74 MHz, que incluye el código de adquisición (C/A) y el código de precisión cifrado (P(Y)), al que solo tienen acceso los usuarios autorizados. En el futuro, la señal L1 se complementará con la L1C para usuarios civiles y con la L1M para aplicaciones militares.

La señal GPS L2P(Y), a 1227,6 MHz, se utiliza desde hace mucho tiempo para aplicaciones militares de precisión. Los usuarios civiles pueden utilizarla «sin código» (codeless) recibiendo primero la señal L1 y utilizando después partes de la señal L2 para mejorar la precisión. En el marco de la modernización del GPS, se han introducido dos señales L2 adicionales: la L2C, una señal más potente y robusta para entornos exigentes, como los cañones urbanos, que puede utilizarse incluso sin recepción previa de la L1, y la L2M, reservada a usuarios autorizados.

La señal GPS L5, a 1176,45 MHz, se desarrolló para garantizar la seguridad aérea. Se trata de la señal civil más avanzada del GPS, ya que es más rápida, más potente y menos susceptible a las interferencias. Actualmente, la señal L5 está disponible en más de la mitad de los 31 satélites GPS operativos.

GLONASS

La señal primaria de GLONASS (G1) se sitúa cerca de la L1, a 1602 MHz. Se diferencia de otros sistemas en que utiliza FDMA en lugar de CDMA, lo que podría afectar a la precisión. No obstante, lleva décadas utilizándose con éxito en aplicaciones civiles.

GLONASS L2 (G2) opera a 1246 MHz y también utiliza FDMA. Se prevé que los futuros satélites emitan además la señal L3 a 1201 MHz, cerca de la frecuencia E5b de GALILEO.

BeiDou

BeiDou B1 se sitúa cerca de la frecuencia L1, a 1561,098 MHz. Está prevista otra señal a 1589,742 MHz. Además, los satélites BeiDou modernos emiten una señal a 1575,42 MHz, que es prácticamente idéntica a la del GPS L1C.

Para el funcionamiento en doble frecuencia, BeiDou B2 utiliza la frecuencia de 1207,14 MHz. Al igual que en el GPS L2 modernizado, hay una señal de banda estrecha de libre acceso, mientras que una señal de banda ancha de alta precisión está reservada a usuarios autorizados.

BeiDou cuenta además con una tercera señal, la B3, a 1268,52 MHz, disponible tanto en modo abierto como autorizado.

GALILEO

GALILEO emite la señal E1 a 1575,42 MHz, la misma frecuencia que la señal L1 del GPS. La señal E1 está diseñada para coexistir con señales adyacentes y se asemeja mucho a la señal L1C del GPS.

Aunque GALILEO es un sistema exclusivamente civil, ofrece, a través del Servicio Público Regulado (PRS), señales protegidas para usuarios autorizados, entre otras, en las bandas E1 y E6.

La señal E5 se divide en E5a y E5b (cada una con un ancho de banda de 20,46 MHz). La E5a se sitúa en 1176 MHz (colocalizada con la banda L5 del GPS), y la E5b en 1207 MHz. Ambas pueden utilizarse por separado o de forma combinada y ofrecen una mayor precisión y disponibilidad.

La banda E6, a 1278,75 MHz (similar a la banda L6 del QZSS), transmite datos de corrección para aplicaciones de alta precisión, como el posicionamiento de punto preciso (PPP), y ofrece mayores velocidades de transmisión de datos.

IRNSS/NavIC

El IRNSS emite dos señales: una a 1176,75 MHz (cercana a la banda L5 del GPS) y otra a 2492,028 MHz en la banda S, lo que actualmente es único entre los sistemas GNSS. Ambas señales pueden utilizarse de forma independiente o combinadas con señales L1 de otros sistemas para el funcionamiento en doble frecuencia.

QZSS

El QZSS cuenta con cuatro señales: tres prácticamente idénticas a las del GPS (L1, L2, L5) y una nueva señal L6 a 1278,75 MHz (colocalizada con la E6). La señal L6 (también denominada LEX) permite la rápida distribución de nuevos tipos de datos y, actualmente, se utiliza para proporcionar datos de corrección PPP de forma gratuita.

Configuraciones típicas de receptores

Los receptores de doble banda anteriores solo eran compatibles con GPS y GLONASS L1. Hoy en día, esto se considera el estándar mínimo. Los receptores modernos de «banda única» suelen ser compatibles con GPS L1, GLONASS L1 y BeiDou B1, y a menudo también con GALILEO E1.

Los auténticos receptores multibanda incorporan al menos una frecuencia adicional claramente distinta fuera de la banda L1/B1/E1.

Industrial/Comercial

• GPS L1C/A, L1C, L2C
• GLONASS L1, L2OF
• BDS B1 (B2 opcional)
• GALILEO E1, E5b

Consumidores/Empresas

• GPS L1C/A, L1C, L5
• GLONASS L1
• BDS B1
• GALILEO E5a

Particulares/Empresas (India)

• GPS L1C/A, L1C
• GLONASS L1
• BDS B1
• GALILEO E5a
• NAVIC/IRNSS L1C, L5

Alta precisión/Referencia

• GPS L1C/A, L1C, L2P(Y) (sin código), L2C
• GLONASS L1, L2
• BDS B1, B2, B3
• GALILEO E1, E5, E6
• QZSS L1C, L6
• NAVIC/IRNSS L1C, L5

Todas estas opciones ponen de manifiesto la complejidad de la integración moderna de los sistemas GNSS. Por ello, los fabricantes de equipos originales (OEM), los proveedores de servicios de IoT y los diseñadores de sistemas suelen necesitar un socio con experiencia.

Los fabricantes de equipos originales (OEM) suelen necesitar conocimientos técnicos internos adicionales en materia de radiofrecuencia (RF) para integrar sin problemas los módulos y antenas adecuados. La colaboración con un fabricante de antenas que ofrezca apoyo en el diseño y la optimización puede reducir considerablemente el tiempo de lanzamiento al mercado.

Taoglas Ofrece un amplio apoyo en materia de diseño y, gracias a las pruebas realizadas con antenas GNSS de alta precisión en cámaras anecoicas y al aire libre, permite alcanzar precisiones de posicionamiento del orden de centímetros. Estos servicios de ingeniería simulan condiciones reales de campo, mejoran considerablemente el rendimiento del producto y minimizan los riesgos de diseño.