El espectro electromagnético es muy relevante para los países, las empresas y la vida de las personas. Presentamos algunos conceptos técnicos, los usos actuales y futuros de los diferentes tipos de ondas electromagnéticas, y una reflexión de por qué es tan importante para Colombia y el mundo.
A comienzos del siglo XIX, el mundo de la ciencia se encontraba en una carrera frenética por entender el universo en su totalidad. En medio de esa búsqueda, se descubrió algo que cambiaría la forma en que el mundo se comunica y se conecta: el espectro.
En 1800, el físico inglés William Herschel descubrió la un tipo de radiación infrarroja, y un año después, el físico alemán Johann Wilhelm Ritter hizo un descubrimiento igual de importante: las radiaciones ultravioleta. Así, en menos de 2 años se abrió un nuevo mundo para la ciencia, el del espectro, que marcaría una revolución que impulsaría otras como la carrera aeroespacial, Internet, la telefonía móvil y algunas de las tecnologías emergentes del momento, como Internet de las Cosas.
A partir de entonces, el estudio del espectro fue desarrollado por muchos científicos a lo largo del siglo XIX, incluyendo a Heinrich Rudolf Hertz –quien logró producir ondas electromagnéticas en el laboratorio–, y cuyo apellido se convirtió en la unidad de medida de la frecuencia de una onda.
Los descubrimientos de la comunidad científica del siglo XIX y XX revelaron que la luz no era lo único visible y que existían otras formas de radiación electromagnética como ondas de radio, microondas y rayos X. Esto impulsó el desarrollo de tecnologías inalámbricas esenciales en campos como la astronomía, la medicina, la industria militar, los hogares y las telecomunicaciones.
Justamente, desde el inicio de la era de las telecomunicaciones –que podría ser en 1876, con la primera llamada telefónica exitosa, hecha por Alexander Graham Bell–, el espectro se convirtió en un elemento fundamental del mundo en que vivimos, aunque para gran parte de la población mundial es literalmente invisible.
Desde entonces, las telecomunicaciones han evolucionado enormemente y hoy permiten ver como ‘normal’ la transmisión de voz, video y datos a través de una diversidad de medios, incluyendo la radio, la televisión, los satélites, las redes de fibra óptica y las redes de telefonía e Internet móvil.
Y así como hay bandas o franjas del espectro que son de uso libre, las que usan las telecomunicaciones son licenciadas –entregadas con permiso de los Estados y, generalmente, a cambio de un pago–.
Estas bandas de frecuencia son un recurso limitado y cada vez más valioso en la medida en que la conectividad se ha masificado e Internet llega cada vez a más lugares y personas.
Por ello, el espectro crece en relevancia en la agenda pública de los países, incluido Colombia, y se convierte en un recurso estratégico y económico muy valioso para los países para su evolución digital.
Su uso adecuado puede impulsar el desarrollo económico y mejorar la calidad de vida de las personas, mientras que su escasez o su uso inadecuado puede generar, entre otros problemas, atrasos en la conectividad y el crecimiento de la brecha digital, social y económica.
“Si quieres encontrar los secretos del universo, piensa en términos de energía, frecuencia y vibración”:
Nikola Tesla.
¿Qué es el espectro electromagnético?
Es el rango completo de ondas y campos electromagnéticos que se propagan a través del espacio. Estas ondas se mueven a diferentes velocidades y frecuencias, y se clasifican según su longitud de onda. Incluye ondas de radio –las más largas–, microondas, infrarrojas, visibles, ultravioletas, rayos X y rayos gamma –las ondas más cortas–.
La banda o franja de espectro visible –la que el ser humano puede percibir por sí mismo– es mínima. El empresario cultural y tecnológico estadounidense lo explicó de una forma sencilla: “Es muy poco común el conocimiento de que la parte del espectro electromagnético visible para nosotros es de menos de una billonésima parte de este”.
Sin embargo, desde el descubrimiento de las primeras ondas que no eran perceptibles, el mundo para las personas se amplió y se abrieron numerosos caminos de investigación científica y desarrollo tecnológico.
Uno de esos caminos es el del espectro radioeléctrico, una parte del espectro compuesta por ondas electromagnéticas que se propagan a través del espacio con longitudes de onda más largas que la luz visible.
Esta área es esencial para la transmisión de información, desde la televisión y la radio hasta la telefonía móvil y las comunicaciones satelitales. Para evitar interferencias, las diferentes frecuencias del espectro radioeléctrico se dividen en bandas. La regulación de este espectro es crucial para garantizar un uso eficiente y prevenir conflictos, por lo cual los gobiernos de los países suelen tener entidades especializadas en la regulación y gestión de este espectro.
¿Cuales son las aplicaciones del espectro y su importancia?
Como ya se mencionó, el espectro electromagnético es fundamental para las comunicaciones vía satélite, telefonía móvil, radio y televisión, radares, wifi y muchas otras aplicaciones en el ámbito científico y tecnológico.
Las ondas electromagnéticas tienen múltiples aplicaciones en la vida diaria de las personas, las empresas, los gobiernos y todo tipo de organizaciones. El espectro es esencial para todos, y a medida que aumenta su demanda –en especial la de la franja del espectro radioelétrico–, también lo hace la demanda de un uso y una gestión más eficientes.
Estos son algunos de los usos del espectro en diferentes industrias:
- Comunicaciones inalámbricas: Redes de telefonía móvil e Internet móvil, wifi indoor y outdoor (y las versiones recientes, Wi-Fi 6e y Wi-Fi 7), Bluetooth, Internet satelital.
- Medios electrónicos: Televisión, radio AM y FM, TV satelital.
- Comunicaciones por fibra óptica.
- Navegación y localización: GPS, sistemas de posicionamiento global, radares.
- Investigación científica: Estudio de la atmósfera, geología, oceanografía, espectroscopia, estudio de la naturaleza de la materia, meteorología.
- Astronomía: Estudio del universo mediante telescopios ópticos y de radio.
- Medicina: Diagnóstico por imágenes (rayos X, entre otros), radioterapia, cirugía con láser, esterilización, sistemas de bronceado artificial.
- Seguridad: Detección de metales, escáneres de cuerpo, análisis químico, seguridad en aeropuertos.
- Industria: Procesamiento de alimentos, secado, soldadura, calentamiento de materiales, inspección industrial.
- Entretenimiento: Pantallas de televisión, proyectores, sistemas de sonido, iluminación, fotografía, microscopía óptica, controles remotos.
- Industria automotriz: Sistemas de radar, control de crucero, sistemas de estacionamiento automático.
- Militar: Sistemas de radar, interferencia electromagnética, sistemas de comunicación encriptados.
- Hogar: electrodomésticos, iluminación, dispositivos inteligentes, domótica.
- Agricultura de precisión: Sensores remotos, monitoreo de cultivos, sistemas de riego, drones agrícolas.
- Medio ambiente: Monitoreo ambiental, análisis de calidad de aire, monitoreo de fauna y flora, detección de incendios forestales.
Además, el espectro tiene un futuro prometedor, y estos son algunos usos emergentes y que serán comunes en el futuro:
- Redes 5G: La próxima generación de redes móviles utilizará el espectro para ofrecer velocidades de descarga más rápidas y mayor capacidad de conectividad.
- Ciudades Inteligentes: Mejoran la eficiencia y los servicios al ciudadano mediante el uso de dispositivos inteligentes que recopilan datos, como sensores de tráfico y luces inteligentes.
- Internet de las cosas (IoT): Conecta dispositivos a Internet y permite su comunicación entre sí mediante el espectro.
- Vehículos autónomos: Utilizan el espectro para comunicarse entre sí y con los sistemas de tráfico.
- Realidad Aumentada: Utiliza el espectro electromagnético para superponer información digital en el mundo físico.
- Energía solar: Genera electricidad a través del espectro electromagnético al utilizar la luz solar en los paneles solares.
Algunos conceptos técnicos sobre el espectro
El espectro es el rango completo de ondas electromagnéticas que viajan a través del espacio a la velocidad de la luz (299,792 kilómetros por segundo). Este espectro se divide en diferentes categorías según su frecuencia y longitud de onda.
La longitud de onda se refiere a la distancia entre 2 puntos idénticos en 2 ondas sucesivas y se suele medir en metros, aunque puede variar desde los miles de kilómetros hasta la millonésima parte de un nanómetro; por otro lado, la frecuencia se refiere a la cantidad de veces que una onda se repite en un segundo y se mide en Hertz (Hz) y sus múltiplos, como el kilohertz (kHz), el megahertz (MHz) y el gigahertz (GHz).
Cuando se habla de ondas electromagnéticas, se hace referencia a la cantidad de energía electromagnética transportada por la onda, que varía según la frecuencia. Las ondas con menor longitud de onda y mayor frecuencia, como los rayos gamma y los rayos X, tienen mayor energía, mientras que las ondas con mayor longitud de onda y menor frecuencia, como las ondas de radio, tienen menos energía.
¿Cuáles son los 7 tipos de ondas electromagnéticas?
El espectro se divide en 7 tipos de ondas electromagnéticas, cada una con características específicas de frecuencia y longitud de onda, y distintos usos:
| Tipo de onda | Rango de espectro | Usos | Ejemplos de uso | Año de descubrimiento |
|---|---|---|---|---|
| Ondas de radio | 3 kHz – 300 GHz | Comunicaciones, radio, televisión, navegación | Telefonía celular (700 MHz – 2.6 GHz), Internet móvil (700 MHz – 2.6 GHz), Internet satelital (1 GHz – 40 GHz) | 1887 |
| Microondas | 300 MHz – 300 GHz | Comunicaciones, radar, calefacción industrial, hornos microondas | Telefonía celular (700 MHz – 2.6 GHz), Internet móvil (700 MHz – 2.6 GHz), Internet satelital (1 GHz – 40 GHz) | 1930 |
| Radiación infrarroja | 300 GHz – 430 THz | Sensores remotos, terapia térmica, comunicaciones ópticas | Control remoto de televisores, terapia láser, transmisión de datos en fibra óptica | 1800 |
| Luz visible | 430 THz – 750 THz | Visión, fotografía, iluminación | Iluminación de interiores, fotografía de paisajes, láseres de baja potencia | N/D |
| Radiación ultravioleta | 750 THz – 30 PHz | Esterilización, espectroscopía | Bronceado artificial, desinfección de alimentos, detección de fugas en tuberías | 1801 |
| Rayos X | 30 PHz – 30 EHz | Imágenes médicas, análisis de materiales | Tomografía axial computarizada (TAC), fluoroscopia, análisis de estructuras de cristales, seguridad en aeropuertos | 1895 |
| Rayos gamma | >30 EHz | Medicina, industria, astronomía | Radioterapia, esterilización de alimentos, detección de explosivos | 1900 |
Hz (Hertz): Es la unidad de medida de la frecuencia de una onda electromagnética. Un Hertz es igual a una onda por segundo.
Sus múltiplos son el kHz (kilohertz): 1.000 Hz; MHz (megahertz): 1.000 kHz; GHz (gigahertz): 1.000 MHz; THz (terahertz); 1.000 GHz; PHz (petahertz): 1.000 THz; EHz (exahertz): 1.000 PHz.
Bandas del espectro: ¿Cuál es su utilidad?
El espectro se puede dividir en diferentes bandas o rangos según la frecuencia y la longitud de onda de las ondas. Cada banda tiene unas características y unas aplicaciones específicas. En las bandas más escasas y sobre las cuales operan negocios multimillonarios como el de las telecomunicaciones o la radio y la televisión, su asignación (generalmente mediante subastas, conocidas como subastas de espectro) es esencial para evitar interferencias en las comunicaciones y garantizar la eficiencia en su uso.
Las bandas de frecuencia en el espectro radioeléctrico son son intervalos de frecuencias del espectro asignados a diferentes usos dentro de las telecomunicaciones. Su uso está regulado por la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT). El espacio asignado a las diferentes bandas abarca el espectro de emisión de radiofrecuencia y está dividido en sectores.
Una banda de radiofrecuencia es una pequeña sección de frecuencias del espectro radioeléctrico usada en comunicaciones por radio, en la que los canales de comunicación se utilizan para servicios similares con el fin de evitar interferencias y permitir un uso eficiente del espectro.
Por ejemplo, la radio y la televisión, la telefonía móvil o la radionavegación deberían estar en rangos de frecuencias que no coincidan. Cada una de estas bandas tiene una asignación de frecuencias que determina cómo se utiliza y se comparte para evitar interferencias entre canales y especificar el protocolo de comunicación que permita la comunicación entre el emisor y el receptor.
El espectro radioeléctrico se separa en bandas según la longitud de onda o su frecuencia, aunque esta división no es exacta y suelen producirse solapamientos en las bandas. Por ejemplo, 30 MHz, o 10m, divide la banda de onda corta de la de frecuencia muy alta (de menor longitud de onda y mayor frecuencia).
| Banda | Banda UIT | Abreviatura | Frecuencia | Longitud de onda | Algunos usos |
|---|---|---|---|---|---|
| Extremadamente baja | 1 | ELF | 3–30 Hz | > 10,000 km | Actividad neuronal, comunicación con submarinos |
| Super baja | 2 | SLF | 30–300 Hz | 1,000 – 10,000 km | Comunicación con submarinos |
| Ultra baja | 3 | ULF | 300–3,000 Hz | 100 – 1,000 km | Comunicación con submarinos, comunicaciones en minas a través de la tierra |
| Muy baja | 4 | VLF | 3–30 kHz | 10 – 100 km | Radioayuda, señales de tiempo, comunicación submarina, pulsómetros inalámbricos, geofísica |
| Baja o Onda Larga | 5 | LF | 30–300 kHz | 1 – 10 km | Radioayuda, señales de tiempo, radiodifusión en AM, RFID, radioafición |
| Media o Onda Media | 6 | MF | 300–3,000 kHz | 100 m – 1 km | Radiodifusión en AM (onda media), radioafición, balizamiento de aludes |
| Alta o Onda Corta | 7 | HF | 3–30 MHz | 10 – 100 m | Radiodifusión en onda corta, banda ciudadana y radioafición, comunicaciones de aviación, RFID, radar, telefonía móvil y marina |
| Muy alta | 8 | VHF | 30–300 MHz | 1 m – 10 m | FM, TV, comunicaciones tierra-avión y avión-avión, telefonía móvil marítima y terrestre, radioafición, radio meteorológica |
| Ultra alta | 9 | UHF | 300–3,000 MHz | 100 mm – 1 m | TV, microondas, radioastronomía, telefonía móvil, redes inalámbricas, Bluetooth, ZigBee, GPS, radioafición |
| Super alta | 10 | SHF | 3–30 GHz | 10 mm – 100 mm | Radioastronomía, microondas, redes inalámbricas, radares, comunicaciones y TV por satélite, radioafición |
| Extremadamente alta | 11 | EHF | 30–300 GHz | 1 mm – 10 mm | Radioastronomía, transmisión por microondas de alta frecuencia, teledetección, radioafición |
| Terahercios o Frecuencia tremendamente alta | 12 | THz or THF | 300-3,000 GHz | 100 μm – 1 mm | Radiografía de THz –posible substituto de rayos X–, física de la materia condensada, espectroscopía, comunicaciones/computación por THz, teledetección submilimétrica |
Colombia: la importancia del espectro para el futuro del país
Muchos gobiernos en todo el mundo dan cada vez más importancia a la gestión y regulación del espectro. Colombia no es la excepción, y en el país la importancia del espectro es cada vez mayor debido a la explosión en el uso de servicios de telecomunicaciones e Internet.
Normalmente los medios de comunicación mencionan el espectro solo cuando los gobiernos desarrollan una subasta de este –a operadores de telecomunicaciones o a canales de televisión y emisoras radiales–.
Estas subastas son importantes porque, por un lado, definen quiénes reciben el derecho a usar con exclusividad una franja de frecuencia determinada y, por el otro, generan recursos para los Estados, pues a cambio del derecho obtenido, los gobiernos cobran una tarifa, y los recursos generalmente se utilizan para financiar proyectos y programas gubernamentales en el mismo sector.
Pero el espectro, y su gestión y regulación por parte de los gobiernos, va mucho más allá de las subastas: es esencial para cerrar la brecha digital, por ejemplo impulsando la conectividad en en áreas rurales y remotas donde las infraestructuras de comunicación tradicionales, como el cableado físico, no pueden llegar.
Una correcta regulación de espectro apunta a aumentar la cobertura de Internet y las telecomunicaciones. En esa línea, en junio de 2022 el Ministerio TIC definió un valor menor por el uso del espectro en la banda de 1.900 MHz, asignado a los operadores Claro y Movistar, mediante las Resoluciones 2142 y 2143. La entonces ministra TIC Carmen Ligia Valderrama tomó esta medida con el fin de “garantizar la maximización del bienestar social”.
Y es que en otros momentos de la historia, como la subasta de espectro para redes 4G, lo que se maximizó fueron los ingresos para el Estado (770.535 millones de pesos colombianos, unos 405 millones de dólares de la época), lo cual en su momento parecía lo más indicado, pero que redundó en que los operadores, que debían buscar la rentabilidad, no avanzaran lo suficiente en conectar zonas de baja densidad de población (en particular las zonas rurales).
Al respecto, Miguel Felipe Anzola, director general de la Agencia Nacional del Espectro (ANE), en entrevista con Impacto TIC destacó que “la visión de los gobiernos con respecto al espectro ha evolucionado. La ley de 2009 establecía como premisa maximizar los recursos a obtener por el espectro, mientras que la de 2019 pone como objetivo el bienestar social. Este último es el enfoque que estamos aplicando”.
[su_note note_color=”#FF6961″ text_color=”#ffffff” radius=”4″]Lee a nuestro columnista Felipe Castro sobre este tema: ‘Espectro: ¿Maximizar el bienestar social vs. maximizar los recursos para el Estado?’
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Para Anzola, hay otro cambio importante en el enfoque del Gobierno Nacional en torno al uso del espectro: el de la apuesta por el espectro sin licencia, o espectro libre, con el cual los colombianos y los sectores productivos tendrán acceso a información, conocimiento y mercados, lo que se traducirá en mayor desarrollo económico y social. “La industria de las comunicaciones se está asfixiando, pero el espectro libre sin licencia es el oxígeno que necesitan los sectores productivos del país para mejorar sus procesos”, destacó el funcionario.
A ese respecto, un hecho poco mediático pero también relevante relacionado con espectro fue la liberación de la banda de 6 GHz, para que se use de forma no licenciada en interiores (‘indoor’), a finales de 2022. Ahora, se espera que esta banda también sea liberada para exteriores (‘outdoor’), lo que podría impactar positivamente la conectividad en sitios públicos de las ciudades, o incluso en grandes áreas en municipios que no cuentan con otras tecnologías de conectividad.
Y lo más esperado en el futuro de la conectividad en Colombia viene con el nuevo proceso de la subasta de 5G, para la cual el Gobierno Nacional ya presentó su plan de acción.
El Ministerio TIC prevé realizar la subasta en el tercer trimestre de 2023, en la que se otorgarán licencias de hasta 10 MHz en el espectro radioelétrico en las bandas de 700 y 1.900 MHz, hasta 30 MHz en la banda de 2.500 MHz, hasta 400 MHz en la banda de 3.500 MHz y hasta 2,8 GHz en la banda de 26 GHz o mmWave (una banda que, por estar en la parte superior del espectro, permite velocidades de transmisión altísimas, pero requiere de más antenas porque su alcance es corto, así que hay expectativa sobre qué tanto interés generará entre los participantes).
Sobre este proceso de subasta de 5G, Impacto TIC estará publicando un contenido didáctico –al estilo del presente– y otros contenidos periodísticos, entre ellos una entrevista con la ministra TIC Sandra Urrutia.
¿Quién administra el espectro radioeléctrico en Colombia?
La Agencia Nacional del Espectro (ANE) es la entidad encargada de administrar y regular el espectro radioeléctrico en Colombia, con la prioridad de lograr su uso eficiente y equitativo. Se trata de una entidad adscrita al Ministerio TIC responsable de la gestión, planeación, atribución, vigilancia y control del espectro radioeléctrico en Colombia. Por su parte, el Ministerio TIC tiene la atribución de otorgar permisos para el uso del espectro, definir el valor de este y desarrollar las subastas.
Históricamente, la ANE, desde su nacimiento en 2009, ha sido reconocida por su buena gestión y su visión. Uno de los hitos de la entidad ocurrió en 2016, cuando durante el Mobile World Congress de Barcelona la Asociación Mundial de Operadores Móviles (GSMA) reconoció a Colombia como el país con la mejor gestión del espectro para comunicaciones de banda ancha en el mundo.
¿Qué plantea la Constitución sobre el espectro en el país?
La Constitución Política de Colombia en su Artículo 75 establece que “el espectro es un bien público inenajenable e imprescriptible sujeto a la gestión y control del Estado. Se garantiza la igualdad de oportunidades en el acceso a su uso en los términos que fije la ley”.
Y agrega: “Para garantizar el pluralismo informativo y la competencia, el Estado intervendrá por mandato de la ley para evitar las prácticas monopolisticas en el uso del espectro electromagnetico”.
Así se vislumbra el futuro del espectro electromagnético en Colombia y el mundo
El espectro enfrenta un futuro prometedor y desafiante debido a la creciente demanda global de conectividad y al auge de dispositivos conectados a Internet y a Internet de las Cosas. La implementación de tecnologías exponenciales como la Inteligencia Artificial, la Realidad Virtual y Aumentada, así como la automatización y la robótica también aumentarán la necesidad de una mayor capacidad del espectro electromagnético.
En Colombia, el complejo proceso de implementación de la tecnología 5G y la creciente digitalización de la economía generarán una mayor demanda de espectro, que se espera que sea suplida en la próxima subasta de 5G y en otras más. Globalmente, la tendencia es similar, con una mayor asignación de espectro para la tecnología 5G y la exploración de nuevas bandas de frecuencia, como la banda de ondas milimétricas.
Sin embargo, el aumento en la demanda de espectro también genera desafíos en términos de interferencia y congestión, lo que puede afectar negativamente la calidad de la señal y la capacidad de las redes de comunicaciones. Además, en los países suele haber tensiones y preocupación sobre la regulación del espectro y el uso justo y equitativo de este recurso limitado, para que no beneficie solo a unos pocos.
Regresando a las tecnologías, que en su mayoría demandan más y más del espectro y ponen presión sobre las empresas que lo usan –en particular los operadores móviles de Internet, con sus franjas de espectro limitado y sus millones de usuarios que cada vez transmiten más datos–, estas también hacen su aporte para llevar la gestión del espectro a nuevos niveles de eficiencia.
Por ejemplo, científicos de la academia y de grandes empresas de telecomunicaciones ya trabajan en la implementación de técnicas de Inteligencia Artificial y aprendizaje automático para la gestión dinámica del espectro y la exploración de nuevas bandas de frecuencia.
El espectro es un recurso inagotable, pero el espectro radioeléctrico, esa parte sobre la que funcionan las telecomunicaciones, sí es un recurso limitado, por lo que para Colombia y el mundo entero su manejo adecuado permitirá el avance de la tecnología y la mejora de la calidad de vida de las personas. Las decisiones de gobiernos y reguladores tienen la capacidad de impulsar –o frenar– estos avances, y su obligación es tomar las decisiones acertadas para promover un futuro más justo, próspero y sostenible para las próximas generaciones.
Foto principal: Electromagnetic Spectrum, por Cheryl Colan (vía Flickr), bajo licencia CC BY-NC 2.0.
