07- Sistema Radiante. Ssrr
-
Upload
carlos-fontalvo -
Category
Documents
-
view
239 -
download
1
Transcript of 07- Sistema Radiante. Ssrr
-
7/24/2019 07- Sistema Radiante. Ssrr
1/16
7 SISTEMA RADIANTE SSRR
El sistema radiante es el conjunto formado por las antenas de panel o
paneles y los cables de alimentacin o feeders. Lgicamente tambin habra que
considerar todos los tipos de conectores pero no es interesante desde el punto de vista
del ingeniero de radio ya que no influyen prcticamente en nada para el diseo.
7 1 Paneles
Los paneles son el tipo usual de antenas de exterior usadas en la telefona
mvil. El diagrama de radiacin de cualquier antena se puede representar tanto en el
plano horizontal como vertical mediante unos grficos en coordenadas polares.
- 22 -
dB
dB3
dB20
En estos diagramas se muestran los lbulos principales y secundarios en
funcin de la ganancia segn el ngulo que forma el eje de los mismos con el punto
emisor. El lbulo principal que coincide con el eje de la antena, es el de mayor tamao y
alcanza el crculo de coordenadas polares correspondiente a 0 . El ngulo deradiacin est en el lbulo principal y abarca todo el ancho del lbulo que tenga una
ganancia por encima de que es lo que se denomina anchura del haz. Los lbulos
secundarios que envuelven al principal disminuyen de tamao a medida que se acercan
al ngulo de 180 y tpicamente estn unos por debajo del principal. Todo esto es
bajo la suposicin de campo lejano.
El campo lejano es la zona de campo alejada de la antena (se produce a una
distancia equivalente al cuadrado de la dimensin de la antena) en la que la propagacin
de los campos electromagnticos se asemeja a una onda plana cuya densidad de
potencia disminuye con el cuadrado de la distancia a la antena.
El ancho de haz a - es la separacin angular de las direcciones en las que el
diagrama de radiacin ha cado y su valor se expresa en grados.
dB3
dB3
La directividad o ganancia especfica es la capacidad que tiene una antena de
concentrar potencia absorbida o radiada en la direccin de mxima ganancia. El ancho
de banda es el margen de frecuencias para el cual la antena mantiene sus caractersticas.
La relacin entre la densidad de potencia radiada por la antena en la direccin til
y la que radia por el lbulo trasero se conoce como relacin delante/atrs o Front to
Back ratio, y es un importante parmetro de diseo de la antena en lo relativo a
interferencias.El ngulo que hace referencia al diagrama de radiacin del lbulo principal en el
plano horizontal de la antena se denomina azimut y para el diagrama de radiacin
vertical se denomina ngulo de elevacin, se disea para concentrar el mximo de
radiacin para aquellos ngulos por debajo de la horizontal, que es donde se agrupan los
abonados.
Otro de los parmetros que hay que tener en cuenta es la impedancia
caractersticas que es la resistencia que presenta la antena en la frecuencia a la que ha
sido sintonizada, que toma un valor tpico de 50
Para proteger los elementos radiantes de las inclemencias del tiempo y otros
agentes como pueden ser los pjaros e insectos se cubren con una carcasa o radomo de
un material que permite el paso de las ondas sin afectar a sus propiedades depropagacin.
DESPLIEGUE SELECTIVO GSM 900 EN ENTORNO RURAL. Ismael Muoz Lpez
-
7/24/2019 07- Sistema Radiante. Ssrr
2/16
En la telefona mvil se suelen usar antenas de panel formadas por arrays de
dipolos y que funcionan en base a una doble polarizacin, polarizacin +45/-45 o
crosspolar. Que permite tener diversidad en recepcin.
Vamos a ver las especificaciones de un panel real para ver las caractersticas ms
importantes.
7.1.1 Ejemplo de panel. KATHREIN 739636.
El cuadro de caractersticas de los paneles es como sigue:
Ilustracin 5: caractersticas de antena 739 636
Vamos a ir viendo los campos que son interesantes para un ingeniero de diseo
radio:
Input:Son las entradas al panel.
Nos dice el tipo y cantidad de conectores. Lo usual son los 7-16.
Connector position:
Nos indica en qu posicin del panel se encuentran los conectores. Eneste caso se encuentran en la base del mismo.
- 23 -DESPLIEGUE SELECTIVO GSM 900 EN ENTORNO RURAL. Ismael Muoz Lpez
-
7/24/2019 07- Sistema Radiante. Ssrr
3/16
Frecuency Range:Nos especifica el rango de frecuencias en el que la antena de panel
conserva sus caractersticas y en el que debe de funcionar.
VSWR:
Es laROEo razn de onda estacionaria que nos indica cuanta parte de laenerga enviada por el transmisor regresa al mismo reflejada. UnaROE
de 1,5 implica un regreso del 4% de la potencia.
Suele estar bastante bien controlada en este tipo de antenas para no
provocar problemas a los transmisores. Es un parmetro dependiente de
la frecuencia.
Gain:Es la ganancia del panel. Suele ser dependiente de la frecuencia. Aparece
como 2x debido a que este tipo de antenas tienen dos entradas, una por
cada polarizacin y que se transmiten al mismo tiempo. Se expresa en
dBi y para las antenas de GSM 900 toma valores entre 14 y 19 dBi.
ImpedanceEs la impedancia de entrada a la antena.
Como vimos antes ser de 50para este tipo de sistemas.
PolarizationEs la polarizacin a la que va a transmitir el panel. Lo normal es tener
siempre que sea posible paneles con dos polarizaciones, a +45 y -45 para
as dotar a la seal recibida de diversidad sin necesidad de montar dos
paneles. Hay que hacer notar que tendremos un conector de entrada porcada polarizacin que tenga el panel.
Front to back ratio, copolar.Como antes comentamos es la relacin entre la potencia de la seal que
va por el lbulo principal y la que radia el lbulo trasero.
Half-power beam width.Es la anchura del haz a -3dB. Se observa en los diagramas de radiacin
que vienen adjuntos en las caractersticas del panel.
- 24 -DESPLIEGUE SELECTIVO GSM 900 EN ENTORNO RURAL. Ismael Muoz Lpez
-
7/24/2019 07- Sistema Radiante. Ssrr
4/16
Ilustracin 6: diagrama de radiacin horizontal de antena panel
Ilustracin 7: diagrama de radiacin vertical de antena panel
Este panel viene especificado para las dos polarizaciones aunque siempre
son iguales. Este modelo de panel en concreto viene con un downtilt
elctrico predefinido e igual a 6.
IsolationVa a indicar el aislamiento entre las entradas del panel. Suele ser
dependiente de la frecuencia.
Max power per input.Es la mxima potencia que puede soportar el panel por entrada. Hay que
tener en cuenta que un mismo panel puede ser utilizado por una conexin
en cascada de transmisores que debern tener en cuenta este parmetro a
la hora de limitar la potencia de los mismos.
- 25 -DESPLIEGUE SELECTIVO GSM 900 EN ENTORNO RURAL. Ismael Muoz Lpez
-
7/24/2019 07- Sistema Radiante. Ssrr
5/16
Height/width/depth
Son las dimensiones del panel. Las debemos conocer para as colocarlas
de manera ptima en los soportes. Las antenas de GSM 900 tienen una
longitud de 2,6 metros ms o menos.
Ilustracin 8: panel tpic o GSM 900 de 2,6 metros
Como norma general se instalarn paneles de 65 de apertura horizontal y con
una separacin mnima entre la orientacin de los sectores de 90.
- 26 -DESPLIEGUE SELECTIVO GSM 900 EN ENTORNO RURAL. Ismael Muoz Lpez
-
7/24/2019 07- Sistema Radiante. Ssrr
6/16
7.1.2 Clcu lo de la inc linacin de la antena o downti lt.
Dotar de cobertura ptima es el objetivo principal de un sistema radiante.
Dependiendo de las caractersticas y la situacin del emplazamiento con respecto al
objetivo de cobertura es muy posible que necesitemos aplicar un cierto downtilt a las
antenas.
Este tipo de clculos se suele hacer en el mismo replanteo tcnico aunque se
puede haber hecho un estudio previo sobre plano para ir hacindonos una idea de los
posibles resultados. Aunque existen unas tablas lo ideal es hacer el clculo a mano.
Tambin se suelen hacer simulaciones de cobertura con herramientas
informticas especficas para ello donde podemos observar los cambios que se producen
al dotar a las antenas de una u otra inclinacin.
Nosotros nos vamos a centrar en la forma de hacer los clculos a mano que nos
resulta ms didctico desde el punto de vista del diseo.
Las frmulas a usar son las siguientes:
+
+=
2
)()(tan1000
)()()()( 21int
BW
mcmcmHKmR erior
+=
2
)()(tan1000
)()()()( 21
BW
mcmcmHKmRexterior
( ))(tan1000)()()()( 21
+= mcmcmHKmRcentro
=
)(1000
)(tan)( 1
KmR
mH
centro
)( es el downtilt de la antena.
es el radio interior de la celda.)(int KmR erior
es el radio exterior o de mayor alcance de la celda)(KmRexterior
es la distancia al centro de la celda)(KmRcentro
es la altura sobre el terreno de la antena)(mH
es la cota AMSL del emplazamiento)(1 mc
es la cota AMSL del objetivo de cobertura)(2 mc
es el ancho de haz a -3dB de la antena.)(BW
En la siguiente ilustracin mostraremos todos estos parmetros de manera visual para
que nos podamos hacer una idea real de cmo se aplican estas frmulas.
- 27 -DESPLIEGUE SELECTIVO GSM 900 EN ENTORNO RURAL. Ismael Muoz Lpez
-
7/24/2019 07- Sistema Radiante. Ssrr
7/16
Ilustracin 9: diagrama clculo downtilt antenas
Si tenemos en cuenta una torre de =40, con cota =400 y un pueblo a
=2 con cota en su centro de =300 el resultado sera:
)(mH
c
)(1 mc
)(KmRcentro )(2 m
+=
21000
30040040tan)( 1 = 4
Tendramos que dotar por tanto a los paneles de una inclinacin de 4 para cubrir de
forma ptima la poblacin.
Si calculamos los radios interior y exterior con ambos extremos:
+
+=
2
7
4tan1000
30040040)(int KmR erior = 1,063
+=
2
74tan1000
30040040)(KmRexterior = 16,420
En la mayora de los casos el downtilt mnimo que se coloca es la mitad del ancho de
haz vertical, con idea de no radiar nada hacia arriba.
- 28 -DESPLIEGUE SELECTIVO GSM 900 EN ENTORNO RURAL. Ismael Muoz Lpez
-
7/24/2019 07- Sistema Radiante. Ssrr
8/16
7.1.3 Downtilt elctr ico y mecnico. El RET( Remote electrical til t)
En todo despliegue de telefona mvil se hacen estudios completos de
cobertura y vecindades. Se intenta cubrir una zona especfica pero evitando las
interferencias excesivas entre las BTS. En la planificacin se establece siempre una
inclinacin o downtilt a instalar en los paneles, pero luego una vez en el aire, estosdowntilts pueden necesitar ser modificados a la luz de las medidas obtenidas en los
drive test.
Tambin hay que tener muy en cuenta que una cosa es lo que se disea y
otra cosa bien distinta lo que en la realidad se implementa.
Hay que distinguir entre inclinacin elctrica o mecnica. El tilt mecnico es inclinar la
antena fsicamente como vemos en la figura:
Ilustracin 10: downtilt de antenas
El downtilt elctrico sin embargo no modifica para nada la posicin del
panel, sino que acta sobre la fase de la seal electromagntica a emitir. De esta manera
cambiando la fase, cambiamos los parmetros de la seal y conseguimos el efecto
deseado.
Los paneles que permiten modificar el downtilt elctrico presentan en su base una
tuerca o similar que permite modificar y visualizar el que tiene en ese momento
asignado.
- 29 -DESPLIEGUE SELECTIVO GSM 900 EN ENTORNO RURAL. Ismael Muoz Lpez
-
7/24/2019 07- Sistema Radiante. Ssrr
9/16
Como para modificar el downtilt elctrico hay que estar en contacto directo con la
antena esto nos implicar un coste cada vez que tengamos que hacerlo ya que tendremos
la necesidad de que un tcnico suba al sistema radiante.
Para facilitar los cambios de tilt elctrico se instala un dispositivo que nos va a permitir
hacerlo de manera remoto. Este dispositivo es el RET.
El RET o remote electrical tiltse conecta directamente al panel y por cable
al ASC o en su defecto al bastidor de los equipos.
Ilustracin 11: diagrama RET con ASC/TMA
En este ltimo dibujo observarnos las conexiones del RET cuando tenemos un LNA o
ASC cerca de los paneles.
- 30 -DESPLIEGUE SELECTIVO GSM 900 EN ENTORNO RURAL. Ismael Muoz Lpez
-
7/24/2019 07- Sistema Radiante. Ssrr
10/16
Ilustracin 12: diagrama RET con conexin directa al bastidor
Ilustraci n 13: RET
Las dimensiones suelen ser las siguientes:
Altura: 178 mm
Anchura: 50 mm
Profundidad: 60 mm
- 31 -DESPLIEGUE SELECTIVO GSM 900 EN ENTORNO RURAL. Ismael Muoz Lpez
-
7/24/2019 07- Sistema Radiante. Ssrr
11/16
7.1.4 Tma/Asc
El TMA o tower mounted amplifier, es un elemento que se coloca para
minimizar las prdidas en los feeders de la seal proveniente del uplink, de esta manera
extiende el rango de alcance de la celda.
Los TMA por tanto se usan para mejorar la potencia de seal recibida en las antenas en
aquellos sitios en los que el uplink es dbil.
El TMA nos permite:
Disminuir las llamadas cadas
Aumentar la cobertura dentro de los edificios.
Aumentar la cobertura dentro de los coches
Disminuir la potencia transmitida por el mvil con el consiguiente ahorro debatera.
El TMA nos puede servir para optimizar las redes ya que nos puede ahorrar la
colocacin de estaciones base en entornos quemados donde es complicado conseguir
nuevos sites.
Es bsicamente un filtro paso de banda con eliminacin de continua y un LNA (low
noise amplifier).
Hay 3 tipos de TMA segn el tipo de configuracin que nos interese y vamos a ver sin
entrar en muchos detalles las caractersticas de cada una de ellas.
- 32 -DESPLIEGUE SELECTIVO GSM 900 EN ENTORNO RURAL. Ismael Muoz Lpez
-
7/24/2019 07- Sistema Radiante. Ssrr
12/16
7.1.4.1 Simplex TMA
Es bsicamente un LNA que amplifica la seal recibida por la antena
adems de un filtro paso de banda para eliminar los elementos espreos de la seal y la
componente de continua. Este tipo de TMA se usa en recepcin solamente ya que suele
ser el uplink la parte ms dbil del enlace radio, y la que nos limita la cobertura y lacalidad de los KPIs. En este caso los cables de Tx y Rx entran por bocas diferentes a la
antena.
Ilustracin 14: simplex TMA
- 33 -DESPLIEGUE SELECTIVO GSM 900 EN ENTORNO RURAL. Ismael Muoz Lpez
-
7/24/2019 07- Sistema Radiante. Ssrr
13/16
7.1.4.2 Duplex TMA
Permite compartir la Tx y la Rx en un mismo feeder desde el TMA al panel. Nos
permite en este caso ahorrar una boca del panel. Est formado por un diplexor que hace
la separacin de TX/RX y el filtrado de seal. La Rx va por el LNA hacia la BTS.
Desde el TMA a la BTS la Tx y la Rx van porfeedersseparados.
Ilustracin 15: dplex TMA
- 34 -DESPLIEGUE SELECTIVO GSM 900 EN ENTORNO RURAL. Ismael Muoz Lpez
-
7/24/2019 07- Sistema Radiante. Ssrr
14/16
7.1.4.3 Dual Duplex TMA:
Es un Duplex TMA que nos permite el uso de un solofeederhasta la BTS
compartiendo Rx/Tx. Lo hace gracias a la inclusin de otro filtro duplexor. De esta
manera podemos usar diversidad en la recepcin. Tambin es el encargado de dotar de
alimentacin del RET y hacer de interfaz entre este y la BTS
Ilustracin 16: dual dplex TMA
- 35 -DESPLIEGUE SELECTIVO GSM 900 EN ENTORNO RURAL. Ismael Muoz Lpez
-
7/24/2019 07- Sistema Radiante. Ssrr
15/16
7.1.4.4 ASC.
Es un dual duplex TMA de alta ganancia para UMTS formado por dos
elementos Tx/Rx que permite usar los dos feeders para uplink y downlink. Tambin es
el encargado de dotar de alimentacin del RET y hacer de interfaz entre este y la BTS.
Aunque los equipos suelen estar preparados para Tx/Rx por los dos feeders, slousaremos un cable para Tx/Rx y otro para Rx.
Ilustraci n 17: ASC
- 36 -DESPLIEGUE SELECTIVO GSM 900 EN ENTORNO RURAL. Ismael Muoz Lpez
-
7/24/2019 07- Sistema Radiante. Ssrr
16/16
7 2 Feeders
Losfeederso cables de alimentacin se usan para conectar el bastidor de los
equipos con los paneles, as pues se encargan de transportar la seal desde los
transceptores hasta las antenas y viceversa. Las caractersticas principales de estos
cables en cuanto a lo que para el diseo nos concierne son la impedancia, las perdidas y
el radio de curvatura. La impedancia ser de 50.
Las prdidas de losfeeders son dependientes de la frecuencia y aumentan a
medida que sube la misma. A la hora del clculo aproximado de las prdidas tomaremos
la frecuencia ms alta de la banda de GSM 900 que ser 960Mhz.
A medida que aumentamos la seccin delfeederdisminuiremos las prdidas
pero complicaremos la instalacin de los mismos debido a que cuanta ms seccin
tengan losfeedersmenor es la flexibilidad del mismo y por lo tanto aumentar el radio
de curvatura. El radio de curvatura es el radio mnimo al que uno puede doblar el cablesin daarlo ni acortar si vida til.
Las medidas usuales de losfeedersen telefona mvil sern de 1/2, 7/8 y
1-5/8.
A continuacin mostraremos las caractersticas de estos cables:
feeder Perdidas dB/100m a 960Mhz
Radio decurvatura (cm)
Uso tpico
1 /2 11 3,2 Hasta 25 metros7 /8 5,09 12,5 Entre 25 y 50 metros
1-5 /8 2,33 20 Ms de 50 metros
Ilustracin 18: tabla de feeders
Las conexiones con los paneles y con los bastidores se harn siempre con
latiguillos de 1/2. Los latiguillos son secciones de cable de longitud no superior a los
1,5 metros.
Por ejemplo para que nos hagamos una idea de las prdidas reales tendremos que:
Para un cable de 1/2.Usado a su longitud mxima de 25 metros tendremos unas
prdidas de 2,75dB. Para un cable de 7/8usado a su longitud mxima de 50 metros tendremos unas
prdidas de 2,5dB.
Para un cable de 1 5/8usado a 50 metros sus prdidas sern de 1,15dB.
El coste de los cables aumenta conforme aumenta la seccin de los mismos pero
ms aumenta el coste de la instalacin de los mismos debido a que son bastantes ms
pesados y difciles de manejar.
La instalacin por ejemplo de los cables de seccin 1 5/8 normalmente implican el
uso de gras debido a su elevado peso y reducida movilidad.
As pues en los usos habituales se ha tenido en cuenta el compromiso entre lasprdidas de los cables y el coste total del uso de los mismos.
- 37 -DESPLIEGUE SELECTIVO GSM 900 EN ENTORNO RURAL. Ismael Muoz Lpez