�Sistema repetidor y ampli�cador de señal de celular�

Omar David Pulido Garzon

Código: 20101273011

Universidad Distrital Francisco Jose de Caldas and

Ingenieria en Telecomunicaciones

Tutor: Edgar Javier Mantilla

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Contents

I. INTRODUCCIÓN 3

II. MARCO TEÓRICO Y ESTADO DEL ARTE 4

1. FUNDAMENTOS DE LA TELEFONÍA MOVIL 4

2. LA PROPAGACIÓN RADIO-MOVIL 4

3. SISTEMAS CELULARES 5

4. LAS INTERFERENCIAS EN LOS SISTEMAS CELULARES 6

5. ANTENA DIRECCIONAL 8

6. ANTENA MONOPOLO 9

7. AMPLIFICADOR DE SEÑAL 10

8. PROYECTOS ANTERIORMENTE DESARROLLADOS 11

III. JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA 12

IV. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA 12

V. OBJETIVOS 12

A. GENERAL 12

B. ESPECÍFICOS 13

VI. RESULTADOS ESPERADOS 13

VII. METODOLOGÍA 13

VIII. CRONOGRAMA 14

IX. PRESUPUESTO 15

X. REFERENCIAS

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I. INTRODUCCIÓN

El tamaño de un edi�cio y los materiales con los que ha sido construido pueden afectar

muchas veces las señales de celulares. En ciertas construcciones de edi�cios en donde se

utiliza el metal o un concreto con un grueso signi�cativo se puede crear una �Jaula de

Faraday� que impida que se transmita o se reciba una señal de celular. Este caso se presenta

en el edi�cio Torre Central ubicado en Bogotá, en donde a menudo es difícil encontrar una

buena señal de celular.

Es necesario implementar un sistema con una interfaz externa e interna que permita

ampli�car y mejorar la señal de celular en todo el edi�cio para lograr que los residentes

puedan recibir y realizar llamadas sin perdida de señal.

A continuación se analizara la composición y función de un Sistema repetidor y am-

pli�cador de señal para celular compuesto básicamente de una Antena Direccional que

captura una señal externa mejor y más fuerte, una Antena Monopolo que distribuye la

señal en todos los niveles del edi�cio y un ampli�cador que mejora la intensidad de la señal

en todo el edi�cio.

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II. MARCO TEÓRICO Y ESTADO DEL ARTE

1. FUNDAMENTOS DE LA TELEFONÍA MOVIL

El usuario de un teléfono móvil tiene la libertad de desplazarse durante la comunicación

y, por supuesto, una vez �nalizada. Los desplazamientos durante la comunicación conllevan

un enlace radio entre terminal móvil y antena de estación base variante en el tiempo, y sin

embargo, el sistema de comunicación debe estar lo su�cientemente protegido para asegurar

la calidad de la comunicación en todo momento. Los desvanecimientos, la interferencia, la

distorsión de la señal son efectos a los que se ve sometida cualquier comunicación móvil.

Es por ello que los sistemas de telefonía móvil han sido diseñados incorporando una se-

rie de mecanismos de protección que los hacen operativos en las condiciones más adversas [1].

Para establecer la comunicación la red debe localizar al usuario, esto se hace con la

ayuda del sistema móvil el cuál se encarga de monitorear la estaciones base que estén a su

alrededor y le indica el punto en el cual se encuentra el usuario, para que de esta manera se

establezca rápidamente la comunicación con la estación base que este mas cercana al usuario.

Antiguamente los sistemas de telefonía móvil utilizaban un conjunto de frecuencias que

se encontraban en cada estación base, pero debido al aumento de usuarios las frecuencias

fueron insu�cientes y se optó por utilizar el mecanismo de reúso frecuencial.

2. LA PROPAGACIÓN RADIO-MOVIL

Las comunicaciones en telefonía móvil se establecen entre dos terminales móviles o entre

un terminal móvil y un terminal �jo. El establecimiento de la comunicación comprende

uno o dos tramos de acceso vía radio y un tramo de la comunicación por red �ja. Para

garantizar la calidad de la comunicación se debe asegurar una transmisión aceptable tanto

en el tramo de acceso radio como en el tramo de transmisión por red �ja [1].

Sin embargo, existen muchos factores que pueden afectar la comunicación en telefonía

móvil, sobretodo en el tramo de acceso radio, por lo cual los mecanismos de protección se

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enfocan mas en reducir los efectos negativos en la interfaz de radio. Una señal recibida en

una comunicación móvil puede estar afectada por tres efectos:

- Pérdidas por Propagación: estas son producidas por la distancia que hay entre el

emisor y el receptor. El factor de perdidas por propagación puede variar según el entorno de

operación del sistema. Estos entornos pueden ser el urbano, donde existen muchos edi�cios

entre emisor y receptor, el suburbano, donde los edi�cios se encuentran mas dispersos y el

entorno rural en donde los edi�cios son escasos y dispersos. Los factores de perdida por

propagación para cada entorno se pueden observar en la tabla 1.

Tabla 1. Factor de perdidas por propagación en tres entornos. [1]

- Pérdidas por con�guración del terreno: son conocidas también como desvanec-

imientos lentos y se producen por obstáculos de grandes dimensiones que puedan existir

entre el emisor y el receptor que impiden que haya una buena comunicación entre ambos.

- Pérdidas por efecto multicamino: estas perdidas se producen cuando el emisor y

el receptor se encuentran muy separados y se produce una señal receptora que es la suma

de varias señales generadas por re�exiones sucesivas en elementos que rodean el emisor y el

receptor.

3. SISTEMAS CELULARES

La telefonía móvil consiste en ofrecer un acceso "vía radio" a un abonado de telefonía,

de tal forma que pueda realizar y recibir llamadas dentro del radio de cobertura del sistema

(área dentro de la cuál el terminal móvil puede conectarse con el sistema de radio para

llamar o ser llamado [2].

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Los sistemas celulares tienen la ventaja de dividir la zona de cobertura en celdas lo cual

permite volver a usar las mismas a distancias muy cortas y aumentar considerablemente la

capacidad de los sistemas.

Por lo tanto, un sistema celular consiste en una serie de celdas cada una con un sistema

de radio que permite la conexión de los terminales móviles al sistema y un sistema de

conmutación que permite la interconexión entre las estaciones base y la conexión del sistema

a la red de conmutación pública [2].

En la �gura 1 se puede ver el esquema de un sistema celular.

Figura 1. Sistema Celular [2].

4. LAS INTERFERENCIAS EN LOS SISTEMAS CELULARES

Los sistemas celulares pueden ser afectados por la interferencia provocada por el propio

sistema, esto quiere decir que la calidad de la comunicación esta dada por la relación de

potencias entre la señal útil y la señal interferente dentro del sistema. las interferencias en

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los sistemas celulares pueden ser de dos formas:

- Interferencia Cocanal: Las celdas cocanales son celdas que utilizan el mismo

conjunto de canales, y la interferencia se presenta cuando dos o más comunicaciones

utilizan el mismo canal o la misma frecuencia desde diferentes celdas, esto hace que la

antena receptora reciba la señal de la comunicacion que tiene establecida y tambien señales

de otras comunicaciones. En la �gura 2 se puede ver el esquema de una Interferencia cocanal.

Figura 2. Interferencia Cocanal [1].

- Interferencia de canal Adyacente: La interferencia de canal adyacente es aquella

generada por comunicaciones establecidas en la misma celda o en celdas vecinas y que

utilizan una frecuencia adyacente a la utilizada en la comunicación en curso. Dichas

interferencias son causadas por imperfecciones en el diseño de los sistemas de modulación,

�ltrado y etapas de potencia, que provocan interferencias en los canales adyacentes. La

antena receptora recibe la potencia de señal de la comunicación que tiene establecida en

un canal, y parte de la potencia que se emite en un canal adyacente y que sobrepasa los

límites del canal [1].

En la �gura 3 se puede ver el esquema de una Interferencia de canal Adyacente.

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Figura 3. Interferencia de canal Adyacente [1].

5. ANTENA DIRECCIONAL

Una antena direccional, también conocida como antena unidireccional o directiva, es

aquella que tiene la capacidad de concentrar la mayor parte de la energía radiada de manera

localizada, ampli�cando la potencia emitida hacia el receptor y evitando interferencias

producidas por fuentes no deseadas.

La Antena Direccional o Antena Yagi es un arreglo de elementos lineales paralelos, cuyo

eje es perpendicular a la línea que une los puntos centrales de cada elemento. De todos

ellos, sólo uno es alimentado directamente mediante una línea de transmisión, mientras

los demás actúan como elementos parásitos, cuyas corrientes son inducidas por el que se

encuentra energizado [7].

La �gura 4 muestra la con�guración geométrica de la antena Yagi, que consta de un

elemento energizado de longitud próxima a media longitud de onda; otro con longitud

mayor a la del energizado, llamado re�ector, y uno o más directores, elementos con longitud

menor a la del energizado. Figura 4. Con�guración Geométrica de la Antena Yagi [7].

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Figura 4. Con�guración Geométrica de la Antena Yagi [7].

6. ANTENA MONOPOLO

Una antena monopolo basicamente es una antena constituida de un solo brazo rectilíneo

irradiante y que puede estar en posición horizontal ó vertical. Para que la antena monopolo

funcione correctamente y sea mas e�ciente debe ser complementada con un plano de masa,

lo que se hace normalmente es crear un plano metálico �cticio, enterrando conductores por

debajo de la antena, lo que hace subir la conductividad, y con ello decrecen las pérdidas y

aumenta la e�ciencia.

Una antena monopolo es la mitad de una antena dipolo, casi siempre montado sobre una

especie de plano de tierra. El patrón de radiación de los monopolos por encima de un plano

de tierra también es conocido por el resultado de la dipolo. El único cambio que hay que

tener en cuenta es que la impedancia de un monopolo es la mitad de la de una antena de

dipolo completo. Por un monopolo de cuarto de onda ( L = 0.25 * lambda), la impedancia

es la mitad de la de un dipolo de media onda, por lo que Zin = 36,5 + j21.25 ohmios. Esto

se puede entender ya que sólo la mitad de la tensión se requiere para conducir un monopolo

a la misma corriente como un dipolo (que de un dipolo como tener + V / 2 y V / 2 se

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aplicarán en sus extremos, mientras que un monopolo sólo tiene que aplicar + V / 2 entre

el monopolo y la tierra para conducir la misma corriente) [8].

Los campos por encima del plano de tierra se puede encontrar utilizando el equivalente

fuente (antena) en el espacio libre como se muestra en la Figura 5 (b). Esto es simplemente

una antena de dipolo del doble de la longitud. Los campos por encima del plano de tierra en

la Figura 5 (a) son idénticos a los campos en la Figura 5 (b), que se conocen y se presenta

en la dipolo. Los campos por debajo del plano de tierra en la Figura 5 (a) son cero.

Figura 5. (a) Monopolo por encima de un PEC, (b) la fuente equivalente en espacio libre [8].

7. AMPLIFICADOR DE SEÑAL

Un ampli�cador refuerza una señal incrementando su amplitud. Es esencial para

un ampli�cador de señales multiplexadas en frecuencia que sea lineal, es decir, que la

magnitud de la señal de salida sea proporcional a la señal de entrada. Si la señal de

salida ha sido ampli�cada por un factor 2, entonces es necesario que esta sea exactamente

el doble de la señal de entrada en cualquier y a cada uno de los instantes de tiempo.

La salida de un ampli�cador lineal es la replica exacta de la señal de entrada solo que

magni�cada. No obstante, los dispositivos ampli�cadores son intrínsecamente no lineales.

Incluso las más ligeras no linealidades en los ampli�cadores pueden ocasionar que una señal

telefónica interactúe con otras, lo cual indica que parte de su energía se trans�ere a las

demás señales. Una señal de un canal que trans�era una pequeña parte de su energía a

otros canales provoca un ruido ininteligible de fondo conocido como diafonía. También

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es importante que la ganancia de los ampli�cadores permanezca estable, es decir, que se

mantenga la misma ampli�cación a lo largo del tiempo. La ganancia es la relación entre la

potencia de salida y la potencia de entrada de un ampli�cador, y se mide en Decibel (dB) [9].

8. PROYECTOS ANTERIORMENTE DESARROLLADOS

Existen varias empresas a nivel internacional que diseñan repetidores de señal para

celular, algunas funcionan para varios operadores y otras exclusivamente para ciertos

operadores, cada una trabaja para cierto rango de frecuencias. Algunos de estos repetidores

de señal para celular se exponen a continuación.

• Los repetidores celulares GUANRI, en Lambayeque - Perú, permiten extender la

cobertura celular en ambientes y zonas donde el enlace de los celulares con la antena

de Radio Base es de�ciente, montañas, cerros, sótanos, etc. El área de cobertura

dependerá básicamente de la señal que se disponga de la Radio Base celular en el lugar

de montaje del sistema y del tipo de sistema irradiante que se utilice. Soportan las

tecnologías celulares actuales en las bandas 850,900/1800,1900. El sistema se alimenta

con 12VDC y el bajo consumo permite la alimentación con energías alternativas [3].

• En Buenos Aires, Argentina, la línea CEL de repetidores celulares provee ganancia

bi-direccional, o sea en recepción y transmisión en funcionamiento full-duplex.

La función del sistema será ampli�car las señales entre la celda celular y los

teléfonos celulares que se encuentre dentro de la cobertura de la antena indoor

del repetidor. O sea, mejorará la señal en ambientes donde por diversos motivos

la señal es de�ciente e imposibilita establecer una comunicación de telefonía celular [4].

• En Monterrey, México, se diseñó un Ampli�cador de señal de celular Inalámbrico

Telestone para 800 - 900 MHz o para 1900MHz GSM 70 db de ganancia, solo es

compatible con una frecuencia. Es compatible con cualquier teléfono celular �jo,

móvil o tarjeta de datos y BAM de todas las compañías celulares, este equipo brinda

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señal inalámbrica en áreas de hasta 10,000mts2, como máximo, esto puede variar

dependiendo de la señal captada por la yagi, permite que se conecten hasta 5 antenas

panel repetidoras para dar señal en diferentes áreas y permite que hasta 24 usuarios

hablen al mismo tiempo, este equipo se puede instalar en exteriores [5].

III. JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA

En el edi�co Torre Central es necesario implementar un sistema repetidor y ampli�cador

de señal de celular con interfaz externa e interna que permita mejorar la señal de celular en

todo el edi�cio para lograr que los residentes puedan recibir y realizar llamadas sin perdida

de señal.

IV. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA

El tamaño de un edi�cio y los materiales con los que ha sido construido pueden afectar

muchas veces las señales de celulares. En ciertas construcciones de edi�cios en donde se

utiliza el metal o un concreto con un grueso signi�cativo se puede crear una �Jaula de

Faraday� que impida que se transmita o se reciba una señal de celular. Este caso se presenta

en el edi�cio Torre Central ubicado en Bogotá, en donde a menudo es difícil encontrar una

buena señal de celular.

V. OBJETIVOS

A. GENERAL

Diseñar e implementar un sistema repetidor y ampli�cador de señal para celulares con

interfaz externa e interna en el Edi�cio Torre Central.

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B. ESPECÍFICOS

• Analizar si existen factores externos o señales de interferencia que atenúan la señal de

celular en el Edi�cio.

• Capturar una señal de celular externa mejor y mas fuerte a través de una Antena

Direccional.

• Distribuir la señal igualmente en todos los niveles del edi�cio a través de una Antena

Monopolo.

• Mejorar la intensidad de la señal de celular en todo el edi�cio a través de un Ampli�-

cador de señal.

VI. RESULTADOS ESPERADOS

Al �nalizar el proyecto se espera tener la implementación de un Sistema repetidor y

ampli�cador de señal de celular compuesto de una Antena Yagui que capture una señal

externa mejor y más fuerte, para que luego sea distribuida igualmente en todos los niveles del

edi�cio y �nalmente a través del Ampli�cador de 30 db de ganancia se mejore la intensidad

de la señal de celular lo cual permita a los residentes del edi�cio Torre Central realizar y

recibir llamadas sin que se pierda la señal.

VII. METODOLOGÍA

Para el desarrollo de este proyecto se utilizará la siguiente metodología:

1. ANALISIS DE INTERFERENCIAS: Se analizará si existen factores externos o

señales de interferencia que atenúan la señal de celular en el Edi�cio.

2. ANALISIS DE TECNOLOGIAS: Análisis de las tecnologías existentes aplicables por

costo y características para el diseño del sistema.

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3. DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DEL PROTOTIPO: Se diseñaran e implementaran

los siguientes componentes del Prototipo:

- Diseño, fabricación e implementación de una Antena Direccional o Antena Yagui, la cual

se ubicara en dirección a la subestación más cercana para que pueda capturar una señal de

celular externa mejor y más fuerte.

- Diseño, fabricación e implementación de una Antena Monopolo que permita distribuir

la señal igualmente en todos los niveles del edi�cio y de esta manera todos los residentes

puedan tener cobertura de señal.

- Diseño, fabricación e implementación de un Ampli�cador de señal de 30 db de ganancia

que permita mejorar la intensidad de la señal de celular en todo el edi�cio.

4. PRUEBAS: Se realizarán las pruebas correspondientes que permita garantizar la

cobertura total de la señal de celular en todo el Edi�cio Torre Central.

5. ENTREGA: Entrega del proyecto terminado al Edi�cio Torre central y a la Universidad

Distrital Francisco José de Caldas con su respectiva documentación.

VIII. CRONOGRAMA

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IX. PRESUPUESTO

Tabla 2. Presupuesto global por fuentes de �nanciación

Tabla 3: Descripción por gastos de personal

Tabla 4: Descripción de equipos

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Tabla 5: Materiales y suministros

X. REFERENCIAS

[1] Monica Gorricho Moreno, Juan Luis Gorricho Moreno. Comunicaciones moviles

- Google Libros. [http://books.google.com.co/books?id=wjEECtZPIaMC&print-

sec=frontcover&hl=es&source=gbs_ge_summary_r&cad=0#v=onepage&q&f=false]

[2] Marcombo, S.A., Eugenio Rey Veiga. Telecomunicaciones moviles -

Google Libros. [http://books.google.com.co/books?id=ztTpTayFeSUC&pg=P-

T100&hl=es&source=gbs_toc_r&cad=4#v=onepage&q&f=false]

[3] Guanri Technology. Repetidora Celular para pueblos donde la senal es baja o nula.

[http://chiclayo.olx.com.pe/repetidora-celular-para-publos-donde-la-senal-es-baja-o-nula-

iid-41128347]

[4] RMI electrónica, CEL800T/a - Repetidor Celular en banda de 800 Mhz (iDEN)

[http://www.opetelperu.com/productos/CEL800Ta.pdf]

[5] Bmas Digital, Ampli�cador Repetidor de señal celular alto poder.

[6] Herve Sizun. Radio wave propagation for telecommunication applications

- Google Libros [http://books.google.com.co/books?id=ROZgtYOS5HwC&hl=-

es&source=gbs_navlinks_s]

[7] Jose Abel Hernandez Rueda, Antenas: Principios básicos, análisis y diseño

- Google Libros. [http://books.google.com.co/books?id=mtLj4aI5XXYC&print-

sec=frontcover&hl=es&source=gbs_ge_summary_r&cad=0#v=onepage&q&f=false]

[8] Antenna - Theory.com, Antena Monopolo. [http://www.antenna-

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theory.com/spanish/antennas/monopole.php]

[9] J. R. Pierce, A. Michael Noll. Señales: ciencia de la telecomunicación

- Google Libros. [http://books.google.com.co/books?id=xxY094_Zpb8C&pg=-

PA94&dq=Ampli�cador+de+se%C3%B1al&hl=es&ei=jg3UTdQQ493RA�0dIL&sa=X&oi=-

book_result&ct=result&resnum=8&ved=0CGAQ6AEwBw#v=onepage&q=Ampli�cador-

%20de%20se%C3%B1al&f=false]

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