Estación Base Celular (EBC)

Una EBC (Estación Base Celular) es un local (entiéndase por local al techo de una casa, un terreno, un cerro, etc) que en su mayoría es propiedad del operador de telefonía móvil celular.

EBC Ocucaje (Ica, ubicada en el Cerro Ocucaje)

En este caso tomaremos en cuenta una estación ubicada en un terreno de propiedad del operador. Dentro de una EBC encontraremos todo el equipamiento necesario para ofrecer cobertura celular a una determinada localidad. Principalmente, en una EBC convencional encontraremos lo siguiente:

• Tablero de energía.
• Pozos a tierra.
• Equipo(s) de Radio Base (indoor u outdoor).
• Equipo(s) de Trasmisión (vía microondas o vía satelital).
• Torre celular (autosoportada, arriostrada, ventada o monopolo).
• Antenas.

Ahora describiremos de manera didáctica la descripción de cada ítem arriba mencionado y el funcionamiento de todos los elementos en conjunto que conforman la EBC.

1. Tablero de Energía.

El tablero de energía es el encargado de suministrar la energía 220V AC a todos los equipos a usar en la Estación Base Celular. También energiza la iluminación de la EBC y la luz de balizaje ubicada en la parte más alta de la torre celular.

Tiene la capacidad de energizar hasta 4 equipos Radio Base (850 Máster, 850 Ampliación, 1900 Máster y 1900 Ampliación), así como también posee entradas de energía de reserva, una entrada para la iluminación de la EBC, para equipos de microondas (en caso lo requieran), una entrada para la luz de balizaje, y otras entradas extras para otros equipos que necesiten energía 220 V AC.

Contiene además entradas de cableado para alarmas de falla de red, una barra para aterramiento y tuberías internas que pasan por el suelo y la pared en donde es por donde pasan los cables.

Ofrece también tomacorrientes de 220 V AC para poder conectar las diferentes herramientas a utilizar durante la instalación.

En la puerta principal cuenta con dos leds que indican la presencia de tensión y el correcto funcionamiento de la luz de balizaje. Asimismo tiene dos llaves pequeñas para mantenerla cerrada.

Tablero de energía

2. Pozos a tierra.

Cada estación debe tener una red de pozos para el aterramiento de todo el equipamiento existente en la EBC. Normalmente esta red se compone de dos, tres, o cuatro pozos; dependiendo de cada EBC.

En un pozo a tierra se conectan los equipos Radio Base, la torre celular, el tablero de energía, las escalerillas por donde pasan los feeder; en fin, todo lo que esté propenso a recibir descargas eléctricas deben ir aterrados a las barras de tierra, que a su vez, están interconetados con los pozos.

Pozo a tierra

3. Equipo(s) de Radio Base (RBS)

El equipo de Radio Base es el elemento fundamental de una Estación Base Celular. En él se generan las señales de RF que recorren por los feeders hasta llegar a las antenas, siendo estas las que se encargan de emitirlas al espacio. En todos los casos, las RBS cuentan con un banco de baterías de respaldo; en caso de ausencia de la red eléctrica, estas baterías proporcionan un suministro de entre 2 a 6 horas al equipo, tiempo en el cual se deben reparar las fallas para volver al "estado eléctrico".

Según su ubicación, se clasifican en Indoor (RBS instalada dentro de una sala) y Outdoor (RBS instalada en una EBC al aire libre). Por otro lado, según su potencia de salida (es decir, según su cobertura) se clasifican en Macro (alta capacidad), Micro (mediana capacidad) y Pico (baja capacidad).

RBS Ericsson 2106 Macro - Outdoor

RBS Ericsson 2206 Macro - Indoor

RBS Ericsson 2111 Micro - Outdoor

4. Equipo(s) de Transmisión

Comúnmente el medio de transmisión usado para enlazar las EBCs es el radioenlace, o transmisión vía microondas. En lugares en donde no existe línea de vista debido a la accidentada geografía de nuestro país, se usa el enlace satelital. Las modulaciones, frecuencias utilizadas, dirección, polarización y el BER son designados por el operador de telefonía móvil.

Antena satelital (EBC Cabana Sur - Ayacucho)

Módem satelital Comtech CDM - 600L (EBC Cabana Sur - Ayacucho)

Antena MW Huawei (EBC Villacuri 2 - Ica)

Modem MW Huawei RTN 620 (EBC Villacuri 2 - Ica)

5. Torre celular

Las torres celulares permiten ganar la altura necesaria para optimizar la cobertura celular y la línea de vista del enlace microondas. Existen 4 tipos de torres, según su estructura: autosoportada, arriostrada, monopolo y ventada.

Torre autosoportada

Torre monopolo

Torre ventada

Torre arriostrada

6. Antena celular

Las antenas toman un papel muy importante en una estación base, ya que es por intemedio de ellas por donde se irradia la energía proveniente de la RBS. Estas antenas son de tipo panel de forma alargada, teniendo como patrón de radiación una radiación de tipo sectorial.

Existen antenas Single Band(una sola frecuencia 850 ó 1900 MHz) y antenas Dual Band (doble frecuencia: 850 y 1900 MHz). En ambos casos, estas antenas usan el método de diversidad de espacio para obtener una mejor calidad de señal, ya que internamente están compuestos de un arreglo de dipolos. En el caso de antenas duales, utilizan una combinación de diversidad de espacio y diversidad de frecuencia con Cross - Pol (polarización cruzada), de tal manera que la antena puede distinguir las señales provenientes de las frecuencias de 850 y 1900 MHz.

Todas las antenas cuentan con una pequeña regleta en la parte inferior, que contiene números que indican los grados para variar el Tilt eléctrico.

Antena celular (vista frontal)

Antena celular (vista trasera)

Antena celular (regleta de tilt eléctrico)

Tutorial básico de Radio Mobile

Radio Mobile es un simple y a la vez eficaz software de simulación de radioenlaces, usado para cálculo y diseño de enlaces microondas punto a punto, punto a multipunto o una red de microondas.

Es una herramienta básica, la cual nos muestra mediante gráficos los datos básicos en un diseño de enlaces, tales como zonas y radios de Fresnel, cotas de los puntos geográficos (si existe o no línea de vista), valores de curvatura de la tierra (el elemento "K"), coordenadas geográficas, distancia entre puntos, etc. El modelo que presenta Radio Mobile es un modelo que se asemeja a la realidad, y hasta se puede simular los niveles de potencia de las IDU y las ganancias de las antenas, diseñando de tal manera el nivel de recepción que deseemos.

La gran ventaja sobre otros simuladores es que este es un software de libre distribución, a diferencia de otros que cuentan con licencias y se actualizan con claves de activación.

Ya que este blog trata sobre Comunicaciones Móviles, le daremos la aplicación a la red GSM, descrita en la entrada anterior.

Básicamente una estación base celular (de ahora en adelante la llamaremos EBC) está compuesta por los siguientes elementos:

• Equipo de Radio Base (RBS, Radio Base Station).
• Equipo de transmisiones (Consiste en una o varias IDUs (InDoor Unit) y una o varias ODUs (OutDoor Unit)).
• Tablero de Energía (Usado para energizar los equipos)
• Pozos a tierra (Aterramiento de equipos)
• Sistema Radiante (Constituye la torre, los cables o feeders y las antenas instaladas en la torre)

La relación entre estos elementos es la siguiente: el tablero de energía es el encargado de distribuir la energía para los equipos instalados en la EBC. Todos los equipos, incluyendo el sistema radiante, deben ir aterrados a las barras de tierra que a su vez están interconectadas con todos los pozos de tierra existentes en la EBC. La RBS se encarga de generar y procesar las señales de RF que recorren por los feeders hasta llegar a las antenas, en donde las señales RF se liberan al espacio dándonos cobertura celular. El equipo de transmisión se encarga de enlazar la EBC con otra estación (que contiene los equipos de conmutación y BSCs) para su Operación y Mantenimiento (OSS). Luego de esta breve explicación, nos centraremos en la simulación del enlace entre la EBC y la otra estación, comúnmente llamada URA.

ODU + Antena tipo tambor

IDU

Tutorial de Radio Mobile

1. Descargar e instalar el ejecutable .exe del siguiente enlace:

Radio Mobile Setup

2. Abrir el programa y dar click en File -> New Networks para crear un nuevo proyecto. Click en OK y dejar todos los valores por defecto. Networks indica la cantidad de enlaces entre EBCs, Units son las EBC (en nuestro caso) y Systems son los enlaces entre Networks.

3. Click en File -> Map Properties. Aparecerá la siguiente pantalla:

En la parte superior izquierda se muestra el centro del mapa localizado por la latitud y la longitud. La casilla "Use cursor position" indica que el cursor del mouse nos llevará a la posición que queramos cuando tengamos el mapa abierto. El botón World Map nos lleva al mapa del mundo. En "Select a city name" se muestra una lista de ciudades, si se encuentra la ciudad donde queremos realizar el radioenlace, es sólo cuestión de buscarla. La manera más exacta de encontrar un mapa es en la casilla "Enter LAT LON or QRA", aquí ingresaremos la latitud y longitud del lugar de nuestro radioenlace. En mi caso ingresaré las coordenadas de la EBC Villacuri 2, ubicada en Ica, en donde estuve últimamente trabajando.

La otra opción como la mencionamos sería la siguiente: Click en Select a city name y escoger la ciudad. Nosotros tomaremos la primera opción.

Click en OK y luego en Extract. Esperamos a que se descarguen los mapas de los servidores y después de un momento se mostrará el mapa de relieves. Para una mejor vista, ingresamos nuevamente a File -> Map Properties y le damos click al cajón Merge pictures, luego a Extract. Nos aparecerá el siguiente cuadro:

Como se ve en la figura, existen diversos servidores que nos proporcionan diversas fuentes de mapas. Para mapas políticos, escogemos la opción "Internet OpenStreetMap" y click en Draw. Nos aparece lo siguiente:

4. A modo de ejemplo haremos un enlace entre la EBC Villacuri 2 y la ciudad de Ica. Colocamos el cursor sobre la coordenada que especificamos y nos vamos a File -> Unit properties y aparecerá lo siguiente:

En el campo "Name", ingresamos en nombre de la EBC, en nuestro caso EBC Villacuri 2, click en "Place unit at cursor position" y le damos OK. Para la estación en Ica, elegimos Unit 2 y le ponemos un nombre. Click en OK y aparecerá lo siguiente:

5. Ahora estableceremos nuestra red de radioenlace. Para ello nos vamos a File -> Network properties. Se tendrá lo siguiente:

En la pestaña "Parameters" escogemos las frecuencias y el tipo de polarización de las antenas, la refractividad de la superficie, la conductividad de la tierra y la permitividad relativa, así como también el clima. En este caso usaremos las frecuencias 14.6 GHz y 15.16 GHz en polarización horizontal. Los demás valores quedarán por defecto. En "Topology" escogemos el tipo de señal a transmitir. En la pestaña "Membership" estableceremos las dos unidades que anteriormente definimos para crear el radioenlace, y se escogerán el tipo de nodo Command, Subordinate o Rebroadcast (Máster, esclavo o repetidor), así como la altura de la antena. En "Systems" elegimos Mobile y tipo de antena "yagi.ant", ya que se aproxima más a una antena direccional tipo tambor, ingresamos la potencia de transmisión, pérdida de feeders. Se tendrá lo siguiente:

Después de configurar lo anteriormente mencionado, click en OK y nos vamos a View -> Show networks -> All para ver el enlace:

6. Para terminar con el enlace y obtener el link budget, nos vamos a Tools -> Radiolink. Se tendrá lo siguiente:

Ya que hemos usado uno de los puntos sin verificar las coordenadas (EBC Ica), según nuestra gráfica, no tenemos línea de vista. Una solución sería instalar un repetidor en la cota más alta de nuestra gráfica, en este caso en el pico ubicado en el medio. Sin embargo, se debería conocer el acceso al lugar, si es posible o no desplazar personal hacia ese punto y muchos otros factores como la energía y la construcción de una nueva torre. Otra solución, en este caso ficticia, sería elevar la altura de las antenas. Realizando pruebas con varios valores, se obtuvo lo siguiente:

Elevando la altura de las antenas, en la EBC Villacuri a 150 m y en la EBC Ica a 300 m respectivamente, se obtuvo línea de vista. Pero sabemos que es imposible construir torres de tal altura, además que los costos se elevarían. En la parte superior se muestran los datos del enlace establecido. Para lograr un umbral de recepción, sólo se setean los datos tales como las potencias de los transmisores, ganancias de antenas, etc.

Como lo ven, es un software muy útil y sencillo para calcular los radioenlaces. No sólo es usado para enlaces punto a punto, como en este caso, sino también para redes punto - multipunto, incluyendo estaciones repetidoras.

Cabe resaltar que existe un software aun más completo, llamado Path Loss, que contiene una base de datos de equipos y antenas reales, con variedad de modelos. Pero este ya será tema de explicación en una futura entrada a este blog.