ESCUELA POLITCNICA NACIONAL

ESCUELA DE INGENIERA

OPTIMIZACION DE COBERTURA CELULAR CDMA 2000-1X ENEL INTERIOR DE LOS TNELES DE SAN JUAN EN LA CIUDAD

DE QUITO UTILIZANDO CABLE RADIANTE

PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIN DEL TITULO DE INGENIERO ENELECTRNICA Y TELECOMUNICACIONES

MORALES OATE BOLVAR EFRAINMUOZ DEL CASTILLO ORLANDO JOS

DIRECTOR: ING. PATRICIO ORTEGA

Quito, Diciembre 2005

DECLARACIN

Nosotros, Bolvar Efran Morales Oate y Orlando Jos Muoz del Castillo,declaramos bajo juramento que el trabajo aqu descrito es de nuestra autora;que no ha sido previamente presentado para ningn grado o calificacinprofesional; y, que hemos consultado las referencias bibliogrficas que seincluyen en este documento.

A travs de ia presente declaracin cedemos nuestros derechos de propiedadintelectual correspondientes a este trabajo, a la Escuela Politcnica Nacional,segn lo establecido por !a Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento ypor la normatividad institucional vigente.

4var Morales TJfTaoMuoz

CERTIFICACIN

Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Bolvar Efran Morales Oatey Orlando Jos Muoz del Castillo, bajo mi supervisin.

DIRIntTPatfidip'OrDEtrPROYEl

AGRADECIMIENTO

A la Escuela Politcnica Nacional.

Al Ingeniero Patricio Ortega por su acertada coordinacina lo largo de! presente proyecto.

A! Ing. Santiago Paz de Movistar por su oportuna yeficiente ayuda para responder nuestras inquietudes.

Bolvar Morales

AGRADECIMIENTO

A la Escuela Politcnica Nacional la cual me abri suspuertas para estudiar y me ense principios y valores.

Al Ing. Patricio Ortega, Director de este Proyecto deTitulacin, le doy un agradecimiento muy especial por sus

consejos y conocimientos que hicieron posible laculminacin del presente trabajo.

A todos los compaeros y amigos que he conocido a lolargo de toda mi vida estudiantil.

Al Ing Santiago Paz de Movistar quien siempre suporesponder todas las inquietudes.

Orlando Muoz

CONTENIDORESUMENPRESENTACIN

CAPTULO 1TECNOLOGA CDMA 2000 lx1.1 LAS GENERACIONES DE LA TELEFONA CELULAR 11.1.1 LA PRIMERA GENERACIN 1G 11.1.2 LA SEGUNDA GENERACIN 2G 21.1.3 LA GENERACIN 2.5G 31.1.4 LA TERCERA GENERACIN 3G 41.1.5 LA CUARTA GENERACIN 4G 5

1.2 QU ES CDMA? 51.3 CDMA2000: ACCESO MULTIMEDIA DE ALTA

VELOCIDAD 713.1 CDMA 2000 713.2 EVOLUCIN DE CDMA 2000 81.3.2.1 cdma2000 lx 913.2.2 cdma 2000 Ix-EV 1013.23 cdma2000 3x , 11133 FLEXIBILIDAD DE LA TECNOLOGA CDMA2000 11

1.4 TERMINALES CDMA2000 121.5 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE CDMA 2000 131.5.1 VENTAJAS DE CDMA 2000 131.5.2 DESVENTAJAS DE CDMA 2000 15

CAPITULO 2ESTUDIO DE CABLES RADIANTES2.1 CABLE RADIANTE 172.1.1 INTRODUCCIN 17

2.1.2 DEFINICIN Y PARTES CONSTITUTIVAS 18

2.1.3 DIFERENCIAS ENTRE EL CABLE RADIANTE Y UNA ANTENA 19

2.2 TIPOS DE CABLES RADIANTES 212.2.1 CABLE RADIANTE REX 222.2.1.1 Caractersticas Generales 232.2.1.2 Caractersticas Tcnicas del Cable Radiante RFX 242.2.1.2.1 Identificacin de los Cables RFX 252.2.1.2.2 Caractersticas Mecnicas y Elctricas del Cable RFX 252.2.2 CABLE RADIANTE AIRCELL 282-2.2.1 Aplicaciones 282.2.2.2 Funcionamiento y Partes Constitutivas 292.2.2.3 Ventajas del cable radiante AirCell 312.2.2.4 Caractersticas Tcnicas del Cable Radiante Aircell 322.2.2.4.1 Identificacin de los Cables Aircell 332.2.2.4.2 Caractersticas Mecnicas y Elctricas del Cable Aircell 342.2.3 CABLE RADIANTE RADIAX 382.2.3.1 Tipos de Cables RADIAX 382.2.3.1.1 Cable Radiante RCT (modo radiado) 392.2.3.1.2 Cable Radiante RXL (modo acoplado) 392.2.3.7.3 Cable Radiante RXP 402.2.3.1.4 Cable Radiante RDXF 412.2.3.1.5 Caractersticas Tcnicas del Cable Radiante RADIAX 412.23.1.6 Identificacin de los Cables RADIAX RCT 42

2.2.3.1.7 Caractersticas Mecnicas y Elctricas del Cable Radiax 43

2.2.4 CABLE RADIANTE KAVAL 452.2.4.1 Caractersticas Tcnicas del Cable Radiante Kaval 452.2.4.1.1 Identificacin de los Cables Kaval 462.2.4.1.2 Caractersticas Elctricas y Mecnicas del Cable Radiante Kaval 47

2.3 SELECCIN DEL CABLE RADIANTE 51

CAPITULO 3PROPAGACIN DE SEALES CDMA 2000 Ix3.1 EVOLUCIN DE LOS MODELOS DE PROPAGACIN 533.2 MODELOS DE PROPAGACIN EN INTERIORES 543.2.1 ATENUACIN DE PROPAGACIN 543.2.2 VARIACIN CON LA FRECUENCIA 58

3.3 COBERTURA DE TNELES 583.3.1 MODELOS DE PROPAGACIN EN TNELES PARA TRANSMISIN

CON ANTENAS 593.3.1.1 De trazado de rayos 603.3.1.2 De anlisis modal 6033.13 Empricos 6033.2 PROPAGACIN EN TNELES UTLIZANDO CABLE RADIANTE 63333 SELECCIN DEL MTODO DE PROPAGACIN 63

3.4 RECEPCIN: DIVERSIDAD Y SOFT HANDOFF 643.4.1 DIVERSIDAD Y RECEPTOR RAKE 643.4.2 SOFT HANDOFF 65

3.5 RESUMEN 69

CAPITULO 4DISEO DE LA COBERTURA MEDIANTE CABLERADIANTE4.1 CARACTERSTICAS FSICAS DE LOS TNELES DE SAN

JUAN 714.2 DISEO DEL SISTEMA RADIANTE 734.2.1 LA ARQUITECTURA DEL SISTEMA 744.2.2 PARMETROS DEL CABLE RADIANTE 754.2.2.1 Seleccin del Tipo de Cable Radiax 764.2.3 DISPOSITIVOS ADICIONALES DEL SISTEMA 774.2.3.1 Tipos de Antenas 774.2.3.2 Seleccin de la Antena 804.2.3.3 Tipos de Cable Coaxial 81

4.2.3.4 Seleccin del Cable Coaxial 84

4.2.3.5 Tipos de Amplificadores 854.2.3.6 Seleccin del Amplificador 884.2.3.7 Conectores 894.2.3.8 Splitters [ 904.2.3.9 Cargas Terminales 914.2.4 MARGEN DE OPERACIN 914.2.4.1 Diagrama de Bloques del Diseo 924.2.4.2 Clculo del Diseo 934.2.4.3 Fotos Panormicas del Sistema 94

4.2.5 LA ORIENTACIN DEL CABLE 984.2.6 LOS EFECTOS DEL TNEL EN EL DISEO 994.2.7 CONSIDERACIONES DE LA RADIACIN SOBRE LA SALUD 99

4.3 COMENTARIOS Y CONCLUSIONES 102

CAPITULO 5FACTIBILIDAD ECONMICA DEL PROYECTO5.1 DETERMINACIN DE LA EACTIBILIDAD ECONMICA

DEL PROYECTO 1065.1.1 COSTOS DE INVERSIN DEL PROYECTO 1065.1.2 ANLISIS ECONMICO 107

5.2 CONCLUSIONES 115

CAPITULO 6CONCLUSIONES Y RECOMEDACIONES6.1 CONCLUSIONES 1176.1.1 CONCLUSIONES TCNICAS 1176.1.2 CONCLUSIONES ECONMICAS 120

6.2 RECOMENDACIONES 1216.2.1 RECOMENDACIONES TCNICAS 1216.2.2 RECOMENDACIONES ECONMICAS 1226.2.3 RECOMENDACIN DE MERCADO 122

BIBLIOGRAFAANEXOSANEXO 1: ELEMENTOS DEL SISTEMA.ANEXO 2: PLANES TARIFARIOS DE MOVISTAR.ANEXO 3: PROFORMAS.ANEXO 4: REGLAMENTO DE PROTECCIN DE EMISIONES DE

RADIACIN NO IONIZANTE GENERADAS POR EL USO DEFRECUENCIAS DEL ESPECTRO RABIOELCTRICO.

RESUMEN

E! presente proyecto nvestigativo tiene por objeto disear un sistema radianteque ofrezca cobertura celular CDMA 2000-1 x a travs de los Tneles de SanJuan en la ciudad de Quito utilizando un cable radiante que por sufuncionamiento y capacidad es una excelente alternativa ya que proporcionadiversos servicios de telecomunicaciones.

En el primer captulo se hace una pequea resea histrica de los principalesestndares de telefona celular usados en Amrica, as como tambin unabreve comparacin entre ellos, para finalizar se realiza una introduccin a losconceptos bsicos de la tecnologa CDMA 2000-1 x.

En el segundo captulo se analizan las generalidades del cable radiante, laspartes constitutivas, sus aplicaciones, los diferentes tipos de cables radiantesque existen en el mercado as como sus caractersticas mecnicas y elctricas,para finalmente seleccionar el mejor que satisfaga las necesidades del sistemaradiante diseado.

En el tercer captulo se realiza un anlisis de la evolucin de los modelos depropagacin en forma general, un estudio de la propagacin en lugarescerrados, considerando el caso particular de los tneles, y por ltimo seestudian los conceptos del soft handoff.

En ei cuarto captulo se disea el sistema radiante que ayuda a resolver la faltade cobertura celular en el interior de los tneles de San Juan utilizando loselementos ptimos que cubren de mejor manera los objetivos del proyecto.

En e! quinto captulo se realiza el estudio econmico del proyecto analizandoaspectos como: el Valor Actual Neto (VNAN), la Tasa Interna de Retomo (TIR),e! Perodo de Recuperacin de Capital y la Relacin Beneficio - Costo, los

mismos que son muy tiles para la determinacin de la factibilidad econmicade! proyecto.

Luego se presentan conclusiones y recomendaciones que se obtuvierondespus de haber logrado el objetivo principal del proyecto.

PRESENTACIN

Cuando se desea ofrecer cobertura radioelctrica celular en entornosespecialmente problemticos tales como tneles, estacionamientossubterrneos, minas, interiores de edificios, barcos, etc., donde no puedenaplicarse, o son de dudosa eficacia las soluciones con antenas convencionales,se utiliza un tipo especial de cable denominado cable radiante.

En los ltimos tiempos, la constante demanda por parte de los usuarios detelefona mvil de tener cobertura en todos los lugares por los cuales transitantanto en las zonas urbanas como rurales a hecho que las empresas tengan quecrear dispositivos que permitan solucionar este problema. De ah que se creuna alternativa para as comunicaciones inalmbricas en lugares cerradosicomo es el cable radiante el mismo que es la parte medular del estudio delpresente proyecto.

La comunicacin interpersona! a travs del celular, con independencia de lalocalizacin fsica de los interlocutores, por medio de fa voz o por mensajesescritos de pequea extensin (mensajes cortos), ha cautivado a todos,haciendo que los recursos fsicos que soportan estas comunicaciones se hayanquedado pequeos para la demanda provocada por los servicios de telefonamvil, debido, entre otros, a las limitaciones en el espectro radioelctrico, a lacapacidad de trfico o a la cobertura geogrfica, siendo sta ltima la razn deser del presente proyecto.

El estudio de este proyecto se justifica porque dentro de ios tneles de SanJuan no existe cobertura celular COMA 2000 1x por parte de la empresaMovistar y mediante sta tecnologa se solucionara el problema adems delograr una mayor satisfaccin por parte tanto de la empresa como de losusuarios.

CAPITULO 1TECNOLOGA CDMA 2000 Ix

El objetivo de! presente captulo es hacer una pequea resea histrica de losprincipales estndares de telefona celular usados en Amrica, as como tambinuna breve comparacin entre estndares; y por ltimo realizar una introduccin alos conceptos bsicos de la tecnologa CDMA 2000 1x.

1.1 LAS GENERACIONES DE LA TELEFONA CELULAR

1.1.1 LA PRIMERA GENERACIN 1G116JLa 1G de la telefona mvil hizo su aparicin en 1979, se caracteriz por seranalgica, y estrictamente para voz.

Algunos de los sistemas analgicos de telefona mvil terrestre de esta primerageneracin son: TACS (Total Access Comunlcatons System), AMPS (AdvancedMobile Phone Systems), NMT (Nordic Mobiie Telephony) y NTT (NipponTelegraph & Telephone).

A continuacin se presenta una explicacin breve de cada uno de los sistemasmencionados anteriormente1161:

TACS (Total Access Comunlcatons System)'. Se desarroll en Inglaterra ene ao 1985 por parte de Motorola, operando en Sa banda de 900 MHz.

AMPS (Advanced Mobife Phone Systems}: Desarrollado por SosLaboratorios Bell AT&T. Funcionaba en la banda de los 800 MHZ.

NMT (Nordic Mobile Telephony): Desarrollado por Nokia y Ericsson,funcionaba a 450 MHz. Luego apareci una segunda versin quefuncionaba a 90Q MHz.

NTT (Nippon Telegraph & Telephone): Desarrollado por la empresatelefnica japonesa.

1.1.2 LA SEGUNDA GENERACIN 2G IMLa 2G arrib en 1990 y a diferencia de a primera se caracteriz por ser digital.Los sistemas 2G utilizan protocolos de codificacin ms sofisticados y son iossistemas de telefona celular usados en la actualidad. Las tecnologaspredominantes son: D-AMPS (Digital Advanced Mobife Phone Systems), GSM(Global System for Mobile Communications), COMA (Acceso Mltiple por Divisinde Cdigo) y POC (Comunicaciones Digitales Personales).

Los protocolos empleados en los sistemas 2G soportan velocidades detransmisin ms altas para voz pero son limitados en comunicaciones de datos.Se pueden ofrecer servicios auxiliares tales como: datos, fax y SMS (Servicio deMensajes Cortos). La mayora de los protocolos de 2G ofrecen diferentes nivelesde encriptacin. En los Estados Unidos y otros pases se le conoce a 2G comoPCS (Servicios de Comunicaciones Personates).

A continuacin se presenta una explicacin breve de cada uno de los sistemasmencionados anteriormente:

D-AMPS (Digital Advanced Mobile Phone Systems): La segunda generacinde los sistemas AMPS es D-AMPS y es completamente digital. Se describeen el estndar internacional IS-54 y en su sucesor 1S-136, D-AMPS sedise con mucho cuidado para que pudiera coexistir con AMPS, a fin deque tanto los telfonos de primera generacin como los de segundapudieran "funciunar "de incinera simultnea en a misma celda. En particular,D-AMPS utiliza los mismos canales a 30. khz que AMPS y a las- mismasfrecuencias a fin de que un canal pueda ser analgico y los adyacentes,digitales.

GSM (Global System for Mobile Communications): Es utilizado casi a nivelmundial. Para una primera aproximacin, GSM es similar a D-AMPS. Enambos se utiliza la mltiplexacin por divisin de frecuencia, en el que cadadispositivo mvil transmite en una frecuencia y recibe en una frecuenciamayor (30 MHz mas arriba para D-AMPS, 55 MHZ mas arriba para GSM).Los canales en GSM son muchas .ms anchos que los. D-AMPS (200 khz

en comparacin 30 khz) y almacenan relativamente pocos usuarios (8 encomparacin -con 3), lo que ta a oovl una lasa de datos mucho msgrande por usuario que D-AMPS.

CDMA (Acceso Mltiple por Divisin de Cdigo); Es completamentediferente de D-AMPS y GSM. En lugar de dividir el rango de frecuenciaperrnftda en afganos crentos de canates estrechos. CDMA permite qaecada estacin transmita todo el tiempo a travs de todo el espectro defrecuencias.

PDC (Comunicaciones Digitales Personales): Es utilizado solamente enapon "y bsicamente es un D-AMP3 Tnutftfrcatto para compatibtdaej haciaatrs con ei sistema analgico japons de primera generacin.

1.13 LA GENERACIN 2.5G|1]Muchos de los proveedores de servicios de telecomunicaciones (carriers) seestn cambiando is redes 2.5G antes de entra? masivamente a 3G. Latecnologa 2,5G es ms rpida y ms. econmica para migrar a 3.G,

La generacin 2.5 contiene numerosas mejoras sobre 2G como: control depotencia ms sofisticado, nueva modulacin sobre el canal reverso, y mtodos de-codificacin -mejorados. -E! -resultado -es .una .Capacidad .signifcaivafnene -superior.

Entre los sistemas 2.5 G se encuentran:

GPRS (General Packet Radio Service): Este aade conmutacin depaquetes a tocios- ios niveles de ia red G'SM' (radiu, nados ce canrrrtacin,red -de transmisin, tasacin, -etc.) .agregando nuevas .entidadesfuncionales. Con GPRS 8 usuarios pueden compartir un nico time-slot queantes se asignaba a uno slo. Adems, cada usuario puede utilizar hasta 8trnre--stot luyiantfo 115 fcbps tericos.

EDQE (Enhanced Dafa^rates for GSM Evolution}: Tambin llamadoGSM384, utiliza un esquema de modulacin y codificacin alternativo.Tiene aplicacin en ambiente urbano con movimientos lentos o casi

estacionarios. Se acerca a las velocidades IMT-2000 (particularmente enexteriores), por lo que &s una buena opcin para aquellos operadores GSMque no han conseguido una Ucencia UMTS,

COMA 2000 1-x y CDMA 2000-lx EV: Son las evoluciones de COMA y se lasanalizar mas adelante.

1.1.4 LA TERCERA GENERACIN 3G[3S]La 3G se caracteriza por !a convergencia de voz y datos con acceso inalmbrico aInternet, aplicaciones' fnutirrreefs y aftas trarTsrrffSforres de datos. Las protocolosempleados en Jos sistemas 3G soportan ms altas veJocidades de transmisinenfocados para aplicaciones ms all de la voz tales como: audio (MP3), video enmovimiento, video conferencia y acceso rpido a Internet, slo por nombraralgunos.

Entre las tecnologas contendientes de la tercera generacin se encuentranCDMA 2000 y WCOMA.

TOMA 2G

EDGE

PSk o Rf+****- >*" "- *Q^y

3G

Fg. 1.1 Evolucin de 2G a 3G 12]

COMA20003XRTT384Kbps

DMA200D1XRTT128Kbps

1939 2000 2001 2002 2003

rig. 1.2 Evolucin Histrica de 2G a 3G m

1.1.5 LA CUARTA GENERACIN 4G14'La 4G es un proyecto a largo plazo que ser 50 veces ms rpido en velocidadque la tercera generacin. Se planean hacer pruebas tie este tecnologa en el2005 y se espera que se empiecen a comercializar Ja mayora de los servicios enel 2010.

1.2 QUESCDMA?[181A mediados de los 80s, algunos investigadores vieron el potencial de unatecnologa conocida corri -espectro disperso (spreac specfrim) la cual erautilizada para aplicaciones militares pero que tambin podra ser usada paratelefona celular. Esta tecnologa de espectro disperso involucra la transformacinde la informacin de banda angosta en una seal de banda ancha paratransmisin, \s cus\ ser vista como una manera de aumentar lascapacidades de Jos sistemas TOMA que Jimian eJ nmero de usuarios al nmerode ranuras de tiempo.

Espectro disperso es una tecnologa de banda ancha desarrollada por losmilitares estadounidenses que provee conruriicaciories seguras y confiables. Latecnologa de espectro disperso est diseada para intercambiar eficiencia enancho de banda por contabilidad, integridad y segundad. Es decir, ms ancho de

banda es consumido con respecto al caso de la transmisin en banda angosta,p'ero'e 1Jtrueque"~anchO"de-banda/potencia"produce una seal que-3 en efe-cto.ms robusta ante el ruido y, as, ms fcil de detectar por el receptar qjae coaace.los parmetros (cdigo) de a seal original transmitida. Si el receptor no estsintonizado a la frecuencia correcta o no conoce el cdigo empleado, una sealde espectro disperso se detectara so como ruido de tonda. Debido a estas.caractersticas de la tecnologa .de espectro disperso, .la .interferencia entre laseal procesada y otras seales no esenciales o ajenas al sistema decomunicacin es reducida.

A! asignar diferentes cdigos nicos a los usuarios, es posible un sistema deacceso mltiple, A este mtodo de acceso mtrpte se e conoce como CDMA. Las-limitaciaoes -de ehso de frecuencia uisas en .FDMA y TOMA ya no son -tancrticas en CDMA, ya que mltiples terminales mviles y radio bases puedenocupar las mismas frecuencias a la vez. Es obvio entonces que la capacidad en"aslanos en CDMA se incrementa bastante con respecto a las otras dos tcnicasde acceso mltiple.

Para telefona celular, CDMA es una tcnica de acceso mltiple especificada poria T!A (Asociacin de Industrias de Telecomunicaciones) como 18-95. En marzode 1992, la TJA estableci el subcornii TR45.5 con la finalidad de desarrollar -unestndar de telefona celular digital con espectro disperso. En julio de 1993, laTA aprob el estndar CDMA IS-95.

Hoy en da existen muchas variantes, pero el CDMA original se conoce comoCDMA One bajo una marca registrada de Qacomm. CDMA se caracteriza por sualta capacidad y celdas de -radio pequeo, que .emplea .espectro disperso y unesquema de codificacin especial y, lo mejor de todo, es muy eficiente enpotencia.

Algunas caractersticas sobresalientes de su arquitectura son:

Utiliza una portadora de 1.25 MHz.

Utiliza un algoritmo para !a generacin de cdigos de ruidoseudoaleatorio amaco Cdigo Wash, ei cual penriite que en cadabloque, de, 1,25 MHz. pueda haber hasta 64 cdigos, diferentes...

Las estaciones base de CDMA controlan la capacidad de lasestaciones mviles para reducir el riesgo de interferencia. Todas lasseales mvies- deben negar a la misma intensidad para que as.seales -puedan ser^ptopjmente codificadas.

Hand-off. El proceso de hand-off ocurre en cualquier sistema celularcuando la seal de una llamada cambia de la cobertura de unaantena a la cobertura de otra mientras el dispositivo mvii se mueve.En el proceso de /land-ofTde CDMA, conocido tambin como softhand-off, mientras el dispositivo celular se mueve de una celda aotra, la seal que recibe puede ser de dos o ms antenas celularessimultneamente. Este proceso permite a! dispositivo escoger laseal de Ja antena q.ue ms Je convenga, induso puede combinarlas seales que recibe para facilitar la transicin mientras se muevede una celda a otra. Proporciona mayor seguridad debido a lacodificacin de las se-aies.

1.3 CDMA2000: ACCESO MULTIMEDIA DE ALTA VELOCIDAD [18J

13.1 CDMA 2000

CDMA 2000 es un sistema de banda ancha que perfecciona el actual estndar-mvil digital xe segunda generacin CDMA One (1S-S5 CDMA). Permite a usuarioobtener mayores velocidades de transmisin de datos.

Es una tecnologa de interfaz de radio de banda ancha compatible con IMT-2000que podr utilizarse en todo e\e americano, China, Rusia y la regin deAsia-Pacfico, reas que poseen en este momento redes COMA One.

Todos los estndares de 3G tienen un importante mercado potencial, ya que secomplementan entre s y estn dirigidos hacia mercados diferentes:

WCDMA lo emplearn sobre todo aquellos operadores del espectro de 2GHz, especialmente en los mercados en donde el GSM ha sido la primeratecnologa implantada.

CDMA 2000 ser de utilidad principalmente a los operadores CDMA Oneya existentes dentro de las bandas de 800 y 1900 MHz.

En cambio, EDGE atender primordiaimene tas necesidades de losactuales operadores TOMA en las bandas de 800, 900 y 1900 MHz.

Segn datos proporcionados por el CDG, en ia actualidad CDMA tiene ms de210 millones de usuarios en todo el mundo.

1.3.2 EVOLUCIN DE CDMA 2000Desde el punto de la interfaz radio, CDMA One evoluciona hacia 3G en unestndar llamado CDMA 2000. CDMA 2000 viene en dos fases: 1x y 3X, sobreportadoras de 1,25 MHz y 3,75 MHz (3 x 1,25 MHz), respectivamente. Lossistemas CDMA 2000 pueden operar en las siguientes bandas: 450 MHz, 800MHz, 1700 MHz, 1800 MHz, 1900 MHz, y 2100 MHz.

La industria se ha concentrado en potenciar an ms las capacidades de CDMA1x-RTT, normalizando los sistemas HDR (High Data Rate) ms que desarrollando3X-RTT por razones de reutilizacin de espectro, eliminando de esa manera Japrincipal restriccin para la evolucin hacia 3G, tanto para los operadores CDMAOne como para los TDMA/IS-136.

El HDR comprende el 1x EV-DO propuesto por el fabricante Qualcomm paradatos en paquetes (acceso a Internet) y el 1x EV-DV propuesto por Motorola (enfase de desarrollo), que incluye el servicio de voz en paquetes.

CDMA 2000 incluye numerosas mejoras sobre lS-95, incluyendo control depotencia ms sofisticado, nueva modulacin sobre el canal reverso, y mtodos decodificacin mejorados. E! resultado es una capacidad significativamente superior.

Desde el punto de vista del ncleo de red, COMA One evoluciona hacia unaarquitectura bssata romptelarnente -en 1P, usando -el -estndar tiei ETF -{InternetEngineering Jask Forc) denominado P Mvil La evolucin del ncleo de redCOMA One se inicia con la introduccin de un ncleo de red de paquetes que seacapaz de entregar servicios usando protocolos IP extremo a extremo.

GpfcnfeiBc, muy afas vefcddades ce

Facete de difcs hesfe ^lttpa* csi una seta po&cbft

. ho;to 3.09 Vbss

Va Vas Dspficicin do b OEBcdo

10

Forward UnK

11 MHz

I2 MHz 5MHz

Ftg. 1.4 Espectro de COMA 2000 [IB]

Las caractersticas disponibles con 1xRTT representan un incremento doble, tantoen la capacidad para* voz comer en cf" irerrrpcT ce operacin1 CT espera; ss cornouna capacidad de datos de ms de 300 kbps y -servicios .avanzados de datos enpaquetes. Adicional mente extiende considerablemente [a duracin de la batera ycontiene una tecnologa mejorada en el modo inactivo. Se ofrecern todas estascapacidades BTI "on -canal existente -de 1 .25 -vt-fz de CDfVA

1.3.2.2 cdma 2000 Ix-EVBasado en el estndar 1x, el sistema Ix-rV mejrala velocidad de procesamientode datos, obteniendo- veleidades mximas de- 2 Mbps, sin er>er que utilizar msde 1,25 MHz del espectro. Los requisitos para los operadores recin establecidoscon respecto a 1x-EV establecen dos fases:

Fase 1 (1xEV-DO): En la primera es necesario obtener una velocidad deprocesamiert tie daos tte hasta 2 fv1bp5 para "lograr una transmisin dedatos eficaz y con. mximo aprovechamiento.Fase 2 (1xEV-DV); La fase 2 se centra en las funciones de datos y de vozen tiempo real, as como en la mejora del funcionamiento para mayoreficiencia en voz y en ciatos.

11

1.3.23 cdma2000 3xCTMA 2DO "3x, elemento "integrante del estndar original cdma2DO, permiteaumentar a capacidad por encima de 1x y obtener velocidades de transmisin- dedatos de hasta 2 Mbps con un sistema multiportadora.La denominacin 3x procede del trmino tcnico SxRTT, que hace referencia al

uso de tres portadoras de 1,25 MHz en un sistema multiportadora para prestarservicios de banda ancha de 3G.

133 FLEXIBILIDAD DE LA TECNOLOGA CDMA2000El CDMA2000 1xfue diseado con la filosofa de independencia de espectro que

le capacita para evolucionar los sistemas actuales en bandas existentes1 defrecuencia celular de PGS y de NMT, para proporcionar servicios inalmbricos detercera generacin. Los sistemas CDMA 2000 pueden operarse en las siguientesbandas: 450 MHz, 800 MHz, 1700 MHz, 1800 MHz, 1900 MHz, y 2100 MHz.

Los operadores de sistemas CDMA One tendrn la posibilidad de modificar sussistemas existentes con modificaciones mnimas tanto a la estacin de base(mejoras de software y de "channel card" (tarjeta de cana!}) como a los terminales.Para obtener velocidades de transmisin de 2 Mbps y proveer comunicaciones dedatos a ciertas reas de servicio, los operadores pueden instalar un "server"(servidor) y una "trcutt rard" (tarjeta -de -drcurto) y uria at^ uafizacin de softwareen las estaciones de base.

cdmaOne CDMA20001

Nuevo softwareen.BSCNuevas tarjetas decanal en lasestaciones de base

Instalar servidorTrjela de circuitopara las estacionesde baseActualizacin delsoftware para lasestaciones de base

Fig. 1.5 Actualizacin de CDMA One a CDMA 2000 I15]

BEBOP

BEBOP

12

1.4 TERMINALES CDMA2000.L19JMs de 440 terminales COMA 2000 1x y de 48 terminales CDMA2000 1xEV-DOse encuentran actualmente disponibles, producidos por fabricantes lderes comoAudiovox, Ericsson, CURITEL, Kyocera, LG, Motorola, Nokia, Samsung, Sanyo ySK TeleTech. Junto a los telfonos, tambin han sido lanzados al mercadomdems inalmbricos por parte de AnyDATA, GTRAN, Novatel Wireless, SierraWireless Wavecom y otros.

Fig. 1.6 Dispositivos COMA 2000 lltj

13

1.5 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE CDMA 2000 l2'A continuacin se presentan las ventajas y desventajas de la tecnologa CDMA

1.5.1 VENTAJAS DE CDMA 2000

Hay muchas razones por las que CDMA 2000 es !a tecnologa elegida para laprxima generacin de productos y servicios ue cTTtn'c~ac'ofies uiyaa'iesinalmbricas:

Excepcional calidad de voz y de llamadas: La tecnologa CDMA filtra e!ru'uo ue fonco, a: diafarra y a interferencia, ce mocio que se puededisfrutar una mayor claridad de voz, privacidad y mejor calidad dellamadas.

Mayor cobertura a menor costo: La seal de espectro expandido CDMAproporciona la mayor cobertura de a industria inalmbrica, permfentoconstruir redes que tengan menor nmero de radio bases que otrastecnologas celulares. Una menor cantidad de radio bases significa reducirlos gastos .operativos, con ahorros resultantes tanto para operadores comoclientes.

Datos en paquetes: Las redes CDMA se construyen con protocolos dedatos en paquetes IP estndar. Otras redes requieren costosas mejoraspara agregar nuevos equipos de datos en paquetes a las mismas ynecesitan asimismo TVUBVOS telfonos para datos en paquetes. Lostelfonos CDMA One estndar ya tienen incorporados, los. protocolos.TCP/IPy PPP.

Ms tiempo de conversacin, mayor duracin de la batera y telfonosms pequeos: Gracias a CDMA, se puede dejar e telfono encendido.La tecnoJoga CDMA usa eJ control de poie c^ia para mQAicrear Ja -cantidadde energa que su sistema y su aparato telefnico necesitan en todomomento. Los telfonos CDMA normalmente transmiten a los menoresnivees de potencia de a industria, aumentando ia vida de la batera y

14

logrando, por consiguiente, tiempos de conversacin y de espera mspraongados. Los e!fonos CDfolA pueden incorporar tambin bateras mspequeas, resultando as telfonos ms pequeos y livianos. Ms fcilesde llevar. Ms fciles de usar.Menos llamadas perdidas: El mtodo CDMA patentado de soft hand-off,consiste en el pasaje de llamadas entre clulas, reduce abruptamente e!riesgo de interrupcin o prdida de llamadas durante el traspaso. Eiproceso de traspaso lgico origina menos flamadas perdidas, puesto que 2 3 clulas estn monitoreando su llamada en todo momento.Mayor seguridad y privacidad: Adems de filtrar el cruce de llamadas yruidos de fondo, las transmisiones de espectro amplio y codificadasdigitalmente de CDMA son intrnsecamente resistentes a la intrusin. Lacodificacin de voz de CDMA tambin evita el "cloning" y otros tipos defraude.Mayor capacidad: La tecnologa CDMA permite que un mayor nmero deabonados comparta las mismas frecuencias de radio, ayudando a losproveedores de servicios a aumentar su rentabilidad. CDMA usa latecnologa de espectro expandido, que puece proporcionar hasta 10-20veces la capacidad de Jos equipos analgicos y ms de 3 veces lacapacidad de otras plataformas digitales. Con telfonos de modo dual, latecnologa CDMA es compatible con otras tecnologas para lograr unacobertura de servicio a usuarios itinerantes -sin discontinuidades.Reduccin del ruido de fondo y la interferencia: La tecnologa CDMAcombina mltiples seales y mejora la intensidad de sea!. Esto permite lacasi total eliminacin de la interferencia y el desvanecimiento. Tanto elruido elctrico de fondo (ruido de computadora) como e\o de fondoacstico (conversaciones de fondo) se filtran usando un ancho de bandaangosto que corresponde a la frecuencia de la voz humana. De esta forma,el ruido de fondo se mantiene fuera de sus conversaciones.Rpido desarroo: Los sistemas CDMA se pueden poner en servicio yampliar en forma ms rpida y econmica que la mayora de las redescableadas. Adems, dado que requieren menos instalaciones celulares, las

15

redes CDMA pueden ponerse en servicio ms rpidamente que os otrostipos de redes inalmbricas.

Avances continuos: La tecnologa CDMA permite a los usuarios accedera una amplia gama de nuevos servicios, incluidos la identificacin dellamadas, los servicios de mensajera breve y las conexiones a Internet.Las amadas de voz y datos simultneas son tambin posibles con !atecnologa CDMA,

Avances tecnolgicos continuos: La tecnologa CDMA de tercerageneracin es tambin la norma para la industria inalmbrica.Esta norma funciona en tres modos multiportadora, expansin directa ydplex por divisin de tiempo y opera con las redes ANSI-41 y GSM-MAP. Con CDMA como norma nica de la industria, las compaas detelecomunicaciones de todo el mundo se benefician con una mayorseleccin de equipos, precios ms bajos y ra capacidad de poner errmarcha equipos y servicios ms rpido que antes. Los productos de laprxima generacin se pueden beneficiar con las curvas de costos de losproductos actuales, obtenindose como resultado menores costos tantopara operadores corno clientes.

1.5.2 DESVENTAJAS DE CDMA 2000Las caractersticas favorables no pueden ser alcanzadas sin costo, algunas de lasdesventajas de Sa tecnologa CDMA 2000 son:

El requerimiento de un control de potencia efectivo para prevenir lainterferencia de usuarios con niveles de potencia altos de radio basescercanas. Estudios realizados indican que si es posible elaborar un sistemade control de potencia adecuado, pero a un costo elevado.

La codificacin y decodificacin de mensajes es bastante compleja si sequiere aprovechar todas las ventajas disponibles de diversidad defrecuencia.

La tcnica de localizacin vehicular, no es muy precisa, para esquemas deceldas grandes.

16

La deteccin completamente coherente no es posible en medios conatenuaciones rpidas.El sistema de espectro expandido no parece ser atractivo cuando se usanesquemas de celdas grandes, desde el punto de vista de la relacin costo-eficiencia. Sin embargo las ventajas operacionales mencionadas podranser aplicadas en este caso.Un factor que afecta a la cobertura de los sistemas CDMA, es la tendenciade las celdas a contraerse y expandirse de acuerdo al nmero de usuariosque accedan a la celda, este fenmeno es llamado "Efecto Respiracin".Mientras ms usuarios se encuentren dentro de una celda mayor ser elruido de radiofrecuencia. Al aumentar el ruido se incrementa la prdida deenlaces (las especificaciones CDMA recomiendan 3dB para la prdida oenlaces) a tal punto que el rea de cobertura de la celda se reducedramticamente, como se indica en la siguiente figura. El efecto neto es elincremento del nmero de celdas de las que especficamente se requieren.

Pocos Usuario; Muchos Usuarios

Efecto Respiracin

Leyenda

A. Radio Base* Usuarios MvilesG Cobertura Sin Cobertura

Fig. 1.7 Efecto Respiracin

17

CAPITULO 2

ESTUDIO DE CABLES RADIANTES

En este captulo se analizarn las generalidades del cable radiante, sus partesconstitutivas y sus aplicaciones.Tambin se conocern los diferentes tipos de cables radiantes que existen en elmercado, as como las caractersticas mecnicas y elctricas de cada uno parafinalmente proceder a la seleccin del mejor cable que satisfaga las necesidadesdel sistema a disearse.

2.1 CABLE RADIANTE[10i

2.1.1 INTRODUCCINLa telefona celular, los servicios de trunking, paging, radios de dos vas, y otros

*ms de carcter inalmbrico son utilizados todos los das por millones deusuarios. La necesidad de poder acceder a ellos en cualquier parte es de vitalimportancia, tanto para quien requiere el servicio, como para las compaasprestadoras, que desean poder brindarlo en todo momento y lugar, con laconsiguiente mejora en la facturacin e imagen empresarial.

Figura 2.1 Aplicaciones del cable radianteI1D]

18

Las ondas de radio se propagan favorablemente en espacios abiertos, perodentro de los edificios, ne/es (presente proveci), minas, metros, V otros lugarescerrados, la penetracin de seales generadas en el exterior, y la propagacin delas mismas dentro de las estructuras se ve seriamente afectada.

Para este problema existe una solucin muy eficaz, que consiste en la extensinde la cobertura mediante antenas y cables adicionales dentro de los lugares conproblemas. La sea! se capta mediante una antena externa, se amplificaconvenientemente, y luego se distribuye hasta los lugares de inters mediantecables coaxiales o fibra ptica, para luego ser nuevamente radiada mediante otrasantenas. El mismo camino inverso sigue la seal generada por ios equiposporttiles de ios usuarios.Otra alternativa ideal para los casos en los cuales las extensiones a cubrir songrandes, como es el caso de los tneles, es el uso de cable radiante.

Este es un tipo especial de cable coaxial que conduce la energa'del mismo modoque ei convencional y al mismo tiempo permite que parte de ella escape (trabajacomo una antena) haciendo de esta manera que sea posible la comunicacin atravs de l.

2.1.2 DEFINICIN Y PARTES CONSTITUTIVASEl cable radiante es una combinacin de una lnea de transmisin y una antena.Est constituido por un cable interior slido llamado ncleo, recubierto de unaislante de esponja, la misma que est recubierta de una malla de cobre en lacual existen perforaciones, como se indica en la figura 2.2.

E! cable radiante es muy similar al cable coaxial normal en su construccin. Lamayor diferencia est en et conductor extemo del cable. Los cables coaxialesnormales utilizan un conductor externo cubierto, e cual es diseado paraminimizar la fuga de seales de radiofrecuencia. En cambio, el conductor externodel cable radiante tiene orificios y estos permiten radiar una cantidad de seal deforma controlada en ei ambiente circundante de) mismo. La cantidad de seal que

19

se propaga alrededor del cable es mnima comparada con la cantidad de sealque sigue viajando a travs del cable.

chaqueta

aislante

orificios

ncleo

Figura 2.2 Cable Radiante1101

2.1.3 DIFERENCIAS ENTRE EL CABLE RABIANTE Y UNA ANTENA lll

Una antena es un dispositivo pasivo (un arreglo de conductores elctricos) queconvierte potencia RF en campos electromagnticos o en su defecto interceptastos mismos y los convierte a energa RF, como se muestra en la figura 2.3

Antena 1 Artcno2

Figura 2.3 Radiacin de antena [17]

20

La potencia RF produce un flujo de corriente en la antena.La corriente genera una radiacin de campo electromagntico a travs delespacio libre.El campo electromagntico induce pequeas corrientes en cualquierconductor que alcance. Estas pequeas corrientes son rplicas idnticasde la corriente original en la antena de transmisin.

Campo elctrico -E

Direccin de propagacinde la seal

Campo magntico H

Figura 2.4 Campos elctricos y magnticos1171

La energa presente en el campo electromagntico se desplaza desde el punto deorigen, expandindose alrededor del mismo y debilitndose a medida que se alejadel emisor. Segn la posicin que ocupe en el espacio el conductor de la antenapor el que circule la corriente de RF, el campo elctrico creado tendr su eje endireccin vertical, horizontal o inclinada, dando lugar as a un campo polarizadoen esa direccin.

Como se indica en la figura 2.5 la energa de RF de una antena dipolo se expandehacia el espacio, pero no lo hace con igual intensidad en todas direcciones, alcontrario de una antena que presente un diagrama de radiacin perfectamenteesfrico.

Esa antena terica se denomina isotropica, que puede ser comparada con la luzde flash que usa un foco como referencia, produciendo la misma luz en todasdirecciones.

21

'".1 ff.T* ':'"-''"' .^ ?-'-~--':L~*-: "'' '' -~" "t' '" ": "" ""'''i^X'^".-"ri&'^ .tHSt^ j^ l. r^Utfla;[n^i^ -'^ A-^#'W-k--ii'---jJ"^1rV-L_ .

Figura 2.5 Comparacin de radiacin entre una antena isotrpica y una de dipolo[1?1

A diferencia del cable radiante que expande su seal con igual intensidad entodas las direcciones como se lo muestra en la figura 2.6, las antenas realesradian diferentes porcentajes de energa en diferentes direcciones.

Figura 2.6 Radiacin de un cable radiante [1DJ

2.2 TIPOS DE CABLES RADIANTESEn el mercado existen diversos tipos de cables radiantes, entre los msdestacados se tiene:

La serie RFX del fabricante Draka NK Cables (Finlandia) RADIAX del fabricante Andrew (Estados Unidos de Amrica) AIRCELL del fabricante Trilogy (Estados Unidos de Amrica) El cable radiante del fabricante Kaval (Canad) TENNA-FLEX del fabricante Cablewave Systems Divisin (Estados Unidos

de Amrica) N - TRAC del fabricante Times Microwave Systems (Estados Unidos de

Amrica) El cable radiante del fabricante ITAS (Francia)

Se va a hacer una descripcin general de 4 de los siete cables mencionadosanteriormente, ya que, ios conceptos bsicos, caractersticas elctricas ymecnicas de todos los cables radiantes que existen en el mercado tienen muchoen comn; esa pequea diferencia en sus caractersticas tcnicas no influyen enel sistema a disearse porque las condiciones de instalacin y propagacin deseal no son muy rigurosas.

2.2.1 CABLE RADIANTE REX[8]Cuando se usa un cable radiante para proveer una cobertura con seal de radiodentro de tneles, en trenes subterrneos, en el interior de edificios, en minas,etc. el cable debe ser extremadamente confiable y diseado para aguantar lasdemandas del ambiente de instalacin.

Figura 2.7 Cable RFX[8!

La constructora finlandesa Draka NK Cables ha diseado su serie de cablesradiantes RFX usando el conocimiento adquirido por la empresa en el desarrollode cables alimentadores (feeder) de antena para estaciones base de redes

celulares o mviles. Un buen ejemplo de este conocimiento es el proceso nicodel aislamiento del cable, en el que se usa nitrgeno como gas expansor. El altogrado de expansin del dielctrico de espuma d' polietileno y de las aperturasescrupulosamente maquinadas a lo largo del conductor externo garantiza unaatenuacin longitudinal mnima y una prdida de acoplamiento tambin mnima.

2.2.1.1 Caractersticas GeneralesEntre las distintas caractersticas que se pueden encontrar de esta serie de cablesse citan las ms importantes:

Atenuacin y prdida de acoplamiento bajos Cubierta disponible libre de halgeno y retardante al fuego Opcin de cable mensajero para fcil instalacin Dielctrico de polietileno formado en una atmsfera de nitrgeno amigable

al medio ambiente Capa de polietileno sobre el aislante de espuma para prevenir la entrada

de humedad.

Seccin TransversalCuWcrla to poSoiitono do ata

resisten I o n Lt nbmslnTiAo Oo cobro corrugadoPelFcula

24

humedad. Este diseo especia! del aislamiento mejora !a vida de servicio yconfvabia'ati de ios cables Tau'iantes.Hay dos tipos de conductor exterior disponibles:

El conductor de cobre corrugado soldado se usa generalmente cuando serequiere flexibilidad y una buena durabilidad mecnicaLa banda de cobre traslapada no corrugada se usa enambientales menos severas

Los cables que vayan a ser instalados en espacios cerrados deben cumplirespecificaciones estrictas de retardantes ai fuego, generacin de humo yemisiones txicas. Se. puede hacer la cubierta del cable coa materiales.retardantes de fuego y libres de halgeno, de acuerdo con los requisitos delcliente. Para mejorar an ms la capacidad retardante de fuego del cable, estdisponible la opcin de una barrera de mica especrat entre el conductor exterior yJa cubierta exterior,

2.2.1.2 Caractersticas Tcnicas del Cable Radiante RFXExiste un solo tipo de cable radiante RFX, con diferentes retardos al fuego ydistintos tamaos que se describirn ms adelante.

Tamaos:

Dimetro (pulg.)1/2"5/8"7/8"

1-1/4"

Dimetro (mm.)12,715,922,231,8

Tabla 2.1 Dimetros del cable RFX tai

25

2.2.1.2.1 Identificacin de los Cables RFXLos cables radiantes tienen un cdigo de Identificacin que Indica su tamao,capacidad de retardo al fuego e impedarrcia caracterstica.Con un ejemplo se describen las partes que tiene este cdigo.

RFX 1/2"-50 BHF

El cdigo est constituido de cuatro partes:

RFX: Indica que es un cable radiante del fabricante Draka NK Cables.

1/2": Indica el tamao del cable.

50: Indica la impedancia del cable.

BHF: Indica el retardo a la propagacin del fuego.

Niveles de Retardo de Propagacin al Fuego:

BHF: Alta resistencia de propagacin al fuego. La chaqueta es de colornegro.

GHF: Retardo a la propagacin de fuego. Tiene una baja emanacin degases txicas y humo. La chaqueta es de color verde.

SIN PREFIJO: No tiene ninguna propiedad de retardo a la propagacin delfuego. La chaqueta es de color negro.

2.2.1.2.2 Caractersticas Mecnicas y Elctricas del Cable RFXA continuacin se presentan fas caractersticas mecnicas y elctricas de iosdiferentes tipos de cabies RFX.

26

a) Caractersticas MecnicasEn la taba se muestran las principales caractersticas mecnicas de cabe RFX.

0 Conductor interiorCobre circular

0 DielctricoPoteteno ceuiar

0 Conductor exteriorTubo corrugado,

ranurado y soldado decobre

0 ChaquetaPoeileno negro o

termoplstico ubre dehalgeno

PesoRango Operativo de

Temperatura CFuerza de Traccin

MximaRadio de Curvatura

Mnimo

1/2"Aiambre0.19 in

(4.8 mm)0.48 n

(12.1 mm)

0.54 n(13.6 mm)

0.63 in(16.0 mm)

Q.25 kg/m

-55 a 80

2550 N

5 in(127 mm)

7/8"Tubo

0.35 n(9.0 mm)0.87 in

(22.2 mm)

0.98 in(24.9 mm)

1.08 in(27.5 mm)

0,56 kg/m

-55 a 30

3200 N

10in(254 mm)

1-1/4"Tubo

0.51 in(13 mm)1.27in

(32.2 mm)

1.41 in(35.6 mm)

1.54in(39.0 mm)

1 kg/m

-55 a 80a

6050 N

15 in(381 mm)

1-5/8"Tubo

0.69 n(17.5 mm)

1.65in(41.Qmrn)

1.83 in(46.5 mm)

1.97 n(50.0 mm)

1.35 kg/m

-55 a 80

3000 N

20 in(400 mm)

Tabla 2.2 Caractersticas mecnicas del cable RFX IB]

b) Caractersticas Elctricastn i3s s!yGri.ss rr-jGStran tas principales caractensucas elctricaslos diferentes tipos de cables RFX.

27

FrecuenciaMxima de

Trabajo GHzVSWR Tpico

Impedancia

Velocidad dePropagacinCapacitancia

1/2"

10

1.29

502Q

88%

75 pF/m

7/8"

5.3

1.29

502Q

88%

76 pF/m

1-1/4"

3.7

1.29

502Q

88%

76 pF/m

1-5/8"

2.8

1.29

50 20

88%

78 pF/m

Tabla 2.3 Caractersticas elctricas del cable RFX [8]

Atenuacin dB/100m

Cable1/2"7/8"

1-1/4"1-5/8"

150 MHz3.11.7

1.3

1.0

450 MHz5.41.9

2.2

1.8

900 MHz7.94,23.2

2.7

1800 MHz-t.76.2

4,9

4,4

Tabla 2.4 Atenuacin del cable RFX[8]

Prdidas de Acoplamiento a 2 m en dB

Cable1/2"7/8-"

1-1/4"1-5/8"

150 MHz69

69

69

71

450 MHz72

70

68

68

800 MHz72

70

69

75

1800 MHz76

76

75

77

Tabla 2.5 Prdidas de Acoplamiento del cable RFX [81

28

2.2.2 CABLE RADIANTE AIRCELL[9]Con los continuos avances de la tecnologa inalmbrica, los usuarios de-dispositivos porttiles inalmbricos esperan que la cobertura de radio frecuenciano se interrumpa tanto en ambientes internos como en ambientes externos,

Los cables radiantes AirCell del fabricante Trilogy permiten brindar a ios usuariosartas expectativas de tener cobertura de radio frecuencia en reas en as que sondifciles de alcanzar, por eUo este upo de -cables Joan -sido examinadoscuidadosamente para su uso dentro de construcciones y en ambientes externos.

2.2.2.1 Aplicaciones

Dentro de construccionesLos grandes edificios a menudo tienen poca cobertura de radiofrecuencia porq-u-ealgunos de ellos estn construidos con materiales que interfieren con latransmisin de seales de radio, dando como resultado lugares con pocadisponibilidad de seal. Este cable radiante provee la solucin para hacer posibleia comunicacin en estos ambientes.

En Sistemas SubterrneosLas reas subterrneas como tneles, metros, garajes, y minas, estn aisladasde cobertura. Los usuarios de telfonos celulares esperan que sus dispositivosinalmbricos puedan operar sin interrupcin mientras viajan a travs de estasreas.

El diseo del cable permite que exista una transparente y continua comunicacin,ofreciendo una combinacin de flexibilidad fuerza y caractersticas elctricassuperiores.

Llegando a ser ei producto de eieccin de varios usuarios por proveer solucionesde cobertura !s siguientes reas:

29

Metros Tneles Hospitales Estadios Minas Prisiones Garajes o estacionamientos

2.2.2.2 Funcionamiento y Partes ConstitutivasEl cable radiante ArCell acta tanto como una lnea de transmisin y como unaantena, proporcionando una seal uniforme y potente en reas de propagacinrestringidas.Posee dos orificios en el conductor exterior que permiten acopiar las seales deRF a los dispositivos inalmbricos como por ejemplo telfonos celulares el cable.Recprocamente, ias seales de radio son emitidas hacia el exterior por el cable yrecibidas por e! telfono.

Debido a la capacidad del ancho de banda del Aircell, un solo cable radiantepuede proveer cobertura ar travs- de rrTrtrpes- bandas- ere ftecaerrcfasimultneamente lo cual los hace muy tiles, ya que se los utiliza en los sistemasde comunicacin de una y dos vas, AirCell est disponible en dimetros de 1/2",5/8", 7/8", 1-1/4" y 1-5/8". Todos los anteriores estn disponibles en 50 y 75Ohmios.

En la Figura 2.5 se pueden observar las partes constitutivas del cable radianteAircell.

30

Conductor CentralEl conductor central del cable puedeestar construido en cobre puro otambin esta formado por unaaleacin de aluminio (10%) y cobre

Conductor AdhesivoEl conductor central esta acompaado de un tipode conductor adhesivo para asegurar que osdiscos dielctricos estn unidos al conductorcentra!, o cual previene que exista humedad en elconductor central. Adems, el adhesivo puedequitarse fcilmente para que la instalacin delconectar con el cable sea fcil y rpida.

Discos DielctricosLos discos dielctricos estn regularmenteespaciados para minimizar la atenuacin.

Tubo dielctricoEl tubo y el disco dielctrico estn juntos formandocmaras hermticamente selladas queproporcionan una barrera a la penetracin delagua. Puesto que este tipo de estructura dielctricacontiene un porcentaje alto de aire, la atenuacindel cable es la ms baja del mercado.

Adhesivo del Tubo DielctricoEst compuesto de un polmero propietario queesta sobre el tubo dielctrico. E! adhesivo junta altubo dielctrico interior con el conductor externo dealuminio, resultando en una estructura fuerte ydurable.

Conductor Exterior de aluminioEl conductor exterior es de alta calidad elctrica. Lasaberturas longitudinales duales proporcionan unaprdida de acoplamiento ptima y baja atenuacinoara aseaurar unas comunicaciones excelentes.

ChaquetaEsta chaqueta proporciona la fuerza y durabilidadpara soportar las condiciones ms exigentes. Laschaquetas retardantes al fuego son optativas yestn disponibles para cumplir con las condicionesambientales ms duras.

Figura 2.9 Partes constitutivas [9]

31

2.2.2.3 Ventajas del cable radiante AirCellEl cable radiante Aircll brinda "las siguientes ventajas;

La capacidad de multbandaPosee la capacidad de muftibanda io cuai permite que simultnearnente se puedatransmitir y recibir seales, permitindose el servicio de paging y una confiablecobertura de los sistemas celulares a travs de un solo cable el cual acta comouna antena de distribucin multibanda. Este cable cubre todas las bandas decomunicacin to que permite no especificarla frecuencia de operacin.

Baja atenuacin y prdida ptima de acoplamientoEl diseo patentado aire-dielctrico y el 91% de la velocidad de propagacin enJos cables radiantes AirCell proveen una prdida de acoplamiento ptima y Jaatenuacin ms baja disponible en a actualidad. Esto significa una cobertura deradio continua para grandes distancias sobre un gran rango de frecuencias.

Bajo VSWREl diseo nico y el proceso preciso de manufacturacin de los cables radiantesAiree!! permiten a Trilogy ofrecer el ms bajo performance de VSWR en iaindustria.

Durabilidad superiorLos cables radiantes AirCeH son longitudinalmente fuertes, resistentes a lacompresin, y flexibles. Esta construccin asegura que las instalaciones estnubres de problemas y la vida til de las mismas se alargue.

32

Niveles de retardo a! fuegoE! cable estndar usa una chaqueta de poliefeno y es utilizado cuando el cableva a ser instalado en lugares donde las propiedades de retardo a! fuego no sonrequeridas. Para requerimientos de retardo al fuego, el cable radiante Aircell estadisponible con una chaqueta de retardo al fuego y materiales Ubres de halgeno.

Facilidad de conexinEl cable radiante AirCell es^el ms rpido para las conexiones en la industria.Utilizando el kit de herramientas, instalar los conectores al cable radiante esbastante fcil y se 16 hace en menos de dos minutos. Adems la conexin norequiere de soldadura ni de remover !a espuma de! conductor central.Juntos, 1os cables de TriDgy y 1os conectares son una pareja insuperable lo quepermite un alto performance en el sistema,

Facilidad de instalacinEs simple de usar y fcil de instalar. El diseo totalmente garantizado del cableAJrCell ofrece una excelente flexibilidad, hacindolo muy apropiado para trabajaren espacios curvos donde es necesario doblar el cable.

2.2.2.4 Caractersticas Tcnicas del Cable Radiante AircellExiste un slo tipo de cable radiante Aircell, con diferentes retardos al fuego,distintos tamaos y con impedancias de 50 y 75 ohmios que se- describirn msadelante.

Tamaos:

Dimetro (pulg.)1/2"5/8"7/8"

1-1/4"1-5/8"

Dimetro (mm.)12,715,922,231,841,3

Tabla 2.6 Dimetros del cable AtrcetP'

V2.2.2.4.1 Identificacin de los CablesAirce.ilLos cables radiantes tienen un cdigo de identificacin que indica su tamao,capacidad de retardo a! fuego -e irnpedarvcra cara-ct-erstlca.Con un ejemplo se describen las partes que tiene este cdigo.

AR012J50

El cdigo est constituido de cuatro partes;

AR: Indica que es un cable radiante del fabricante Trilogy.

012: Indica el tamao del cable.

J: Indica el retardo a la propagacin del fuego.

50: Indica la impedancia del cable.

Tamao de! Cable:

012: 1/2"

058: 5/8"

078: 7/8"

114: 1-1/4"

158: 1-5/8"

34

Niveles de Retardo de Propagacin al Fuego:

J: No tiene ninguna propiedad de retardo a la propagacin delfuego. La chaqueta es de potietileno y de coor negro.

D: No posee retardo al fuego. Posee una chaqueta negra doble de coiornegro.

F: Posee retardo al fuego y la chaqueta es no halogenada

Impedancia del Cable:

50: 50 ohmios

75: 75 ohmios

2.2.2.4.2 Caractersticas Mecnicas y Elctricas del Cable Airce.ll

A continuacin se presentan las diferentes caractersticas mecnicas y efctncasde ios diferentes tipos de cabfes Aircel! de 50 y 75 ohmios.

a) Cara cte rsti cas IV! ecnjI cas

En la tabla se muestran las principales caractersticas mecnicas del cable Aircel:

35

a.1) 50 ohmios

0 Conductor Interiorin (mm)

0 Dielctricon {mm)

0 Conductor Exteriorin (mm)

0 Chaquetain (mm)

Peso kg/km

Rango Operativo deTemperatura C

Radio de CurvaturaMnimo in (mm)

Fuerza de TraccinMxima kg

1/2"

0.188(4.78)

0.470(11.94)

0.510(12.95)

0.590(14.99)

189

-40 a 77

6(152)

211

5/8"

0.283(7.19)

0.712(18.08)

0.7SQ(19.30)

0.840(21 .34)

375

-40a 77

8(203)

417

7"

0.383(9.73)

0.968(24.58)

1.012(25.70)

1.092(27.73)

445

-40 a 77

10(254)

333.6

-4 -*/,*!(I- 1-

0.590(14.98)

1.480(37.59)

1.524(38.71)

1.604(40.74)

840

-40 a 77

15(381)

511

.. f,n,,1 -U (J

0.728(18.49)

1.871(47.52)

1.888(47.96)

1.978(50.24)

1004

-40 a 77

20(508)

680

Tabla 2.7 Caractersticas mecnicas del cable Aircell de 50 ohmios[9)

a.2) 75 ohmios

0 Conductor Interior in (mm)

0 Dielctrico in (mm)

0 Conductor Exterior in (mm)

0 Chaqueta in (mm)

Peso kg/kmRango Operativo de Temperatura C

Fuerza de Traccin Mxima kg

Radio de Curvatura Mnimo in (mm)

1/2"0.123(3.12)0.470

(11.94)0.510

(12.95)0.590

(14.99)156

-40 a 772116

(152)

5/8"0.185(4.70)0.712

(18.08)0.760

(19.30)0.840

(21 .34)302

-40 a 774178

(203)

7/8"0.248(6.30)0.961

(24.41)1.015

(25.78)1.095

(27.81)464

-40 a 7763513

(330)

Tabla 2.8 Caractersticas mecnicas del cable Aircell de 75 ohmios 19]

36

b) Caractersticas Elctricas

En las siguientes tablas se muestran las principales caractersticas elctricas deios diferentes tipos de cables Aircell:

b.1) 50 ohmios

Frecuencia MximaGHz

VSRW TpicoImpedancia

ohmiosVelocidad dePropagacin

Capacitancia pF/m

1/2"

11

1.3

50

91%

73.16

5/8"

7

1.3

50

91%

73.16

7/8"

5

1.3

50

91%

73.16

1-1/4"

3.4

1.3

50

91%

73.16

1-5/8"

3

1.3

50

91%

73.16

Tabla 2.9 Caractersticas elctricas del cable Aircelj de 50 ohmios [91

Atenuacin dB/100 m

150MHz450 MHz894 MHz

1000 MHz1700 MHz

1/2"3.876,599.029.5112.4

5/8"2.174.045.976.369.02

7/8"1.422.754.274.606.60

1-1 /4'10.97 '1.913.023.264.35

1-5/8"0.981.822.592.733.97

Tabla 2.10 Atenuacin del cable Aircell de 50 ohmios[9!

Prdidas de Acoplamiento a 2 m en dB

37

150 MHz450 MHz894 MHz1000 MHz1700 MHz

1/2"

67

63

68

69

72

5/8"

67

63

67

68

73

7/8"

67

68

70

70

71

1-1/4"

65

67

69

69

70

1-5/8"

65

67

69

69

70

Tabla 2.11 Prdidas de Acoplamiento del cable Aircell de 50 ohmios [9]

b.2) 75 ohmios

Frecuencia Mxima, GHzVSRW Tpico

Impedancia, ohmiosVelocidad de Propagacin

Capacitancia, pF/m

1/2"12

1.3

75

91%

48.9

5/8"8

1.3

75

91%

48.9

7/8"6

1.3

75

91%

48.9

Tabla 2.12 Caractersticas elctricas del cable Aircel! de 75 ohmios'

Atenuacin dB/100m

150 MHz450 MHz894 MHz1000 MHz1700 MHz

1/2"

3.355.918.469.0611.7

5/8"

2.364.135.846.238.10

7/8"

1.773.184.834.99

6.50

Tabla 2.13 Atenuacin del cable Aircel! de 75 ohmios19]

38

Prdidas de Acoplamiento a 2 m en dB

150 MHz450 MHz

894 MHz

1000 MHz

1700 MHz

1/2"

65

66

63

71

75

5/8"

66

64

66

71

75

7/8"

65

63

65

67

67

Tabla 2.14 Prdidas de Acoplamiento del cable Aircel! de 75 ohmios[9]

2.23 CABLE RADIANTE RADIAX [1!El cable RADIAX de Andrew resuelve los problemas de comunicacionesinalmbricas dentro en ambientes interiores, como minas, tneles, subsuelos,metros, etc.Opera dentro de las bandas de frecuencia desde los 500 MHZ hasta los 2400Mhz.

2.2.3.1 Tipos de Cables RADIAXAndrew posee en el mercado 4 tipos de cables radiantes de acuerdo a susaplicaciones y a las necesidades del cliente.A continuacin se describen Jos tipos de cables RADIAX:

Cable Radiante RCT (modo radiado)Cabe Radiante RXL (modo acoplado)Cable Radiante RXPCable Radiante RDXF

39

2.2.3. U Cable Radiante RCT (modo radiado)Este tipo de cable est diseado para trabajar en sistemas haif y ful dplex. Esthecho de una lmina que recubre el conductor exterior sobre una espuma de bajadensidad la cual recubre al conductor interior. El cable tiene ranuras en elconductor exterior, lo que permite tener bandas de frecuencia especficas para laoperacin del cable.

v ^Figura 2.10 Cable Radiante RCT1D]

Aplicaciones:Est diseado para aplicaciones especficas, donde determinados anchos debanda son requeridos para todo el sistema. Est idealmente preestablecido parasistemas que operan en una y dos bandas de frecuencia las mismas que son:

Sistemas de una o varias bandas Tneles y Edificios Exteriores TETRA, Celular, GSM, PCN, PCS, UMTS Datos de alta velocidad Espectro Expandido.

2.23.1.2 Cable Radiante RXL (modo acoplado)Basado en la familia del cable coaxial Heliax, el cable RADIAX de modo acopladoesta hecho de un material arrugado que esta soldado al conductor exterior decobre sobre una espuma de baja densidad la cual recubre al conductor interior.Los agujeros que se encuentran en la parte arrugada del conductor exteriorproducen la radiacin del cable. El cable de la serie RXL esta diseado para

40

aplicaciones que requieren mltiples bandas de radio frecuencia. Esta disenadopara trabajar con bandas de frecuencia desde 50 MHz hasta 2.4 GHz.

Figura 2.11 Cable Radiante RXL[1D]

Aplicaciones: Sistemas multibanda Tneles Edificios Exteriores

2.2.3.1.3 Cable Radiante RXPBasado en la familia del cable coaxial Heliax, el cable Plenum de RADIAX esthecho de un material arrugado el cual est soldado al conductor exterior conorificios a travs de los cuales el cable radia al exterior. Para pasar las pruebasestrictas de! tnel de Steiner (UL 910), se requiere de materiales de altatemperaturas llamados Polmeros Fluor-Etlenos (FEPs). Para reducir costos loscables Plenum de Andrew utilizan un FEP tubular para soportar al conductorexterior sobre el interior. Esto mejora el desenvolvimiento elctrico y minimiza eluso de materiales hechos de CFC durante la manufacturacin. Est diseadoespecficamente para aplicaciones en interiores donde se deben utilizar cablesretardantes al fuego.

Figura 2.12 Cable Radiante RXP [10]

41

2.2.3.1.4 Cable Radiante RDXFEsta nueva serie de cable RADIAX esta diseada especficamente para interioresde construcciones para reducir el costo de instalacin. El cable contiene unconductor laminado de cobre unido a una espuma dielctrica de baja densidad. Laserie RDXF utiliza en su exterior un adhesivo que se adhiere a las paredes ydems superficies, lo que le permite ser instalado en cielos falsos u otras reasvisibles. Sus conectores son fciles de instalar.Este diseo nico puede reducir el costo desde un 25 a un 45% del costo de lainstalacin, proporcionando aun un buen desenvolvimiento elctrico. La serie delos cables Fat Strip estn disponibles en versiones retardante al fuego retardanteal fuego no halogenada.

Figura 2.13 Cable Radiante RDXF [10]

Aplicaciones: Sistemas Multibanda Edificios

2.2.3.2 Caractersticas Tcnicas del Cable Radiante RADIAXComo se menciono anteriormente existen 4 tipos de cables radiantes perosolamente se va a analizar la serie RCT, ya que esta brinda las caractersticastcnicas que el diseo necesita.

42

La serie de cables RCT se encuentra disponible con diferentes retardos al fuego,distintos tamaos y con impedancia de 50 ohmios que se describirn msadelante.

Tamaos:

Dimetro (pulg.) Dimetro (mm.}

7/8" 22,21-1/4" 31,81-5/8" 41.3

Tabla 2.15 Dimetros de! cable RADIAX RCT m

2.2.3.2.1 Identificacin de los Cables RADIAX RCTLos cables radiantes tienen un cdigo de identificacin que indica su tamao,capacidad de retardo al fuego e impedancia caracterstica.Con un ejemplo se describen las partes que tiene este cdigo1-101.

RCT 5 - LTC - 1- RN1U i . I U

RN

1LTC

Indica el nivel de retardo al fuego

Representa a la versin mejorada.Indica la banda de frecuencia en la cue se va a trabaiar

L Banda baja (70-300 MHz)T Banda TETRA (300-500 MHz)C Banda Celular/GSM (800-1000 MHz)P Bandas PCN/PCS (1700-2000 MHz)U Bandas UMTS/3G (2000-2300 MHz)S Banda Espectro Espandido (2300-2400 MHz)

Indica el tamao del cable, excluyendo la chaqueta.

5 7/8" (22.2 mm)6 1-1/4"(31.8mm)7 1-5/8" (41.3 mm)

RCT Indica el tipo de cable RADIAX.

43

Niveles de Retardo de Propagacin al Fuego:

A: No posee ningn retardo de propagacin a! fuego. Se lo utiliza enambientes donde no haypeigro"de"incendia.

AX: Son utilizados en lugares abiertos. No tienen propiedades de retardo a lapropagacin- def fuego.

RNT1: Posee la propiedad de retardo a la propagacin del fuego cuando existenincendios.

RNT: Posee la propiedad de retardo a la propagacin del fuego cuando existenincendios., pero son mas resistentes a la propagacin del fuego que iosanteriores.

RN: No son tan resistentes a la propagacin del fuego como e! RNT y RNT1.

2.2.3.2.2 Caractersticas Mecnicas y Elctricas del Cable Radiax

En fa tabfa se indican fas principales caractersticas mecnicas def cable Radiax.

a) Caractersticas Mecnicas

0 Chaqueta

Peso, kg/rn

Radie de CurvaturaMnimo

7/8"

1.07in(27.2 mm>

0.61

10 in(254 mm)

1-1/4"

1.54in(39.1 mm)

r, -7r>\J, 1 3

15 in(380 mm)

1-5/8"

1.9in(43.3 mm)

1.31

20 n(508 mm)

Tabla 2.16 Caractersticas mecnicas def cable RADIAX RCT|:o)

b) Caractersticas Elctricas

44

impedancia

Velocidad dePropagacinVSWR Tpico

7/8"

50 + 2Q

88%

1.29

1-1/4"

50 2O

88%

1.29

1-5/8"

50 20

88%

1.29

Tabla 2.17 Caractersticas elctricas del cable RADIAX RCT [10]

Atenuacin dB/100m

7/3"1-1/4"1-5/8"

150 MHz1.91.3

450 MHz3.32.2

1.7

800 MHz4.33.9

3.1

900 MHz5.3

4.373.2

Tabfa 2.18 Atenuacin te cabie RADAX RCT10J

Prdidas de Acoplamiento a 2 m en dB

7/3"1-1/4"1-5/8"

150 MHz68

67

450 MHz69

70

71

800 MHz6362

53

900 MHz63

62

55

Taba 2.19 Prdidas de Acopiamiento dei cabie RADAX RCT!10!

45

2.2.4 CABLE RADIANTE KAVALL11]El cable radiante del fabricante canadiense KAVAL est diseadoespecficamente para actuar como una lnea de transmisin y una antena quepermite aumentar la cobertura de la sea! de radio en reas restringidas, como enmetros, minas, estacionamientos y tneles.

El cable Kaval posee ranuras en su conductor externo para permitir a las sealesde radio salir fuera del cable hacia el ambiente eliminando la necesidad deantenas y permitir las seales penetraren reas confinadas.

Tambin posee la capacidad de multibanda la cual permite cobertura inalmbricaa travs de mltiples bandas de frecuencia simultneamente.

El diseo aire-dielctrico del cable proporciona una integra estructuraincomparable y una total proteccin contra la migracin de agua. Este cabletambin est disponible con una chaqueta retardante al fuego no halogenada, elmismo que rene los requisitos de los Laboratorios: Underwrter's Laboratories(UL), National Electric Code (NEC) y Canadian Electric Code (CEC).

2.2.4.1 Caractersticas Tcnicas del Cable Radiante KavalExiste un solo tipo de cable radiante, con diferentes retardos al fuego, distintostamaos y con impedancias de 50 y 75 ohmios que se describirn ms adelante.

Figura 2.14 Cables radiantes Kaval

46

Tamaos: *-

1/2"5/8"7/8"

1-1/4"1-5/8"

Ds^n-strc-fiT:.)12,715,922,231,841,3

Tabla 2.20 Dimetros de! cable Kaval mi

2,2.4.1.1 Identificacin de los Cables Kaval

"Los cables radiantes tienen un cdigo de Identificacin que Indica su tamao,capacidad de retardo al fuego e fmpedancfa caracterstica.Con un ejemplo se describen las partes que tiene este cdigo.

K50R-125F

El cdigo est constituido de 4 partes;

K: Indica que es un cable radiante del fabricante Kaval.

50R: Indica la impedancia del cable.125: Indica el tamao def cabte.

F: Indica el retardo a la propagacin del fuego.

Impedancia del Cable:

50: 50 ohmios

75: 75 ohmios

47

Tamao del Cable:

50: 1/2"

75: 5/8"

100: 7/8"

125: 1-1/4"

175: 1-5/8"

Niveles de Retardo de Propagacin al Fuego:

Sin Prefijo: No tiene ninguna propiedad de retardo a la propagacin delfuego; La'crra'qaetar es de pofretiteno y de cotor negro.

F: Posee retardo al fuego y la chaqueta es no halogenada.

2.2.4.1.2 Caractersticas Elctricas y Mecnicas del Cable Radiante KavalA continuacin se presentan las caractersticas mecnicas y elctricas de losdiferentes tipos de cables radiantes de 50 y 75 ohmios.

a) Caractersticas Mecnicas

En e! cuadro se muestran as principales caractersticas mecnicas def cableradiante Kaval

54

Hoy da los modelos de propagacin se presentan en forma de herramientasinformticas (software packages), junto con las bases de datos d'iytaes tie1terreno necesarias para utilizados, las cuales pueden irse incorporando por iosusuarios a medida que lo necesiten.

3.2 MODELOS DE PROPAGACIN EN INTERIORES [71

3.2.1 ATENUACIN DE PROPAGACINLa propagacin en entornos de interiores es un fenmeno muy complejo. Enocasiones hay trayectos LOS (Une of SighF), pero, generalmente, e! trayecto esNLOS (No Une of Sight), estando bloqueado el rayo directo por paredes, suelos,mamparas u otros objetos, en cuyo caso la seal llega al receptor a travs demultitrayectos con dispersin, difraccin y reflexin.

Debido a !a complejidad que entraa un modelado clsico en trminos de rayos,prcticamente todos los modelos de interiores presentados se han obtenido apartir de mediciones experimentales. De este tema se ha ocupado ampliamente laAccin Europea COST 231, en cuyo foro se han propuesto los siguientesmodelos:

Modelo 1E modelo ms sencillo, denominado Modelo 1, se basa en la determinacin deuna Jnea de ajuste, por regresin a Jas medidas y solo tiene en cuenta Jafrecuencia y la distancia.

La expresin de !a atenuacin de propagacin que propone es ^ :

L(dB) = L0 + 10n log d (m (3.1)

donde L0( dB) es una constante que representa las prdidas a una distancia dereferencia (generalmente igual a 1 m), d es la distancia y n es el ndice devariacin de la potencia con !a distancia.

55

Los parmetros L0 y n dependen de !a frecuencia y del entorno de propagacin yse ajustan a fin de minimizar ei valor cuadrtico medio de ia diferencia entre laspredicciones del modelo y los resultados de mediciones. Una. vez obtenidoempricamente el modelo para un entorno dado, puede aplicarse a otros denaturaleza similar.

Para la aplicacin del modelo se han clasificado los entornos de interiores en 8categoras, a 1as que se asignan diferentes valores de L0 y n. Los entornospropuestos, son:

1) Edificios residenciales en zonas suburbanas.2) Edificios residencies err zunas urbanas.3) Edificios de oficinas en zonas suburbanas.4) Edificios de oficinas en zonas urbanas.5) Edificios industriales con maquinaria.6) Otros edificios industriales y centros de exposiciones.7) Entornas abiertos como estaciones de ferrocarril y aeropuertos.8) Zonas subterrneas, metro, tneles viarios, etc.

El modelo est todava en estudio ya que la mayor parte de los datos se hanobtenido para frecuencias en la banda 1,7-1,9 GHz y hay que conocer la forma deextrapolar los coeficientes para frecuencias ms bajas. El modelo es sencillo deaplicar ya que no requiere informacin detallada sobre los materialesconstructivos y la arquitectura de! edificio. Obviamente, a gran variedad deentornos puede dar iugar a errores importantes de prediccin.

A partir de mediciones se encontraron, mediante regresin lineal, los siguientescoeficientes para el modelo ^ 1: L0 - 32,6 dB y n = 2,9. Sin embargo, adesviacin tpica del error es grande 11,2 dB. Ello se debe a que se mezclarontrayectos LOS y NLOS. Cuando stos se separan, mejora la exactitud del ajuste.Las desviaciones tpicas son de 3.5 dB y 10.1 dB para trayectos LOS y NLOS,respectivamente.

56

TrayectoLOS

NLOSLOS

NLOSLOS

NLOS

Lo

35,816,022,58,0

21,223,6

n1,75,52,94,11,53,2

Origen del modelo

UlT-Finiandia

Univ. Lund (Suecia)

Univ. Bristol (R.U.)

Tabla 3."! Parmetros L0 y n segn el trayecto171

Modelo 2En este modelo se tienen en cuenta, de forma explcita, las atenuacionesproducidas por las paredes y el techo. Ello hace que sea aigo ms complicado,pues hay que disponer de planos del edificio e informacin sobre sus materiales.Como contrapartida, el modelo proporciona una mejor exactitud en laspredicciones.

Segn este modelo ia expresin general de la atenuacin de propagacin parainteriores, es^:

(3.2)

Donde:

d = Distancia (m).n = ndice de variacin de la potencia con la distancia.L0 = Prdidas en un punto de referencia (1 m de distancia).Lf = Factor de prdidas para el suelo de tipo i.LWj = Factor de prdidas para una pared de tipoy.kf - Nmero de sueios de tipo /" atravesados.KW = Mmero de paredes de tipo j atravesadas./ = Nmero de tipos de suelos.

57

J = Nmero de tipo de paredes.

Los coeficientes n y L0, en este modelo, suelen tomar los valorescorrespondientes a condiciones ce espacio libre, esto es n = 2 y L0 = 37.

No se dispone todava de informacin suficiente sobre categoras de paredes ysuelos por ie que, de momento, se sugiere la aplicacin de una versinsimpjificada deJ modelo con un nico tipo de suelo y dos tipos de paredes,resultando^:

(3.3)

donde N es el nmero de suelos atravesados y LtfdB) ia prdida unitaria por"suelo. Lwi representa ta prdida "en paredes ligeras de madera, puertas, etc. y L_w2es la prdida en paredes gruesas, de. ladrillo., cemento, etc.

En la Tabla 3.2 se proporcionan valores indicativos.

Factor de prdidaLf

Lw-jLw2

Atenuacin (dB)13-272-48-12

Tabla 3.2 Factores de Prdida por Suelos Atravesados171

Modelo UIT-REn aras de la simplificacin de los clculos, el Grupo 3/1 del UIT-R ha propuestoun modelo que trata de ser una sntesis entre Jos dos anteriores. En este modelo,la atenuacin de propagacin viene dada por171:

L(dB) = 38 + 30 log d + (3.4)

58

Lf es un factor que recoge la prdida de penetracin a travs de paredes y suelosy se expresa como171:

Lf(n)=15+4(n-1) (3.5)

siendo n el nmero de plantas entre la estacin base y la estacin mvil.

3.2.2 VARIACIN CON LA FRECUENCIALa mayora de las mediciones en interiores, se han efectuado con frecuenciasprximas a 1,8 GHz empleadas en realizaciones prcticas de sistemas mviles o*einteriores..

Resultara conveniente tener datos para extrapolar esos resultados y crearmodelos para la banda de 900 MHz. a fin de aplicarlos a predicciones decoberturas interiores de GSM y CDMA.

A continuacin se indican algunas caractersticas de la variacin de la prdida depropagacin en interiores con ta frecuencia con referencia a ia expresin (3.2). Eltrmino Lo tiene una variacin terica con la frecuencia de 6 dB/octava, lo cualconcuerda bien con las mediciones.

El factor n suele decrecer con la frecuencia. Sin embargo cuando se incluyen iosdems elementos de prdida resulta ms prctico mantener el vaor n - 2 yabsorber la dependencia de la frecuencia en esos trminos. La diferencia en lasprdidas Lf entre 900 y 1.700 MHz se ha estimado entre 2,8 y 6 dB. Para Lw1 y L^estas diferencias son de 1 y 1,5 dB, aproximadamente.

3.3 COBERTURA DE TNELES [3]

La cobertura de tneles es un problema complejo, que requiere a utilizacin detcnicas de diseo especificas. Ello es debido a las siguientes caractersticas:

59

La atenuacin que introduce el tnel sobre una onda que sepropague hacia o desde una estacin situada en e exterior es engeneral elevada.

La caracterizacin del fenmeno de propagacin es complicada. Las posibilidades en cuanto a ubicacin y espacio disponible para

instalacin ci equipos son limitadas. La fiabilidad requerida es muy elevada, debido al difcil acceso al

interior del tnel.

En general, para dar cobertura en tneles cabe considerar dos posibles mtodos:

Utilizacin de cable radiante. Utilizacin d antenas convencionales.

33.1 MODELOS DE PROPAGACIN EN TNELES PARA TRANSMISINCON ANTENAS

La utTzacTn de sistemas de antenas tiene tas ventajas de facilidad de instalaciny bajo costo comparada con- la utilizacin- de cable radiante. Sin embargo, es- ms-difcil predecir la seal que se va a conseguir en cada punto, siendo necesariorecurrir a modelos de propagacin adecuados y complementar el estudio conmedidas ce campo.

En este caso suele ser necesario instalar estaciones repetidoras en e! interior deltnel, sobre todo si ste es largo o tiene curvas. El transporte ce la seal entre laestacin base y los repetidores puede hacerse va radio o por fibra ptica.

Existen bsicamente tres tipos:

60

3.3.1.1 De trazado de rayosEstos se basan en la determinacin de los rayos o trayectos de propagacin entreel transmisor y el receptor. La contribucin de cada rayo se obtiene mediante lasleyes fsicas de la transmisin y la reflexin, mientras que para as difracciones seutiliza la Teora Geomtrica de la Difraccin (TGD). Los principales problemas coneste tipo de modelos son la caracterizacin de las paredes del tnel, tanto desdeel punto de vista geomtrico como fsico, as como el elevado tiempo de clculo.Las ventajas de estos modelos, son la flexibilidad a la hora de evaluar diferentesposiciones o tipos de antenas y la posibilidad de obtener, adems de las prdidasde propagacin, las estadsticas de desvanecimientos e incluso la respuestaimpulsiva en banda ancha.

33.1.2 De anlisis modalEste modelo considera al tnel como una gua de ondas sobredimensonada(dimensiones transversales mucho mayores que la longitud de onda) e imperfecta(paredes con prdidas dielctricas). El anlisis de la propagacin se realizaanalizando los modos de propagacin electromagntica. La teora modalproporciona un valor aproximado para la frecuencia de corte de cada modo, cuyaexistencia se ha observado empricamente, as como de sus constantes deatenuacin y de fase. EJ principaJ problema de estos modelos consiste endeterminar la contribucin de cada modo al campo elctrico total. Adems, losmodelos estn limitados a tneles de seccin transversal relativamente sencilla yparedes sin rugosidad o imperfecciones. Como consecuencia, las constantes depropagacin obtenidas experimentalmente pueden diferir bastante de sus valorestericos.

3.3.13 EmpricosEstos son relativamente sencillos y de rpida aplicacin y permiten conseguirbuenos ajustes con las medidas reales. El principal inconveniente es que suvalidez es limitada, ya que est condicionada por el ajuste realizado. No obstante,

61

habitualmente suponen un buen compromiso entre complejidad, precisin ytiempo. A continuacin se describen ios modelos empricos ms utilizados.

Modelo punto pendienteEn muchos casos, la atenuacin en tneles rectos puede expresarse de formasimilar a la expresin ^

= LQ +10?!, log d(d para -dimerreiories mayores de ia seccin dei tnel, iosdesvanecimientos rpidos y profundos ocurren hasta distancias ms alejadas deltransmisor. Esta observacin encuentra justificacin desde el punto de vista de asteoras modal y de rayos.

33.2 PROPAGACIN EN TNELES UTLIZANDO CABLE RADIANTE

La utilizacin de cable radiante incrementa notablemente el costo de lainstalacin, pero asegura una cobertura uniforme independientemente de lascurvas que pueda presentar e! tnel o conjunto de tneles, El cable radiantetransporta la seal a lo largo de! tnel, con una determinada atenuacin porunidad de longitud y una prdida de acopiamiento con la antena del mvil. Comoaquella atenuacin aumenta con la frecuencia, en las bandas altas hay que utilizarun cable de gran seccin lo que incrementa los costos de adquisicin y montaje.

Esta opcin tiene la ventaja de su facilidad de instalacin, pero requiere que elnivel recibido de la base en la ubicacin del repetidor sea suficiente. Eto limitaesta solucin a situaciones en que la base y el repetidor estn en visin directa ocasi en visin directa, y no muy alejados ente s. La utilizacin de fibra pticaelimina el problema de la atenuacin y la necesidad de visibilidad directa, perodepende de la disponibilidad de dicho medio de transmisin y requiere, adems,la utilizacin de conversores pticos-elctricos en ambos extremos. Por otra parte,la transmisin por fibra introduce un retardo mayor que la transmisin por radio,tanto por los conversores mencionados como por la menor velocidad depropagacin en ia fibra.

33.3 SELECCIN DEL MTODO DE PROPAGACIN

Se han analizado los diferentes modelos de propagacin en interiores, los mismosque son tericos y prcticos para enlaces mediante antenas y cable radiante.

64

En particular se ha seleccionado al cable radiante para la propagacin de lasseales, el mismo que se analizar con mayor detenimiento en el prximocaptulo cuando se realice e! diseo del sistema ya que ah se estudiarn lasdiferentes prdidas que presenta el mismo.

3.4 RECEPCIN: DIVERSIDAD Y SOFT HANDOFF 17]

3.4.1 DIVERSIDAD Y RECEPTOR RAKEEn el sistema CDMA se usan varias modalidades de diversidad de recepcin.Adems de la diversidad de tiempo, caractersticas de las operaciones decodificacin, entrelazado y repeticin, se aplica la diversidad de multitrayecto(receptor RAKE) y de estaciones base (Macrodiversidad), esta ultima vinculada altraspaso con continuidad. Tambin suele utilizarse diversidad de espacio en elenlace ascendente (dos antenas receptoras).

Se utilizan receptores RAKE para discriminar las componentes de multitrayeco dela seal procedente de una base especfica y de otras bases. El sistema derecepcin comprende varios procesadores individuales en paralelo (fingers), queextraen las componentes de multitrayecto del enlace descendente y efectan sualineacin tmpora! para realizar la combinacin ptima de as mismas. Elreceptor de! mvil emplea un "buscador" y tres receptores digitales. El buscadorexplora el dominio temporal para localizar los tiempos de llegada de lascomponentes multitrayecto de la seal piloto de la clula propia y de otras. Estebuscador informa al controlador de los receptores sobre la locaiizacin eintensidad de los ecos ms fuertes de la seal transmitida. El procesador decontrol proporciona datos de temporizacin y cdigos PN a los tres receptoresdigitales para el seguimiento y demodulacin de las seales.

Estando conectado el mvil a una estacin base determinada, si se detecta conmayor nivel el piloto procedente de otra estacin base, el procesador de controlinicia el procedimiento de traspaso con continuidad, durante e! cual los enlacesdescendentes de las dos bases transmiten a misma llamada por sus canales detrfico.

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': Las salidas de los receptores digitales se combinan de forma coherente. Ello esposible por que la sea! piloto de cada estacin base proporciona una referenciade fase coherente, que puede ser capturada por los receptores digitales.

En e! enlace ascendente el receptor de la estacin base usa dos antenas paraaplicar la diversidad de espacio. Asimismo hay cuatro receptores digitalesdisponibles para mplementar el receptor RAKE. En condiciones de traspaso concontinuidad se dispone de ocho "copias" de la seal recibida, cuatro en cadaestacin base. Como no existe referencia de fase coherente en este enlace, lasseales se demodlan y se combinan de forma no coherente. En ta red (centrode conmutacin) se efecta la eleccin de la mejor trama de seal de las doscombinaciones que le legan desde las estaciones base.

3.4,2 SOFT HANDOFFEn los sistemas celulares CDMA es posible un mecanismo de traspasodenominado traspaso con continuidad (Soft/Softer Handoff, SHO) mas fiable ycon mejor calidad que el traspaso utilizado en FDMA y TDMA celulares querequiere una interrupcin (hard handoff).

En FDMA y TDMA cuando un mvil pasa de una clula a la contigua, no puedecontinuar utilizando el canal (frecuencia/intervalo de tiempo) que tena asignadoen la clula de origen, puesto que la clula destino tiene una dotacin de canalesdiferente. En consecuencia, la red debe asignar un cana! al mvil en la nuevaclula para que prosiga la comunicacin. Entonces debe interrumpirse stabrevemente para que el equipo se conecte al nuevo canal (break-before-make)con el riesgo de prdida de la llamada (dropped cali) si hay algn fallo en esteproceso.

En CDMA, gracias a la reutilizcin universal de las frecuencias, es posibleconectar 1a llamada a 1a estacin candidata al traspaso antes de desconectarla dela estacin de origen, manteniendo ambos enlaces simultneamente durante uncierto tiempo (make-before-break). Una llamada puede estar soportada por Jos 3

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sectores de una estacin base y/o por dos o mas estaciones. Al segmentar a iasradio bases sea en 1,2 o 3 sectores de 360, 180 o 120 grados respectivamente,se asigna a cada, uno de ellos un PN (nmero piloto) el cual se lo utiliza paraidentificar a que radio base est enganchado ei mvil ya que los PNs para cadaestacin siguen una secuencia predeterminada lo que permite saber si et mvil setraslada dentro de la cobertura de una misma estacin o si ya la abandon. Cadauna de las estaciones base implicadas mantiene el contacto con el mvi! hastaque la atenuacin del trayecto hacia una de ellas es excesiva, momento en ei quese abandona el enlace con esa estacin, quedando, finalmente el mvil, asignadoa una sola estacin base (normalmente distinta de la inicial}. Con esta tcnica seminimiza la probabilidad de interrupcin de una llamada y el traspaso resultaimperceptible para el usuario.

En el enlace ascendente, durante el perodo de traspaso con continuidad, la sealtransmitida por la estacin mvil es detectada por las estaciones baseinvolucradas, efectundose despus una seleccin o combinacin de las sealesdemoduladas. La situacin es equivalente, por tanto, al empleo de diversidadespacial o macrodiversidad. La decisin de realizar una seleccin o unacombinacin de ias seales depende fundamentalmente de la proximidad de iosreceptores. En general, para estaciones base situadas en emplazamientosdistintos, es ms fcil seleccionar la seal de mayor calidad (softhandoff). Paraestaciones base situadas en un mismo emplazamiento, como ocurre en clulassectorizadas, la proximidad fsica permite combinar las seales (soerhandoff)antes de ia demodulacin, con lo que mejoran las prestaciones.

En el enlace descendente, las estaciones base implicadas transmiten la mismasea! al mvil, e! cual trata las copias de seal de forma anloga a las rplicasmultitrayecto producidas por el canal: cada versin procedente de una base esdetectada por una o varias ramas (asignando a cada una la secuencia cdigocorrespondiente) de! receptor Rake, cuyas salidas se suman coherentemente.

Por tanto, el traspaso con continuidad en el enlace descendente es equivalente ala diversidad por multitrayecto (aunque el multitrayecto sea artificial). Para que

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las seales procedentes de las diferentes estaciones base puedan detectarse porseparado en el receptor, es necesario mantener una sincronizacin entre estasestaciones que asegure un retardo adecuado entre sus transmisiones. Se puedeas conseguir una ganancia por diversidad que resulta til en zonas de coberturamarginal de una estacin.

La utilizacin de este mecanismo es fundamental en CDMA con objeto de reducirla interferencia intercelular. Se debe evitar que una estacin base reciba, con unnivel de potencia alto, seal de un mvil adscrito a otra estacin base.

En la Figura 3.1, se ilustra un ejemplo de traspaso con continuidad.

ObstctiJo

BS2

MS s'Lmite de celda

Figura 3.1 Traspaso con continuidad171

La estacin mvil MS, en la posicin 1, est adscrita a la estacin base B$i ytransmite con una potencia moderadamente alta ya que se encuentra prxima alborde de la clula. Produce una interferencia pequea a la estacin base BS2. Ensu desplazamiento, la MS llega al punto 2 desde el cual el trayecto radio a BSiest obstaculizado. Entonces aumenta la prdida de propagacin y en esaposicin la MS debe incrementar su potencia por lo que aumenta la interferenciasobre BS2. Si el traspaso no es rpido, mientras se decide, subsiste esainterferencia. Si se usa traspaso con continuidad, MS se conecta a BS2 enparalelo con BS-j. En este caso MS recibir distinta informacin de control depotencia: desde BS-i se le pide ms potencia y desde BS2 menos. La MS sloincrementar la potencia si ambas peticiones lo requieren. Como ste no es elcaso, la MS seguir la indicacin de 682, reducir su potencia, y producir menos

interferencia en BS2. Posiblemente entonces la potencia hacia BS-j serinsuficiente para mantener el enlace con esa estacin y se desconectar de ella.

En comparacin con el traspaso clsico el soft handoff mantiene estable la sealcuando el mvil circula por la frontera entre dos clulas y la atenuacin hacia cadauna varia. En el traspaso clsico se prev una histresis para evitar laconmutacin continuada del mvil de una base a otra (efecto ping-pong).

* .Distancia DsisacM

BI y B2a) Traspaso con interrupcin b) Traspaso con cominuidad

Figura 3.2 Diferentes tipos de traspasos celulares en funcin del nivel de recepcin171

El mvil permanece conectado a la estacin base 1 an cuando desde la 2recibira mayor seal durante un lapso de tiempo, hasta que la diferencia deniveles rebasa e! umbral de traspaso o el valor de la histresis y pasa aconectarse a la estacin base 2.

En COMA, con SHO, se definen dos umbrales: de inclusin y de exclusin.Cuando la diferencia de niveles es menor que el primer umbral, el mvil seconecta a las dos estaciones base B1 y B2 y mantiene esa conexin hasta que ladiferencia de niveles rebasa el umbral de exclusin.

La transmisin simultnea desde varias estaciones base a un mvil durante eltraspaso, incrementa la interferencia en el enlace descendente. No sucede lomismo en el ascendente ya que la seal transmitida por el mvil es demoduladaen estaciones base distintas.

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El traspaso con continuidad requiere tambin un dimensionamiento adecuado delnmero de procesadores de recepcin en las estaciones base para pocler atendera los usuarios en situacin de traspaso procedentes de otras clulas.En pruebas de campo se ha visto que un mvil est en a condicin de traspasod