Bruno Maia Antonio Luiz PLANEJAMENTO DE COBERTURA DE SISTEMAS GSM COM USO DE REPETIDORES DISSERTAO DE MESTRADO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELTRICA Programa de Ps-Graduao em Engenharia Eltrica Rio de Janeiro Abril de 2002 BRUNO MAIA ANTONIO LUIZ PLANEJAMENTO DE COBERTURA DE SISTEMAS GSM COM USO DE REPETIDORES Dissertao de Mestrado Dissertao apresentada ao Departamento de Engenharia EltricadaPUC-Riocomopartedosrequisitosparaa obtenodograudeMestrePeloProgramadePs-graduaoemEngenhariaEltricadoDepartamentode Engenharia Eltrica da PUC-Rio. Orientador: Luiz A. R. da Silva Mello Rio de Janeiro Abril de 2002 BRUNO MAIA ANTONIO LUIZ PLANEJAMENTO DE COBERTURA DE SISTEMAS GSM COM USO DE REPETIDORES Dissertao de Mestrado Dissertao apresentada ao Departamento de Engenharia EltricadaPUC-Riocomopartedosrequisitosparaa obtenodograudeMestrePeloProgramadePs-graduaoemEngenhariaEltricadoDepartamentode EngenhariaEltricadaPUC-Rio.Aprovadapela Comisso Examinadora abaixo assinada. Prof. Luiz A. R. da Silva Mello Orientador Departamento de Engenharia Eltrica PUC-Rio Prof. Prof. Rio de Janeiro, 30 de Abril de 2002Todos os direitos reservados. proibida a reproduo total ouparcial do trabalho sem autorizao da universidade, do autore do orientador Bruno Maia Antonio Luiz Graduou-seemEngenhariaEltricacomnfaseem TelecomunicaespelaPUC-Rio(PontifciaUniversidade CatlicadoRiodeJaneiro)em1999.Participoudeprojetos nareadeSistemasRdiosincluindoodesenvolvimentode sofwaresparadimensionamentodesistemasrdioe proferindocursosnareadesistemasmveis.Responsvel pelareadeprojetosdaWiNGSTelecomondeatuacomo gerente de projetos. Ficha Catalogrfica Luiz, Bruno Maia Antonio Planejamento de Cobertura de Sistemas GSM com Uso de Repetidores/ Bruno Maia Antonio Luiz; Orientador: Luiz A. R. da Silva Mello Rio de Janeiro: PUC, Departamento de Engenharia Eltrica, 2002 v.118 f: il 29,7 cm 1. Dissertao (mestrado) Pontifcia Universidade Catlica do Rio de Janeiro, Departamento de Engenharia Eltrica Inclui referncias bibliogrficas. 1. Engenharia Eltrica Teses. 2. Repetidores. 3GSM. 4. Planejamento de Cobertura. 5. Interface Rdio. 6 Aumento de cobertura. I. Silva Mello Luiz A. R. (Luiz A. R. da Silva Mello). II. Pontifcia Universidade Catlica do Rio de Janeiro. Departamento de Engenharia Eltrica. III. Ttulo Para meus pais e irmo, Walnir, Adlia e Ricardo, pelo apoio e confiana Agradecimentos AomeuorientadoreProfessorLuizSilvaMellopeloestmulo,confianae parceria para a realizao deste trabalho. Ao CNPq e PUC-RIO, pelos auxlios concedidos, sem os quais este trabalho no poderia ter sido realizado. AosmeusamigosErickFerreira,MarcioRodrigueseAlexandreBellonipelo apoio prestado. Aos meus pais, pela educao, ateno e carinho de todas as horas. minhaprofessoraMarlenePontes,pelasimportantescontribuies,epalavras de apoio. Aos meus colegas da PUC pela amizade conquistada. A todos os professores e funcionrios do Departamento pelos ensinamentos e pela ajuda. A todos os amigos e familiares que de uma forma ou outra me estimularam ou me ajudaram. Resumo Luiz,BrunoMaiaAntonio;SilvaMello,LuizA.R.Planejamentode CoberturadesistemasGSMcomusodeRepetidores.RiodeJaneiro,2002. 118p. Dissertao de Mestrado Departamento de Engenharia Eltrica, Pontifcia Universidade Catlica do Rio de Janeiro Estetrabalhoabordaautilizaoderepetidoresnaimplantao de sistemas mveiscelulares.Estatcnicapermiteestenderacoberturadossistemasmveis celularescombaixocustoecurtotempodeimplantaoareasouambientes onde a utilizao de estaes rdio base seria dispendiosa ou demorada.Oimpactodainclusodesteelementonainterfacerdiodetalhadamente analisadavisandoobterumametodologiaparaoseudimensionamentoeparao clculodasdegradaesproduzidasnarede.apresentadaaindauma metodologiacompletaparaprojetoscomrepetidoresedescritasuaaplicaona implantao de um sistema GSM. Palavras-chave EngenhariaEltrica;Repetidores;GSM;PlanejamentodeCobertura; Inteface Rdio; Aumento de Cobertura. Abstract Luiz,BrunoMaiaAntonio;SilvaMello,LuizA.R.GSMCoverage System Planning with Repeaters . Rio de Janeiro, 2002. 118p. MSc. Dissertation DepartamentodeEngenhariaEltrica,PontifciaUniversidadeCatlicadoRio de Janeiro Thisworkdealswiththeuseofactiverepeatersintheplanningand deployment of cellular mobile systems. This technique allows the extension of the coverageofthecellularsystems,withlowcostandshortbuildingtime,toareas where the use of radio base stations would be costly or difficult to implement.Theimpactoftheinclusionoftheactiveelementintheradiointerfaceis analyzedin full detailto providemethods for the calculation ofthe degradations producedinthenetwork.Acompletedesignmethodologyforprojectswith repeaters is also presented, as well as a case study for a GSM system. Keywords EletricalEngineering;Repeaters;GSM;CoveragePlanning;Radio Interface; Coverage Enhancing. Sumrio Captulo 1.Introduo ....................................................................................15 1.1.Consideraes Iniciais...........................................................................15 1.2.Objetivo e Organizao da Tese..........................................................15 Captulo 2.O sistema GSM...........................................................................17 2.1.Histrico....................................................................................................17 2.2.Tecnologias GSM existentes: ...............................................................21 2.3.Estrutura bsica da rede GSM: ............................................................21 2.3.1.Swicthing System (SS):......................................................................22 2.3.1.1.MSC (Mobile Services Swichting Center):..................................22 2.3.1.2.VLR (Visitor Location Register): ...................................................23 2.3.1.3.GMSC (Gateway Mobile Services Swichting Center): ..............23 2.3.1.4.SMS-GMSC e SMS-IWMSC:........................................................23 2.3.1.5.HLR (Home Location Register):....................................................23 2.3.1.6.AuC (Autentification Center)..........................................................24 2.3.1.7.EIR (Equipment Identity Register) ................................................24 2.3.1.8.FNR (Flexible Numbering Register):............................................24 2.3.1.9.ILR (Internetworking Location Register) ......................................24 2.3.2.Base Station Subsystem (BSS): .......................................................25 2.3.2.1.BSC (Base Station Controler): ......................................................25 2.3.2.2.TRC (Transcoder Controler)..........................................................25 2.3.2.3.BTS ou RBS (Base Transceiver Station ou Radio Base Station)25 2.3.3.Operational and Support System (OSS) .........................................26 2.3.3.1.Operation and Mantaince (OMC) .................................................26 2.3.3.2.Network Management Center (NMC) ..........................................26 2.4.Interfaces e Protocolos da Rede GSM: ...............................................26 2.4.1.Interface Rdio (Um): ..........................................................................27 Captulo 3.Conceitos gerais sobre repetidores .........................................31 3.1.Introduo ................................................................................................31 3.2.Caractersticas de Repetidores ............................................................32 3.2.1.Classificao quanto filtragem.......................................................33 3.2.1.1.Repetidor de faixa larga.................................................................33 3.2.1.2.Repetidores Seletivos em Banda .................................................33 3.2.1.3.Repetidores Seletivos em Canal ..................................................34 3.2.2.Classificao quanto transmisso ................................................34 3.2.2.1.Repetidores de mesma faixa ........................................................34 3.2.2.2.Repetidores de faixa deslocada ...................................................35 3.2.2.3.Repetidores pticos.......................................................................36 3.3.Isolao entre antenas do repetidor ....................................................37 3.4.Efeitos de Saturao do Amplificador..................................................38 3.4.1.Repetidores de Banda Larga/Banda Seletiva: ...............................39 3.4.1.1.Efeitos no enlace direto..................................................................39 3.4.1.2.Efeitos no canal reverso ................................................................40 3.4.2.Repetidores Canal Seletivo ...............................................................40 3.5.Parmetros tpicos de repetidores .......................................................41 Captulo 4.Dimensionamento de enlaces com repetidores.....................42 4.1.Isolao entre as antenas......................................................................42 4.1.1.Clculo da isolao.............................................................................42 4.1.2.Fatores adicionais de isolao..........................................................44 4.1.3.Consideraes adicionais sobre a isolao....................................45 4.2.Aumento da Interferncia co-canal ......................................................45 4.2.1.Repetidores de Banda Larga (broadband repeaters) ...................46 4.2.1.1.Clculo da interferncia no enlace direto (downlink) ................46 4.2.1.2.Interferncia de Uplink: ..................................................................50 4.2.1.3.Limitaes no Clculo de Interferncia do Canal Reverso ......52 4.2.2.Repetidores Seletivos em Banda (Band Selective Repeaters) ...52 4.2.3.Repetidores Seletivos em Canal (Channel Selective Repeaters)52 4.2.3.1.Interferncia de Downlink: .............................................................53 4.2.3.2.Interferncia de uplink:...................................................................56 4.2.4.Tcnicas para reduo da degradao por interferncia co-canal57 4.3.Dissensibilizao dos Receptores: ......................................................57 4.3.1.Clculo da dissensibilizao para Enlace Direto (Downlink): ......59 4.3.2.Clculo da dissensibilizao para o enlace reverso (uplink) .......61 4.4.Efeitos de multipercurso ........................................................................62 4.5.Clculo de enlaces com repetidores....................................................63 4.5.1.Clculos Iniciais...................................................................................63 4.5.2.Clculo do enlace direto ....................................................................64 4.5.3.Clculo do enlace reverso (uplink)...................................................66 4.6.Caracterizao das Perdas de Propagao.......................................67 4.6.1.Modelo de Okumura ...........................................................................68 4.6.2.Modelo de Hata (Okumura-Hata) .....................................................69 4.6.3.Modelo estendido de Hata para PCS (COST-231): ......................70 4.6.4.Modelo de Walfish Ikegami (COST 231).........................................71 4.6.5.Modelos ajustados localmente..........................................................74 4.6.6.Clculo da Margem de Cobertura (CAP) ........................................74 4.7.Clculo do Raio de Cobertura...............................................................76 Captulo 5.Uso de Repetidores no Planejamento GSM...........................77 5.1.Consideraes Iniciais: ..........................................................................77 5.2.Uso de Repetidores................................................................................78 5.3.Projetos de Cobertura Outdoor utilizando repetidores .....................79 5.3.1.Etapa Inicial Definio do Vetor de Cobertura:...........................79 5.3.2.Planejamento Inicial............................................................................80 5.3.3.Dimensionamento de Trfego GSM................................................80 5.3.4.Projeto Nominal...................................................................................83 5.3.5.Site Survey...........................................................................................85 5.3.6.Projeto definitivo de RF......................................................................85 5.3.7.Qualificao .........................................................................................86 5.3.8.Instalao de Repetidores Medies em Campo.......................86 5.3.9.Aceitao de RF..................................................................................87 5.3.10.Penalidades no uso de repetidores..................................................88 5.4.Dimensionamento do Repetidor (Link Budget) ..................................89 5.4.1.Anlise de Interferncia co-canal:....................................................91 Captulo 6.Estudo de Caso: Implantao GSM 1800...............................92 6.1.Consideraes Iniciais: ..........................................................................92 6.2.Projeto e Implantao - Fase I..............................................................92 6.3.Projeto e Implantao - Fase II:............................................................96 6.3.1.Cobertura das reas de sombra com BTS .....................................97 6.3.2.Cobertura das reas de sombra com Repetidores: ......................98 6.4.Anlise de custos................................................................................. 101 Captulo 7.Concluses ............................................................................... 102 Referncias: ...................................................................................................... 103 Apndice - Estrutura dos Canais Lgicos.................................................... 104 Canais de Trfego (TCH) ............................................................................... 104 Canais de Controle: ......................................................................................... 105 Broadcast Control Channel (BCH):............................................................... 105 Broadcast Commom Control Channel (BCCH)........................................... 106 Frequency Correction Channel (FCCH) ....................................................... 106 Syncronization Channel (SCH) ...................................................................... 106 Dummy Burst Rajada Vazia ..................................................................... 106 Commom Control Channels (CCCH)............................................................ 107 Random Access Channel (RACH) ................................................................ 107 Paging Channel (PCH).................................................................................... 107 Access Grant Channel (AGCH)..................................................................... 108 Dedicated Control Channels (DCCH): .......................................................... 108 Stand Alone Dedicated Control Channel (SDCCH) ................................... 108 Slow Associated Control Channel (SACCH) ............................................... 109 Fast Associated Control Channel (FACCH) ................................................ 110 Cell Broadcast Channel (CBCH) ................................................................... 110 Multiplexao dos Canais Lgicos................................................................ 111 Combinaes dos Canais de Lgicos: ......................................................... 112 Estrutura e Combinaes do Multiquadro de Trfego: .............................. 112 Estrutura do Multiquadro de Trfego:........................................................... 112 Combinaes de Multiquadro de Trfego:................................................... 113 Estrutura e Combinaes do Multiquadro de Controle:............................. 115 Estrutura do Multiquadro de Controle:.......................................................... 115 Combinaes de Multiquadro de Controle: ................................................. 115 Lista de figuras Figura 2.3-1 - Elementos da Rede GSM.........................................................22 Figura 2.4-1 Interfaces da Rede GSM.........................................................27 Figura 2.4.1-1 - TDMA GSM.............................................................................28 Figura 2.4.1-2 Defasamento entre Canal Direto e Reverso.........................28 Figura 3.1-1 - Esquema bsico de um sistema com repetidor ....................32 Figura 3.2.2.2-1 - Esquema bsico de repetidor de freqncia deslocada.......................................................................................................................36 Figura 3.2.2.3-1 - Esquema bsico de repetidor ptico................................37 Figura 3.3-1 - Efeito de realimentao em repetidores ................................38 Figura 4.1-1 -Realimentao do Repetidor ..................................................42 Figura 4.2.1.1-1 -Interferncia Canal Direto Repetidor Banda larga........47 Figura 4.2.1.2-1 - Interferncia Canal Reverso Repetidor Banda Larga ...50 Figura 4.2.3.1-1 - Interferncia Canal Direto Repetidores Seletivos em Canal.............................................................................................................53 Figura 4.6-1 - Tpico Enlace com Repetidor ...................................................58 Figura 4.6-2 - Degradao do Limiar...............................................................59 Figura 4.6.1-1 -Clculo de (C/N) ....................................................................60 Figura 4.6.1-1 - Fatores do mtodo de Okumura ..........................................68 Figura 4.6.1-2 - Fatores de correo do mtodo de Okumura....................69 Figura 4.6.3-1 - Parmetros do Modelo Walfish-Ikegami .............................71 Figura 4.6.3-2- Parmetros do Modelo Walfish-Ikegami: direo da onda.......................................................................................................................72 Figura 5.2-1 -Deciso sobre o uso de repetidores......................................78 Figura 5.2-2 -Tpico Uso Externo de Repetidores.......................................79 Figura 5.3.1.1-1 - Vetor de Cobertura..............................................................80 Figura 5.3.9-1 -Exemplo de Drive Test .........................................................88 Figura 5.4.1-1 -Potencialidade de Interferncia do Canal Reverso .........91 Figura 6.2-1 - Vetor de Cobertura ....................................................................93 Figura 6.2-2 - Cobertura da Fase I...................................................................95 Figura 6.3-1 -reas de Sombra da Fase I ....................................................96 Figura 6.3.1-1 -Cobertura Fase II - Incluses de BTS................................97 Figura 6.3.2-1 -Cobertura Fase II com repetidores.....................................99 Figura 6.3.2-2 - Cobertura Final .................................................................... 100 Lista de tabelas Tabela 2.1-1Histrico GSM...............................................................................19 Tabela 2.4.1-1 - Parmetros de BTS GSM.....................................................29 Tabela 2.4.1-2 - Terminais GSM 900 ..............................................................29 Tabela 2.4.1-3 - Terminais GSM 1800 ............................................................30 Tabela 2.4.1-4 - Terminais GSM 1900 ............................................................30 Tabela 3.5-1 - Parmetros tpicos de repetidores .........................................41 Tabela 4.3.2-1 1 Planilha com Clculos de Dissensibilizao.................62 Tabela 4.6.6-1 -Margens de Cobertura para CAP 90%.............................76 Tabela 5.3.3-1 - Trfego de Sinalizao .........................................................82 Tabela 5.3.3-2 - Razo SDCCH/TCH..............................................................82 Tabela 5.3.3-3 - Exemplo de Configurao de Canais Lgicos..................83 Tabela 5.3.10-1 -Tipo de Repetidores para Ambientes Externos.............89 Tabela 5.4-1 -Parmetros para Projetos com Repetidores .......................90 Tabela 6.2-1 - Configuraes Sistmicas.......................................................93 Tabela 6.2-2 - Caractersticas de Trfego ......................................................93 Tabela 6.2-3 - Caractersticas de Propagao ..............................................94 Tabela 6.2-4 Listagem das BTS projetadas para a Fase I .......................95 Tabela 6.3.2-1 - Caractersticas do Repetidor ...............................................98 Tabela 6.3.2-2 -Ganho Lquido do Repetidor...............................................98 Tabela 6.3.2-3 - Tipo de localidade de cada BTS .........................................98 Tabela 6.3.2-4 -Anlise de Cobertura dos Repetidores.............................99 Tabela 6.3.2-5 -Anlise de Trfego dos Repetidores.................................99 Tabela 6.4-1 -Anlise de Custo CAPEX da Soluo ............................... 101 Captulo 1.Introduo 1.1. Consideraes Iniciais Osprimeirossistemasmveiscelulareserambastantelimitadosem tecnologia e qualidade de cobertura, permitindo apenas servio de voz em reas restritas.Ademandaexplosivaporcomunicaesmveisvempropiciando grandesavanostecnolgicoseosurgimentodeumavastagamadenovos servios.Comumaumentoexponencialnonmerodeusurios,percebeu-se queomercadodecomunicaesmveistemumgrandepotencialpara aplicaes envolvendo dados. Os sistemas, inicialmente idealizados para trfego devoz,estosendocuidadosamenteadaptadosparapermitirotrfegode dados.Asprimeirasaplicaesdedadosforamosserviosdemensagens curtas, quegeramhoje um incrementoimportantenareceitadasoperadoras1. Atualmenteestosendoimplantadossistemas2,5Gcomcapacidadede transmissodeat144kbits/seforaminiciadosostestesdesistemasde3. Gerao que prevem operao a taxas de at 2 Mbits/s em situaes de baixa mobilidade.Paralelamente evoluo tecnolgica dos sistemas, a massificao do uso doscelularesdemandaumaumentonaqualidadedoservioprestado, especialmentecomrelaoaostiposdefacilidadesoferecidasenveis satisfatrios de cobertura. Estes nveis tornam-se mais difceis dealcanar com o aumento das freqncias utilizadas para o oferecimento dos servios. No intuito de atender as exigncias deste novo mercado mais competitivo ecomusurioscadavezmaisrigorosos,ousoderepetidoresparaprovera melhoriadequalidadedacoberturatem-semostradoumaboaopo[REF9], sendo utilizados por diversas operadoras de telefonia mvel.1.2. Objetivo e Organizao da Tese

Estetrabalhoabordaautilizaoderepetidoresnaimplantaode sistemasmveiscelulares.Estatcnicapermiteestenderacoberturados sistemas mveis celulares com baixo custo e curto tempo de implantao (com 1 No Brasil a utilizao de servios SMS est em expanso, correspondendo atualmente a uma pequena parcela da receita das operadoras. 16 relao cobertura celular tradicional) a reas ou ambientes onde a utilizao de estaes rdio base seria dispendiosa ou demorada.O impacto da incluso deste elemento na interface rdio cuidadosamente analisadavisandoobter-seumametodologiaparaoseudimensionamento. desenvolvida ainda umadetalhada metodologia para projetos com repetidores e descrita sua aplicao na implantao de um sistema GSM. A dissertao encontra-se estruturada da seguinte forma: Captulo 2: Neste captulo so apresentados um histrico resumido daevoluodopadroGSM,suaestruturabsicaderedee protocolos e as caractersticas gerais da interface rdio; Captulo3:Nestecaptulosoabordadasascaractersticasgerais dos repetidores, o problema da isolaoentreantenase efeitos de saturao do amplificador; Captulo4:Estecaptuloabordaodimensionamentodeenlaces comrepetidorescomodesenvolvimentodealgoritmosparaos clculosdeisolao,degradaodeinterfernciasco-canal dissensibilizaodereceptoreseumametodologiadetalhadade projeto,principaiscontribuiesdestetrabalho.Sodescritas tambm algumas tcnicas para aumento de isolao e reduo de interferncias co-canal; Captulo 5: Neste captulo so discutidos em detalhe as etapas de realizao de projetos com repetidores, incluindocritrios de custo e desempenho para escolha do melhor equipamento; Captulo 6: Por fim realizado um estudo de caso simulando uma implantaodeumsistemaSMPoperandonafaixade1800MHz comtecnologiaGSM.Sorealizadasasanlisesdeviabilidade tcnicaeeconmicadautilizaoderepetidoresparao atendimentodasmetasdeprazoequalidadeestipuladas,sendo efetuadoumcomparativocomrelaoutilizaodasoluo tradicional (cobertura com BTS). Noapndicesodetalhadasasestruturadoscanaislgicosdainterface rdio do padro GSM, assim como suas hierarquias de multiplexao. 17 Captulo 2.O sistema GSM 2.1. Histrico Nadcadade80,quandoeramutilizadosossistemasmveis celulares analgicos,acomunidadeEuropiaviviaumasituaoondenohaviauma padronizaodossistemasutilizados,aocontrriodosEUAquetinhamcriado uma padronizao para a interface rdiodos sistemas celulares (padro AMPS Advanced Mobile Phone System).AfaltadepadronizaonaEuropaimpossibilitavaqueomesmoterminal mvelfosseutilizadoemdiferentespasesreduzindoassimareadeatuao dostelefonesmveis.Afaltadepadresinternacionaistambmafetava diretamente a indstria, pois tornava sua atuao restrita a nichos de mercado, o que impossibilitava uma produo em escala a qualpermitisse baratear o custo doterminal.Enfim,afaltadeumpadronicorepresentavaumaforte barreira para o desenvolvimento dos sistemas celulares na Europa. Tendoemvistaestesproblemas,foiidealizadoumsistemadesegunda gerao (sistema digital) denominado GSM2, com as seguintes finalidades: Operao em uma nica faixa de freqncia; Incentivoaosprodutoresdeequipamentosatravsda padronizao que permitiria sua atuao no mercado Europeu comoumtodo,aumentandoaescalaepossibilitandouma reduo nos custos e maior desenvolvimento nos terminais; PadronizaoparaainterfacecomoISDN,redesdigitaisde telefonia pblica; Aumento de capacidadepara fazer frente ao forte aumento na demanda por este novo servio.O aumento na oferta s seria possvelcomaintroduodeumsistemaquetivesseuma maior capacidade que os sistemas analgicos j instalados. PelofatodenoexistirumpadronicodeprimeirageraonaEuropa, pode-secriarumanovapadronizaoparaasegundageraodeforma totalmentelivre,oquepossibilitouodesenvolvimentodeumaarquitetura 2 Sigla em francs Group Special Mobile, associado ao grupo de trabalho que especificou o sistema; mais tarde rebatizado como Global System for Mobile Communication. 18 extremamenteeficiente.Essaevoluoparasegundageraonoocorreuda mesmaformaempasesquejdispunhamdepadronizaoparaaprimeira gerao.Nesteslocaisosnovospadrescelularestinhamqueinteroperar com osantigos,oquereduziaosgrausdeliberdadenacriaodo protocolo.Esta vantagemficaclaraseanalisarmosopadroIS-136,quepossuiforte interoperabilidadecomopadroAMPSeapresentaalgumaslimitaescomo conseqncia. OnovopadrocelularEuropeudesegundageraotraziadiversas inovaes, as quais podemos destacar: Umaestruturadecanaislgicosmaiscomplexas,permitindoquea sinalizao trocada com o terminal mvel ocorresse de forma mais eficiente, reduzindo a perda de capacidade devido sinalizao; Possibilidadedeoferecimentodeserviosadicionais,considerandoqueo serviodevozeraapenasumdosinmerosserviosquepodiamestar disponveisparaousurio,dentrodaidiadepoderprovertodasas facilidades que o ISDN provia para os usurios fixos; Aumento na capacidade, o que era um requisitode suma importncia para o novopadro,dadoqueoaumentonademandaestavaocorrendo de forma extraordinria; Nova estrutura de terminais, compostos de um Transceptore um SIM card. OSIMcardarmazenatodososdadosdousurio,inclusiveastriplasde autenticao,aagendapessoaleasmensagensdeSMS(shortmessage service). Com essa nova estrutura um terminal mvel s est completamente operacional, quando o conjunto transceptor e SIM card esto vinculados. Um usurio pode utilizar qualquer transceptor e incluir seu SIMcard. O conjunto passa a ser automaticamente reconhecido como seu aparelho celular e todas aligaesefetuadasserodebitadasnacontadousuriodoSIMcardem questo; RoamingInternacional:Umdosprincipaisobjetivosdapadronizaoera assegurarqueousuriopudesseterseuserviodisponvel,emtodosos pasesdaEuropa.Estefoiumdosprincipaismecanismospropulsoresdo GSM, no somente pela escala alcanada, mas tambm pelo fato de que na Europaemgeralospasessopequenoseosusuriostmmaior mobilidade entre fronteiras. 19 Aumentodasegurana3Comainclusodeautenticaodoterminal,a clonagemdeterminaismveisefraudesforamcontroladas,aumentandoa arrecadaodasoperadoras.Paraotrfegodevoze/oudadosfoiincludo tambm um modo de criptografiaqueadicionavam segurana informao trafegada. Ambos procedimentos so realizados por cdigos ealgoritmos de altssima confiabilidade; InciodaintegraoVOZ+DADOS:Comoestesistemanoprecisouser idealizado paraser compatvel com nenhum padro celular na Europa, pode serplanejadoparaotrfegodevozedados,fazendodosistemaGSMo primeirosistemacelularmvelapossuirestaconvergncia,quemaistarde tornou-seinevitvelparaqualquersistemacelulardomundo.Onico inconvenientequedadossocomutadosporcircuitos,damesmaforma que a voz. Isto est sendo suplantado pela evoluo do sistema GSM.Tem-se abaixo uma tabela que mostra a evoluo histrica do sistema GSM: ANOEVENTO 1982-1985 Inciodaespecificao por parte da CEPT de um padro de telecomunicaesdigitaleuropeunafaixade900MHz, denominado GSM. 1986Escolha do TDMA FDMA como tecnologia de transmisso. 1987 Operadorasde12pasesassinamumMemorandode Comprometimento, para implantao do GSM at 1991. 1988 CEPTdefineespecificaesdoGSMparaimplementao em fases. 1989ETSI assume a responsabilidade pela especificao do GSM. 1990Fabricantes comeam a desenvolver equipamentos de rede. 1991Incio da padronizao do GSM 1800 MHz. 1992Lanada primeira fase comercial de redes GSM. Definido primeiro acordo de roaming internacional entre a Telecom da Finlndia e a Vodafone da Inglaterra. 1993GSM passa a ter 70 pases signatrios. Lanado sistema DCS 1800 na Inglaterra. 1993Nmero de usurios chega a 3 milhes. 1995Desenvolvida nos EUA a especificao para Servios de Comunicao Pessoais (PCS), verso do GSM para a faixa de 1900MHz. 1998Rede GSM com um total de 253 membros em mais de 100 pases com 70 milhes de usurios no mundo. 2000Definio no Brasil da faixa de 1800MHz para a implantao do SMP e conseqente uso do GSM. Tabela 2.1-1Histrico GSM 3EstimplementadonosistemaGSMumbancodedadosdeequipamentos,ondeesto cadastradososterminais.Havendoalgumproblemacomumaparelho(transceptor)esteno realizarnenhumaoperaonaredemesmoestandoligadoaumSIMcardvlido.Issocobeo roubo e fraude de terminais, aumentando ainda mais a segurana do sistema. 20 Asespecificaesdosistema GSMforamdesenvolvidasemfases, cada uma compreendendo uma nova gama de servios. FASE 1 Nesta primeira fase, foram implementados os seguintes servios: Telefonia de voz. Roaming internacional. Servios bsicos de fax/dados (at 9,6bit/s) Direcionamento e Bloqueio de chamadas. Servio de Mensagem Curta. FASE 2 Nesta fase foram adicionadas as seguintes facilidades: Aviso de tarifao. Identificao de chamada. Chamada em espera. Chamada em conferncia. Grupos de usurios fechados. Capacidades de comunicao de dados adicionais. FASE 2+ Afase2+,queestsendoatualmenteimplementada,permiteuma integraodosistemacomumarededepacotes.Arededepacotesvoltada somenteparadadoscoexisteparalelamentecomarededecomutaode circuitos que atende parte de voz do sistema. Estaevoluopermitirumaampliaoconjuntodeserviosdedados oferecidospelasoperadoras.Estima-sequeosserviosdedadosiroseros maiores responsveis pela renda das prximas redes de sistemas mveis. Mltiplos perfis de servio. Planos de numerao privados. 21 E-mail,Internet,transfernciasdearquivosataxasrazoveis taxatericade144Kb/semambientecontrolado,atualmente alcanado de 50 Kb/s [REF 10]. Cooperao com GSM 1800, GSM1900 e o DECT. 2.2. Tecnologias GSM existentes: GSM 900 AbandadefreqnciaoriginalmentealocadaparaoGSM,eraade 900MHz (890-915 e 935-960 MHz). Em alguns pases uma versoestendida do GSM900foiutilizada,proporcionandocapacidadeextrarede.Estaverso chamada de E-GSM (880-915 e 925-960 MHz). GSM 1800 DCS 1800 Em1990,demodoaaumentaracompetioentreoperadoras,a Inglaterra requereu o incio de uma nova verso do GSM adaptada para a banda de 1800MHz. Licenas foram emitidas em vrios pases, incluindo o Brasil, e as redes esto em plena operao. As bandas alocadas so 1710-1785 MHz (Link Reverso) e 1805-1880 MHz (Link Direto).GSM 1900 PCS 1900 Em1995,oconceitodeServiosdeComunicaesPessoais(PCS)foi lanado nos EUA. A idia bsica permitir-se a comunicao pessoa-a-pessoa ao invs de estao-para-estao. Como o GSM 900 no poderia ser utilizado naAmricadoNortedevidoprviaalocaodefreqnciasde900MHz,foi lanado um sistema em 1900 MHz. As principais diferenas entre o padro GSM 900 e o GSM 1900 norte-americano que este suporta a sinalizao ANSI. 2.3. Estrutura bsica da rede GSM: Descreveremosaseguiraarquitetura,protocoloseinterfacesexistentes numaredeGSMpadro,comnfasenainterfacerdio.Nestepadrotantoo trfego de voz quanto o de dados so comutados por circuito. Devido s caractersticas inerentes a uma rede de comunicaes mveis, a estrutura requerida extremamente complexa.Nas redes celulares a carga de sinalizao alta devido natureza mvel dos terminais, exigindo uma srie de 22 procedimentosquenoexistemnaredefixatradicional.AredeGSMest divididaemtrsgrandessub-sistemasondecadaumpossuiumasriede elementosresponsveispelasdiversasatividadesnarede(trafegoe/ou sinalizao). A arquitetura da rede ilustrada na figura abaixo. Figura 2.3-1 - Elementos da Rede GSM 2.3.1.Swicthing System (SS): Responsvel pelo processamento da chamada e funes relacionadas ao assinante.Estesubsistemacompostopordiversoselementosderede,cujas funcionalidades so descritas a seguir. 2.3.1.1.MSC (Mobile Services Switching Center): Estaacentraltelefnicadosistemacelular,responsvelbasicamente por: Estabelecimento e controle de chamadas Atualizao da localizao do assinante em diferentes registros de localizao Atualizao dos dados do assinante Sub Sistema SS Sub Sistema BSS Sinalizao + Trfego Sinalizao 23 Funes que provm segurana: autenticao e cifragem Encaminhamento das mensagens curtas para os terminais Handover 2.3.1.2.VLR (Visitor Location Register): umbancodedadosprovisrioquecontmtodasasinformaes relacionadas aos terminais mvel que se encontram dentro da rea de atuao da MSC. Este bando de dados necessrio devido mobilidade dos terminais. A todo o momento diversos terminais que so originrios de outras MSC podem entrarnareadeatuaodeumaMSCvizinha.Paraqueesteterminalseja reconhecido no sistema, todos os seus dados devem ser passados para a nova MSC controladora, sendo armazenados neste banco de dados provisrio. 2.3.1.3.GMSC (Gateway Mobile Services Switching Center): Em uma rede GSM existe uma nica central gateway, que tem a funo de se interconectar com as outras redes de telefonia existentes.Esta central possui umbancodedadosassociadopermanente,denominadoHLR,queinforma GMSC em que central MSC dever ser entregue a chamada. 2.3.1.4.SMS-GMSC e SMS-IWMSC: EsteselementossoosresponsveispelocontroledoenviodeSMS.O primeiroelementopodereceberumamensagemcurtadocentrodeservio, interrogaroHLReentregaramensagemMSCondeseencontraoterminal queirreceberamensagem.Osegundoelementopodereceberuma mensagem originada em um terminal mvel e entreg-la ao centro de servio. 2.3.1.5.HLR (Home Location Register): abasededadosondeestoarmazenadastodasasinformaesde todos os assinantes. Nele tambm se encontra armazenadaa informao sobre aqueMSCestvinculadocadaterminalmvelativo.Essebancodedados possui registros permanentes dos terminais mveis. 24 2.3.1.6.AuC (Autentification Center) Temcomoprincipalobjetivoproverasinformaesnecessriasusadas pelaMSC/VLRnosprocedimentosdeautenticaoecifragem.Asseguintes informaes so geradas por este elemento: Nmero aleatrio RAND Signed response SRES Ciphering Key Kc QuandorequisitadopeloHLRoAucgeratripletosparacadaIMSIque depois so enviados ao VLR via HLR. 2.3.1.7.EIR (Equipment Identity Register) Tambm uma base de dados que armazena o IMEI(International Mobile IdentityEquipment)dostransceptores.Duranteoacessoaosistema,a MSC/VLRpodeconsultarestebandodedadosparaverificarseotransceptor que est sendo usado pelo SIM card est liberado. 2.3.1.8.FNR (Flexible Numbering Register): utilizadoparapossibilitarousodaportabilidadenumrica4eda flexibilidade numrica. FlexibilidadenumricaOMSISDNdousuriopassaanotermais relaocomumHLRespecfico.QuandoaGMSCenviaumamensagemde consulta ao HLR para obter informaes de um MSISDN especfico mensagem redirecionadaparaoFNRquedirecionaaoHLRcorreto(nocasodeoutra operadora) Portabilidade numrica Permite que o usurio mude de operadora sem terquetrocarseunmeroMSISDN.Aschamadasfeitasparaousurioso direcionadas para a operadora correta usando as informaes do FNR. 2.3.1.9.ILR (Internetworking Location Register) Este elemento possibilita oroaming automtico entre redes AMPS e GSM 1900. 4 Sua utilizao depende da prvia autorizao da agencia reguladora do pas onde esto sendo implantadas as redes de telefonia mvel. 25 2.3.2.Base Station Subsystem (BSS): Responsvel pelo gerenciamento e controle das funes relacionadas com o sistema rdio. 2.3.2.1.BSC (Base Station Controler): Este elemento no existe nos padres norte-americanos (AMPS,IS-136 e IS-95).responsvelporgerenciararederdiopodendoconterdiversos transceptores (BTS).A BSC centraliza a inteligncia das estaes base, com a vantagemdecontrolarumconjuntodeBTSqueficaapenasencarregadada transmisso na interface rdio. Esse desmembramento faz com que o custo de uma BTS caia significativamente. A BSC possui as seguintes funcionalidades: Configurao da rede rdio Controlar todos os TRU (transceptores rdio das BTS) Administrao e controle das BTS Controle das conexes com os terminais mveis Controla todas as funes rdio: medies, handover, etc 2.3.2.2.TRC (Transcoder Controler) responsvel pela compresso edescompresso da voz pela adaptao dataxadetransmissoemconexesdedados.Esteelementoestlocalizado entreaBSCeaMSCpossibilitandoumaeconomianosmeiosdetransmisso entre a BTS e a MSC. 2.3.2.3.BTSouRBS(BaseTransceiverStationouRadioBase Station) o equipamento rdio (TRU e antena) responsvel pelo funcionamento da interfacerdiocomoterminalmvelemcadacluladosistema.Possuias seguintes principais funcionalidades: Transmisso rdio, inclusive com frequency hopping; Recepodosinaldoterminalmvelcomequalizaoe diversidade 26 Mediesdealinhamentonotempo(osistemaGSMpossui sincronismo de transmisso com cada terminal mvel) Enviar informaes gerais do sistema para o terminal mvel Receber pedidos de acesso dos terminais mveis Multiplexao, codificao de canal, entrelaamento e cifragem. 2.3.3.Operational and Support System (OSS) Provacessoeresponsvelpelomonitoramentodefalhasnosdois sistemas acima. 2.3.3.1.Operation and Mantaince (OMC) Um OMC um centro de monitorao computadorizado que conectado a outros componentes da rede como MSC e BSC via enlaces de rede de dados X.25.NoOMC,recebe-seinformaosobreoestadodaredeepode-se monitorar e controlar uma variedade de parmetros do sistema. Dependendo do tamanho da rede, pode haver uma ou mais OMC. 2.3.3.2.Network Management Center (NMC) OcontrolecentralizadodeumaredefeitoemumCentrode Gerenciamento de Rede (NMC). necessrio somente um NMC para uma rede e este controla os OMC subordinados.2.4. Interfaces e Protocolos da Rede GSM: Entre cada elemento da rede existe uma interface prpria com protocolos especficos para a integrao dos elementos. Os protocolos so estruturados em camadascadaumacomfuncionalidadesespecficasimplementandodiferentes funes nos sistemas.A figura abaixo ilustra os vrios elementos da rede GSM com suas interfaces especficas 27 Figura 2.4-1 Interfaces da Rede GSM 2.4.1.Interface Rdio (Um): Ainterfacerdioaconexoentreoterminalmvelearede,possui apenasas3primeirascamadasdomodeloOSI/ISSO:acamadaderede (network layer), a camada deenlace (data link layer) e a camada fsica (physical layer).Nainterfacerdiotrafegamtantoinformaesdosusurios,quanto sinalizaodaredeparaoterminalmvel,quenecessriaparao funcionamentoadequadodosistema.Adescriodainterfacerdioser concentrada na camada 1 (camada fsica). Nesta camada somapeadas todas as mensagens provenientes das camadas superiores e os dados dos usurios.O sistema GSMpossuicomotcnicadeacessodousurioredeoNB-TDMA5 hbrido com FDMA. Nesta tcnica TDMA/FDMA [REF 1] cada portadora, podetransmitir(A)usuriosemintervalosdetempodiferentes6,ouseja,a diferenciaodecadausuriofeitaatravsdaportadoraedointervalode tempo permitido de transmisso.No GSM, ao contrrio do IS-136 [REF 6], cada terminal mvel possui seu prpriosincronismocomabasereduzindoaprobabilidadedesuperposio. Esse sincronismo individual denominado de timing advance. O TDMA prov um aumento de capacidade se comparado com a tcnica deacessotradicionalFDMAdossistemasanalgicosdeprimeiragerao. A 5 NB vem de narrow band indicando que o canal de faixa estreita.6 Esses intervalos de tempo so denominados time slots (TS) 28 figura abaixo mostra como o acesso compartilhado pelos diversos usurios no sistema GSM. A largura de cada portadora de 200 KHz tendo 8 canais fsicos por portadora (8 time slots chamadas de burst ou rajadas). Figura 2.4.1-1 - TDMA GSM Essatcnicadeacessomaiselaboradageraummaioroverheadde informaes de controle.Parapermitirabi-direcionalidadedoenlace,utilizadaatcnicade duplexaoporfreqncia(FDD),ondeoscanaisdiretoereverso(downlink e uplink) estoafastadosde45MHz.NoGSMosenlacesdiretoereversoesto ainda defasados temporalmente por trs time slots [REF 2]. Isso faz com que a transmissoereceponosejamsimultneasembora de forma transparente paraousuriodevidoaoscurtosintervalosdetempoenvolvidos.Pelofato destasoperaesnoocorremsimultaneamente,osterminaismveispodem dispensarousodeduplexadores,simplificandosignificativamentesua construo. Figura 2.4.1-2 Defasagem entre Canal Direto e Reverso 29 No GSM utilizada a modulao GSMK (Gaussian Minimum Shift Keying) com um produto BT = 0,3, correspondendo a uma eficincia espectral de 1,354 bits/Hz.Comestamodulaopermitetransmitirumataxabrutade270,8Kbps em um canal com 200 KHz de faixa. Comrelaopotnciadetransmisso,osistemaGSMmaisrobusto queosdemaissistemasanalgicosedigitais.Tm-seabaixoosnveisde potnciadetransmissodasBTSedosterminaismveis,tomando-se como exemplo equipamentos Ericsson [REF 2]: Tabela 2.4.1-1 - Parmetros de BTS GSM Tabela 2.4.1-2 - Terminais GSM 900 -104295 -104334-106373 -106392 Sensibilidade (dBm) Potncia de Sada (dBm) MS Power Class 2101 21022202 RBS 2 2 2-12 2 1 TRX / Ant. 400 400 1000 400 400 GSM 1800 400 400 600 400 400 GSM 900 -100 -107 -110 -110 -110 GSM 900 -100 -106 -110 -110 -110 GSM 1800 19 33 42 41 44,5 GSM 900 22 33 41 40 43,5 GSM 1800 GSM 1900 GSM 1900 GSM 1900 400-10022RBS 2401 400-10633RBS 2302 D 400-11040C+1 400-11043,5A Separao Mnima entre Portadoras (kHz) Sensibilidade (dBm) Potncia Mx. (dBm) CDU 30 Tabela 2.4.1-3 - Terminais GSM 1800 Tabela 2.4.1-4 - Terminais GSM 1900 Odetalhamentosobreestruturaoefuncionalidadesdainterfacerdio esto descritas no Apndice Estrutura dos Canais Lgicos. -104242 -104301 Sensibilidade (dBm) Potncia de Sada (dBm) MS Power Class -104301 Sensibilidade (dBm) Potncia de Sada (dBm) MS Power Class 31 Captulo 3.Conceitos gerais sobre repetidores 3.1. Introduo Oobjetivodainclusodeumelementoativonainterfacearea, basicamente,aumentarareaefetivadecoberturadeumaBTS.Existem diversassituaesnasquaisautilizaodorepetidorinteressante, especialmentesobopontodevistadereduodecustoserapidezna implantao.Orepetidor,devidosuaversatilidade,podeserincludoem diversosmomentosdaimplantaodarede,desdeetapasiniciaisna substituiodeBTSatemfasesmaisavanadasdeexpanso,visando reduo das reas de sombra existentes. Comoservisto,aescolhadotipoderepetidoraserutilizadodepende muitodascaractersticastopogrficas,morfolgicasesistmicas(tipode cobertura desejada), pois existem diferentes graus de penalidades associadas incluso do repetidor no sistema. Para cada situao existe um tipo de repetidor com caractersticas que iro melhor atender as necessidades do projeto. A arquitetura do enlace com repetidor simples, como ilustrado naFigura 3.1-1-Esquemabsicodeumsistemacomrepetidor).Noenlacediretoo repetidorcaptaosinalde umaBTSdoadora,oamplificaeretransmiteparaa nova rea de servio provendo cobertura. No enlace reverso o repetidor capta o sinal da unidade do usurio e o retransmite amplificado para a BTS. Entretanto ocorrem neste processo, diversos efeitos de degradaoque devem ser levados em considerao para que a operao do repetidor ocorra de forma satisfatria, afetando o mnimo possvel na qualidade da rede. Emgeralosrepetidores,permitemumasupervisoremotautilizando-se modem. Neste sentido, pode-se fazer monitoramento de alarmes e at gerncia do sistema, onde alguns parmetros podem ser alterados remotamente. Alguns repetidorespossibilitamaindaaobtenodeestatsticadetrfegocursado atravsdele.Estapossibilidadevitalparaqueapercepodefalhasno equipamentosejafeitapelaoperadoraenooriundadereclamaesde clientes. 32 Figura 3.1-1 - Esquema bsico de um sistema com repetidor A opo pela implantao ou no do repetidor depende, em linhas gerais, de duas consideraes [REF 2]: 1.A regio de interesse possui BTS com folga de trfego? OtrfegocursadonaspossveisBTSdoadoras(ouseforocaso,deum projetoinicial,otrfegoesperadonascandidatasaBTSdoadora)deveser inferior ao trfego mximo suportado, pois o repetidor possibilita um aumento na rea de cobertura sem, contudo, aumentar a capacidade de trfego. Caso a BTS doadoraestejaoperandoprximodoseulimitedecapacidadeoaumentona cobertura,irgerarumtrfegoadicionalquenopodersersuportado, acarretando num aumento no bloqueio das chamadas. 2.Os prazos de implantao so crticos? Como o repetidor no necessita de integrao rede de transmisso, sua infra-estrutura requerida simplificada, reduzindo assim o tempo de implantao do equipamento. 3.2. Caractersticas de Repetidores Os repetidores atualmente utilizados nos sistemas celulares constituem-se, basicamente, de um amplificador bi-direcional com filtros para evitarrecepo e transmisso de esprios. Osequipamentossoemgeralclassificadoscomrelaoadoisquesitos [REF 2]: tipo de filtragem e tipo de transmisso. Com relao ao tipo de filtragem tem-se: 1.Repetidores de banda larga (Broadband) Antena coletora Antena servidora RepetidorBTS BTS Doadora BTS 33 2.Repetidores seletivos em banda (Band Selective) 3.Repetidores seletivos em canal (Channel Selective) Com relao ao tipo de transmisso tem-se: 1.Repetidoresnafreqnciadetransmisso(OnFrequency Repeater) 2.Repetidorescomdeslocamentodefreqncia(Frequency Shifting Repeater) 3.Repetidorescomalimentaoporfibraptica(FiberOptic Repeater) Devidoscaractersticasdistintas,cadatipoderepetidorpossui desempenhodiferentecomrelaodegradaocausadanarede. Aseguir sero apresentados, para cada tipo de repetidor, suas principais caractersticas, limitaes e situaes onde so comumente utilizados. 3.2.1.Classificao quanto filtragem 3.2.1.1.Repetidor de faixa larga Esterepetidor,demaisbaixocusto,temcomocaractersticaamplificar todaafaixadefreqnciadeoperaodosistemacelular.Istofazcomque canais no pertencentes a BTS doadora sejam amplificados (incluindo canais de outrasoperadoras),aumentandoconsideravelmenteonveldeinterfernciana regioemtornodorepetidor.Outroproblemaapresentadoporestetipode repetidor o baixo ganho por canal e a maior probabilidade do amplificador ser saturado, devido aos diversos sinais de entrada. Por estes dois motivos sua instalao deve ser feitapreferencialmente em ambientes nos quais a isolaode outras fontes de sinais alm da BTS doadora seja grande, evitando uma maior degradao do sistema. Este tipo derepetidor pode ser implantado em projetos externos (outdoor) em reas isoladas, longe da influncia de muitas BTS, ou em ambientes internos (indoor). 3.2.1.2.Repetidores Seletivos em Banda Esterepetidorpossuicaractersticassemelhantesaodelargafaixa, apresentandobasicamenteosmesmosproblemascitadosnoitemanterior, 34 contudo permitem amplificar apenas a banda de uma operadora,evitando assim adegradao dedesempenhodosistemadeoutrasempresas. utilizado em reas urbanas com um planejamento cuidadoso para evitar a captao de sinais indesejados, e em projetos para ambientes interiores. 3.2.1.3.Repetidores Seletivos em Canal Neste tipo de repetidor somente so recebidos e amplificados os canais da BTS doadora. Este repetidor garante melhor desempenho, pois pelo fato de no haveramplificaodecanaisindesejados,humareduonadegradaodo sistema.EmgeralcadacanalpossuiumPA(poweramplifier)individual, fornecendoumgrandeganhodeamplificaoporcanal.No casodautilizao emumsistemacomsaltoemfreqncia(frequencyhopping),oconjuntode canais a ser amplificado deve conter todos os canais utilizados pela seqncia. Em contra-partida ao melhor desempenho, este tipo de repetidor mais caro que osdemaistendocustoprximoaodeumaBTScompleta.Suautilizao depende da anlise da a relao custo benefcio para a determinao da melhor soluo. 3.2.2.Classificao quanto transmisso 3.2.2.1.Repetidores de mesma faixa Este repetidorpode utilizar qualquer um dos trs processos defiltragem j descritos. Nestaclassederepetidores,ainterfaceareaentreaBTSeorepetidor trabalha na mesma freqncia de operao da interface repetidor-mvel. Osinal irradiadopelaBTSparaosterminaisdeusuriocaptadoporumaantena denominadadecoletora,filtrado,amplificadoeretransmitidopelaantena servidora do repetidor, que ir atender a rea de interesse. No sentido do enlace reverso o sinal proveniente do terminal mvel captadopelaantena servidora, amplificadoetransmitidopelaantenacoletoraparaaBTS.Osganhos introduzidos pelo repetidor nos enlaces direto e reverso podem ser configurados independentemente. Autilizaodeumamesmafreqnciadeoperaonasduasinterfaces areascriaumdelicadoproblemadeisolaoentreasantenascoletorae servidoradorepetidor.Apossibilidadedeacoplamentoentreasduasantenas 35 limitaoganhomximoutilizveltornandoaobtenodeboascondiesde isolaoentreasantenas,defundamentalimportncia.Nveisadequadosde isolaosoconseguidosatravsdaescolhaapropriadadasantenas(lbulos laterais e traseiros reduzidos) e de uma montagem eficiente. Em geral, este tipo derepetidorutilizadotambmlocaiscomboaisolaonaturalouem coberturas de ambientes interiores. 3.2.2.2.Repetidores de faixa deslocada Estetipoderepetidorsdisponvelcomfiltragemdecanalseletivoe consiste em duas unidades: Unidade BTS e Unidade Remota. AUnidadeBTS fica fisicamentecolocadana BTSdoadora, podendo ser conectado diretamente mesma utilizando-se acopladores direcionais. A funo desta unidade transladar as freqncias das portadoras da BTS doadoras para queatransmissoparaorepetidorocorraemumafreqnciadiferenteda utilizada pela BTS e pelo mvel. AUnidadeRemotadesempenhaafunoderepetidorpropriamentedita. A antena coletora recebe o sinal de freqncia f2 transladando-o novamente para afreqnciainicialf1.Osinalamplificadoeenviadoparaaantenaservidora, queproveracoberturadareadeinteresse.Oprocessoanlogoocorreno reverso, de modo a manter a interfacearea entre a BTS-repetidor trabalhando emumafreqnciadiferentedautilizadapeloterminalmvel.Aoperaoem freqnciasdiferentespermiteganhoselevadosnorepetidorporreduziro problema da isolao. Algunscuidadosdevemsertomadosparaqueautilizaodorepetidor com desvio de freqncia tenham desempenho satisfatrio: 1.Deve-se evitar que algum mvelutilize as freqncias f2 queesto sendo transmitidas entre a Unidade BTS e a Unidade Remota, pois istopodecausarumgrandeaumentonainterfernciadeuplink. Para isto utilizam-se antenas muito diretivas na Unidade BTS e na antenacoletoradaUnidadeRemota.Tambmnestainterface,os canais de controle possuem estruturas invertidas [REF 2] para que omvelnotenhacondiesdecaptaredecodificaroBCCH [apndice]. 2.Para que o isolamento entre as antenas receptora e servidora seja desprezvel,asfreqnciasf1ef2 devemserseparadas de uma 36 distncia de pelo menos 4 canais [REF 2] (800 KHz para o sistema GSM).Nestesentido,aescolhadafreqnciaf2deveser cuidadosaparaquenoocorranenhumadegradaoemBTS vizinhas, que podero estar utilizando f2 como um canal de voz ou atmesmodecontrole.Autilizaodeantenas diretivas tambm reduz os problemas desta natureza. 3.Osistemadedesviodefreqncianecessitadesincronizao, podendo ser utilizado o sinal GPS para garantir o sincronismo desta operao. Pelo fato de permitir altos ganhos e de ser canal seletivo, este repetidor o maisrecomendadoparaaplicaesoutdoor,ondecritriosdedegradaoe isolao so crticos. Por outro lado seu custo bastante elevado A figura abaixo mostra, de forma esquemtica, este tipo de repetidor. Figura 3.2.2.2-1 - Esquema bsico de repetidor defreqncia deslocada 3.2.2.3.Repetidores pticos Os repetidores pticos possuem uma interface de transmisso ptica entre aBTSeaestaoremota.Estetipodeequipamentotambmpossuiduas unidades:aUnidadeCentral(master)eaUnidadeRemota(remote),queir cobrirareadesejada.Essetipoderepetidorpodeserutilizadocom qualquer tipo de filtragem, sendo os mais comuns repetidores de banda seletiva.Antena BTS AntenaColetora Antena Servidora Remota Unidade da BTS BTS 37 A Unidade Central responsvel por converter o sinal proveniente daBTS doadora em sinal ptico, que ser transmitido at aunidade remota (repetidora). Omesmoocorrenoenlacereverso(uplink),ondesinaisprovenientesdo repetidor so transformados em sinais pticos para serem enviados para aBTS doadora. As vantagens deste tipo de repetidor so claras: as perdas na transmisso para o repetidor so baixssimas, permitindo que vrias estaes repetidoras (a estao central permiteligaocommaisdeumaremota)sejamcolocadas a distncias razoveis da BTS doadora. Pelo fato de um dos enlaces ser ptico, a maioria das penalidades acarretadas pelo uso do repetidor reduzida. Omaiorutilizaodestetipoderepetidornacoberturadeambientes indoor, pois as estaes remotas podem ser espalhadas pelo ambiente sem que hajamuitaperdanosenlaces.Autilizaodestesrepetidoresemambientes externos , em geral, economicamente eoperacionalmente complicada, pois h a necessidade da passagem de fibra pela rua, o que onera o projeto e aumenta o seu tempo de implantao. Figura 3.2.2.3-1 - Esquema bsico de repetidor ptico 3.3. Isolao entre antenas do repetidor Quando duas antenas so colocadas muito prximas uma da outra, ocorre um fenmeno denominadoacoplamento entre as antenas, onde ambas passam a trabalharem conjunto, tendo seus diagramas individuais alterados devido ao acoplamento formando ento um novo diagrama. Embora este efeito seja muito til na construo de conjuntos de antenas emdiversasaplicaes,quandoasantenasquetrabalhamcomfinalidades BTS Doadora Antena Servidora Fibra pticaUnidade Remota BTS Master BTS 38 diferentes so colocadas prximas, o efeito pode ser negativo destacando-se a alterao indesejada nos diagramas de radiao, interferncia alta e, no caso de repetidores, uma realimentao que causa sria degradao do desempenho do sistema.Esteproblemamaisgravequandoasantenastrabalhamnamesma freqncia.Nocasoderepetidoresdeslocadosemfreqncia(shift frequency repeaters),oproblemaamenizado.Afiguraabaixoilustraoproblemada realimentao. Figura 3.3-1 - Efeito de realimentao em repetidores Casoosinalprovenientedaantenaservidorachegueantenacoletora (que capta sinal proveniente daBTS doadora) com intensidade prxima ao sinal recebido pela prpriacoletora, pode ocorrer aauto-oscilao do repetidor. Para garantir que a realimentao no degrade o desempenho do sistema, o repetidor devesermontadodemodoaseobterumaisolaomnimaentreaantena servidoraeacoletora.Paraassegurarumbomdesempenho,o valordesta isolao deve ser igual ao ganho do repetidormais uma margem entre 5-15 dB [REF 2]. 3.4. Efeitos de Saturao do Amplificador Todo amplificador possui uma faixa dinmica limitada em que sua resposta linear. A operao na regio no linear provocaconverso AM/PM [REF 5] no caso de uma portadora e intermodulao no caso de mais de uma portadora. Sero descritos a seguir os efeitos de saturao do amplificador para cada tipo de repetidor. Sinal da antena servidora captado pela antena coletora realimentao Antena coletora BTSRepetidor Antena Servidora BTS Doadora BTS 39 3.4.1.Repetidores de Banda Larga/Banda Seletiva: Nestes tipos de repetidor, os sinais de diversos canais em conjunto com os canais daBTS doadora, causam dois importantes efeitos na qualidade do sinal amplificado: Operao na regio no linear do amplificador Reduo na amplificao por canal. 3.4.1.1.Efeitos no enlace direto DadoumnmerodeportadorasdaBTSdoadora,oamplificadordo repetidor possui uma potncia mxima deentrada que garante sua operao na regio linear.Contudo, os sinais externos recebidos pelo repetidor, podem lev-loaoperaremsuaregionolinearacarretandodistoresdosinale degradaesdedesempenhodarede,emespecialseesterepetidortiver montagem externa. Pelo fato do amplificador ser de banda larga a probabilidade da recepo desinaisexternosalmdosdaBTSdoadora,aumentasignificativamente tornando-os pouco eficientes em regies densamente ocupadas por BTS. Como o amplificadorrecebeNcanaissimultaneamente,oganhomximo porcanal7funodonmerodecanaisativos.Emgeralnaregiolinear podemos aproximar o ganho por canal do repetidor pela expresso: ( ) N log 10 G ] dB [ GTOTAL porcanal eq. 3.4.1.1-1 Nocasodorepetidorseencontraremumambienteondehajaelementos interferentes (canais no pertencentes a BTS doadora chegando ao repetidor), a potnciadesadaporcanaldoamplificadordorepetidorreduzida[REF3], sendo dada por ( ) ( ) [ ]2N 3N Log 10ICI 221] dBm [ P23 eq. 3.4.1.1-2 7 Para o clculo desta expresso os canais indesejados foram desprezados, por este motivo o ganho calculado seria um ganho mximo o qual existe apenas se nenhum canal externo estiver chegando ao repetidor. 40 onde: (C/I)? arelaosinalrudonaentradadorepetidor,quantomaiorfor esta relao menor ser a potncia de sada do repetidor. Na falta de um valor calculado, utiliza-se o valor mnimo padro especificado para tecnologia.I3?Ponto de interceptao de terceira ordem do amplificador em dBm N?Nmero de canais da BTS doadora. Oganhoporcanaldecrescerapidamenteemfunodonmerode portadoras ativas e elementos interferentes. 3.4.1.2.Efeitos no canal reverso Basicamente ouplinkapresentaosmesmosproblemas enfrentados pelo downlink. Contudo este enlace possui uma maior complexidade, pois suas fontes irradiantes (terminais) esto em constante movimento. Terminais muito prximos podemlevarasaturaodoamplificadore/ouareduodoganhodeoutros terminais. Este efeito conhecido comonear-far effect. Existem alguns mtodos para se evitar estes problemas: Utilizaodeumlimitadordesinal:essasoluoutilizadaapenas nos repetidores de canal seletivo [REF 2] queutilizam um amplificador comum para todos os canais. Uso de antenas servidoras com diagramas horizontais estreitos: estes diagramas reduzem a probabilidade de que um usurio prximo esteja sendo servido pelo lbulo principal da antena. 3.4.2.Repetidores Canal Seletivo Existemdoistiposbsicosdestesrepetidores:noprimeirocadacanal possui seu prprio amplificador enquanto que no segundo caso existe apenas a separadafiltragemdoscanais,pormsuaamplificaorealizadaporum mesmo amplificador.Amplificadoresseparados? Aamplificaoseparadaemconjunto comafiltragemporcanal,melhoraemmuitoodesempenhodo repetidor.Tantoareduodonveldepotnciadesadaporcanal quanto a ocorrncia da saturao do seu amplificador, s ocorrem em 41 funodospossveissinaisco-canaisqueestejamchegandoao repetidor, reduzindo significativamente estes efeitos; Amplificadornico? Nestetipodeamplificaoonicoefeito reduzidoodossinaisexternosBTSdoadora.Contudo,comoa amplificaocompartilhada,areduodapotnciadesadapor canal ainda existe. 3.5. Parmetros tpicos de repetidores Oganhomximoderepetidoreslimitadopelanecessidadedeisolao entreasantenas.Pararepetidoresdemesmafreqncianecessriauma isolaomnimadeaproximadamente15dBacimadoganho[REF2,3].Como em montagens reais dificilmente se obtm isolaes superiores a 100 dB, estes repetidorestantodebandaseletivacomodecanalseletivo,apresentam tipicamenteganhomximode85dB.Jrepetidorescomdeslocamentoem freqncia, podem operar com ganhos da ordem de 100 dB [REF 2]. Parmetros tpicos de repetidores so mostrados na tabela abaixo: TipoPot. Mx. de Tx [dBm]Ganho Mximo [dB] Seletivo em Banda21/portadora85 Seletivo em canal3385 Seletivo em canal c/ deslocamento em freqncia 33100 Tabela 3.5-1 - Parmetros tpicos de repetidores 42 Captulo 4.Dimensionamento de enlaces com repetidores 4.1. Isolao entre as antenas 4.1.1.Clculo da isolao Os clculos realizados nesta sesso so aplicveis a repetidores que no deslocamafreqncia,ouseja,tantoaantenacoletoraquantoaservidora operamnamesmafreqncia.Nocasoerepetidorescomdeslocamentoem freqncia, razovel desprezar o efeito de realimentao. Figura 4.1.1-1 -Realimentao do Repetidor Paraoclculodaisolaodeve-secalcular,primeiramente,osinalde realimentaodorepetidor.Esteclculorealizadocombasenas caractersticasdemontagem,antenas,caboseganhodorepetidor.A equao abaixo [REF 3,4] mostra o nvel de sinal de realimentao: ( ) ( ), G L , G L A L 2 G S P12 R 0 21 T 2 1 max 1 R D RSre + + + + eq. 4.1.1-1 Utilizando a expresso da perda de espao livre ) MHz ( Logf 20 ) km ( Logd 20 4 . 32 ] dB [ L0+ + eq. 4.1.1-2 onde: A L1 L2 SRe Sinal de realimentao (RSSL) SD Sinal da Coletora (RSSL) 21 43 GT12(,)Ganhodetransmissodaantenaservidoranadireoda antena coletora SD Sinal Direto proveniente da BTS doadora GR1max Ganho mximo da antena coletora. GR21(,)Ganhoderecepodaantenacoletoranadireodaantena servidora L0 Perda por espao livre L1,2 Perda nos cabos PRsre Potnciadosinalderealimentao,oqualinteragecomosinal vindo da BTS doadora.Deseja-sequeonveldestesinalestejaabaixodosinalprovenienteda BTSdoadora(sinaldireto)porumadeterminadamargemdesegurana(M). Tem-se ento que: M P PRSre RSd+ eq. 4.1.1-3Logo, ( ) ( ) M , G L , G L A L 2 G S L G S12 R 0 21 T 2 1 max 1 R D 1 max R 1 D+ + + + + + eq. 4.1.1-4 onde: M Margem de segurana, aproximadamente 15 dB [REF 2]; PRSd Potncia recebida do sinal direto PRSre Potncia recebida do sinal realimentado. G1Rmax Ganho mximo da antena coletora GT21 (,)Ganhodetransmissodaantenaservidoranadireoda antena coletora GR12 (, ) Ganho de recepo da antena coletora na direo da antena servidora. Definindo-se a isolao como: ( ) ( ) + + , G L , G L L ] dB [ I12 R 0 21 T 2 1eq. 4.1.1-5 44 tem-se M I A eq. 4.1.1-6 Onde: A Ganho do Repetidor I Isolao entre antenas M Margem de segurana entre o sinal direto e o realimentado. Asequaesacimamostramqueaamplificaomximapermitidano repetidor est ligada diretamente com a isolaoatingida entre as antenas. Esta isolaomede,basicamente,asperdasnatransmissodosinaldaantena servidoraqueparaaantenacoletora,sinalestequeprovocaofenmenoda realimentao.A montagem adequada do repetidor, em conjunto com a escolha adequada dasantenas,queirogarantirumbomnveldeisolao,permitindoa utilizao de ganhos elevados pelo repetidor.4.1.2.Fatores adicionais de isolao Existemcertascircunstnciasondeamontagemdorepetidornoprov uma isolaoadequada. Para a obteno do aumento desta isolao podem-se utilizar telas metlicas vazadas (com aberturas inferiores a/10), que causaro umefeitodeblindagemaumentandoaisolao.utilizadaumatelacomesta abertura, pois esta ter aproximadamente o mesmo desempenho de uma placa de contnua. Neste caso a isolao dada por: ( ) ( ) ( )Bl i ndagem 12 R 0 21 T 2 1L , G L , G L L dB I + + + + eq. 4.1.2-1 Oclculodablindagemprovidapelaplacametlicanosimples, e seu efeito depende das dimenses e do posicionamento da blindagem com relao antena.Emgeralasuacontribuionoaumentodoisolamento,levantada atravs de medies diretas em campo (ver item 5.3.8).Na prtica, a utilizao de blindagem gera uma isolao adicional entre 10-15 dB [REF 11]. Pode-se colocar blindagem em uma das antenas, ou em ambas. 45 Em aplicaes indoor, a isolao aumentada pela perda de penetrao, que varia de acordo com o tipo de construo.A perdade penetrao tpicafica em torno de 18-20 dB. Neste caso, a isolao total dada por: ( ) ( ) ( )penetrao Blindagem 12 R 0 21 T 2 1L L , G L , G L L dB I + + + + + eq. 4.1.2-2 Naprtica,emprojetosindoorosproblemasdeisolaonoacarretam reduo de desempenho do repetidor. 4.1.3.Consideraes adicionais sobre a isolao Osclculosefetuadosnassessesanteriorespossuemlimitaese cuidados para seus valores, sejam coerentes com os medidos em campo. No clculo da isolao, mesmo em campo distante, recomenda-se utilizar asenvoltriasdosdiagramas(clculopessimista),poisosvaloresfornecidos para os nulos dos diagramas so discutveis, dado que sua existncia parte do pressuposto que a antena no teve nenhum desvio na fabricao.Paraaobtenodeumaisolaoadequada,a escolhadasantenas do repetidormuitoimportante.Paraaantenacoletora,deve-seutilizaralgum modeloquetenhaaltoganho,altarelaofrentecostasepequenoslbulos laterais. Para a antena servidora, devido sua funcionalidade, deve-se escolher antenas com melhor relao frente costa possvel. Em geral, antenas de painis possuem esta caracterstica. 4.2. Aumento da Interferncia co-canal Ainterfernciaco-canalumefeitoinerentedossistemascelulares,que operamcombasenoreusodefreqncia.Adegradaocausadaporesta interfernciaoprincipalfatorlimitantedoaumentodecapacidadedestes sistemas.O controleadequadodosnveisdeinterfernciaessencialparaa obteno de um sistema de alta capacidade, caracterizado pela utilizao de um baixo fator de reuso. Nestessistemasqualqueraumentodainterferncia,podelevarasrias limitaesdedesempenho.Porisso,aimplantaoderepetidoresdeveser analisadacuidadosamentetendo-seemmenteoimpactoqueeste causar na degradao da relao C/I. 46 Os repetidores causam aumento de interfernciatanto nos enlaces diretos (donwlink)quantonosenlacesreversos(uplink). Contudo,noenlacereverso quepodemapareceraspioresdegradaes,devido diretividadedaantena coletora do repetidor [REF 2]. O aumento dainterferncia no sistema est diretamenteligado ao tipo de repetidor e a sua aplicao. Tipicamente repetidores de uso interno (indoor), pelo fato de possurem um isolador natural, possuem nveis de degradao no enlace direto mais controlado, geralmente desconsiderados em projetos. Repetidores de uso externo (outdoor), so bem mais sensveis interferncia. Aseguirseranalisadooimpactonoaumentodeinterfernciaspelo uso de repetidores externos (outdoor), para cada tipo de repetidor e sua aplicao. 4.2.1.Repetidores de Banda Larga (broadband repeaters) Estetipoderepetidor,emtodosossentidosoqueapresentapior desempenho. Como equipamento amplifica toda a banda A e B so gerados dois problemas: 1.Aamplificaodossinaisdaredeconcorrentepodeprovocarproblemas graves para a outra operadora, pois a princpio nada se conhece sobre o seu planejamentodefreqncias.Osnveisdeinterfernciageradospodem causar quedas de chamadas em uma vasta rea em torno do repetidor. 2.Esterepetidortambmamplificatodaabandadeoperaodaoperadora queestiverutilizandoesteequipamento.Comissoalmdeamplificaros canaisprovenientesdacoletora,recebepossveissinaisinterferentesde outrasBTSquechegamfracos,amplificando-oseretransmitindo-os, causandoaumentosnonveldeinterfernciadedownlink.Agravidadeda degradao anloga no enlace direto (uplink). 4.2.1.1.Clculo da interferncia no enlace direto (downlink) OrepetidorrecebeMsinaisinterferentes,amplificando-osere-emitindo paraareadeinteressedecobertura.Nesteprocessohclaramenteuma penalidadenasrelaesC/Iemtornodorepetidor.Afiguraabaixoilustrao impacto deste tipo de repetidor nos nveis de interferncia. 47

Figura 4.2.1.1-1 -Interferncia Canal Direto Repetidor Banda larga Pelo fato deste repetidor possuir um amplificador de banda larga, qualquer sinalquenelechegaamplificadoetransmitido.NestecasoqualquerBTS passaaterduasfontesdeinterferncia,umadiretaeoutrarealimentadapelo repetidor, independentemente destas serem co-canais ou no a BTS coletora. Metodologia de clculo: Para cada ponto do cenrio, identifica-se qual a BTS a melhor servidora (caracterizadopelomaiornveldesinalnoponto).Calcula-seento, para este pontoespecfico,ainterfernciaprovenientedasBTSco-canaismelhor servidora (IBTS) e, em seguida, calcula-se a interferncia proveniente do repetidor (IRep). A interferncia total ser a soma de ambas interferncias como mostrado abaixo: 1]1

+ 10] [110] [Pr10 10 10 ] [dBm IMidBm ITOTALimo iLog dBm Ieq. 4.2.1.1-1 ParaadeterminaodeIBTS calcula-seasomadacontribuiode interferncia de cada BTS co-canal a melhor servidora do ponto em questo. 11]1

M1 k10] dBm [ IBTSK10 Log 10 ] dBm [ I eq. 4.2.1.1-2 1 63 4 2 5 7 1 63 4 2 5 7 48 O clculo donvel de interferncia proveniente da k-sima BTS co-canal realizado segundo a equao abaixo: ( )opagaoKJ Pr adicionalK caboK TxK TBTSk kL L L , G ] dBm [ P ] dBm [ I + eq. 4.2.1.1-3 onde: IK?Interferncia da k-sima BTS co-canal PTBTSk ?Potncia de transmisso da k-sima BTS co-canal GTxK ? Ganhodak-simaBTSco-canalnadireodopontoondeest sendo calculada a interferncia. LcaboK?Perda no cabo da k-sima BTS co-canal LadicionalK? Perdasadicionaisdak-simaBTSco-canal(splitters, acopladores, etc...) LpropagaoK ?Perda de propagao do sinal da k-sima BTS co-canal at o ponto em questo. Para o clculo de IRep deve-se calcular a potncia com que cada BTS co-canal chega ao repetidor. A partir desse valor determina-se a potncia de sada do sinal interferente do repetidor e o valor de interferncia no ponto em questo. O nvel de sinal interferente que chega ao repetidor calculado segundo a equao abaixo: ( )opagao Pr k adicional k cabos k TXk TBTSk KL L L , G ] dBm [ P ] dBm [ RSSL + eq. 4.2.1.1-4 onde: RSSLK? nveldesinaldak-simaBTSco-canalnaentradadaantena coletora do repetidor PTBTSk ?Potncia de transmisso da k-sima BTS co-canal GTxK ?Ganhodak-sima BTS co-canal na direoda antena coletora do repetidor Lkcabos?Perda nos cabos da k-sima BTS co-canal Lkadicional? Perdasadicionaisdak-simaBTSco-canal(splitters, acopladores, etc...) 49 Lkpropagao? Perdadepropagaodosinaldak-simaBTSco-canalo repetidor A equao abaixo determina, para cada BTS co-canal o nvel de sada do seu respectivo sinal do repetidor: ( )adicional cabos rep k k coletora K TkL L G G RSSL ] dBm [ P + + eq. 4.2.1.1-5 onde: PTk? potnciadetransmissodak-simaBTSco-canalnasadado repetidor RSSLK? nveldesinaldak-simaBTSco-canalnaentradadaantena coletora do repetidor Gcoletora(kk) ?Ganho da antena coletora na direo da k-sima BTS co-canalGrep ?Ganho do repetidor Lcabos?Perda nos cabos do repetidor Ladicional?Perdas adicionais no repetidor (splitters, acopladores, etc...) O nvel de Irep calculado ento segundo as equaes abaixo: ( )opagao Pra Txservidor Tk repkL , G ] dBm [ P ] dBm [ I + eq. 4.2.1.1-6 11]1

M1 k10] dBm [ Ip Repk Re10 Log 10 ] dBm [ Ieq. 4.2.1.1-7 onde: IRepk? valordeinterfernciacalculadaparacadaBTSco-canal que tem seu sinal amplificado pelo repetidor. PTk? potnciadetransmissodak-simaBTSco-canalnasadado repetidor GTxservidora(kk) ? ganhodaantenaservidoradorepetidornadireodo ponto onde est sendo calculada a interferncia. Lpropagao? perdadepropagaodorepetidoratopontodeclculode interferncia. 50 Este tipo de repetidor pode ser visualizado como uma nova BTS colocada nocenrio,possuindotodososcanaisdetransmisso sendotransmitidos com potnciasdistintas,emfunodos cadanveisdesinalinterferentenaentrada do repetidor. Em ambientes urbanos a degradao causada por este tipo de repetidor quaseproibitiva.Orepetidordebandalarga,assimcomoo repetidor de banda seletivautilizadopreferencialmenteemambientesindoor.Autilizao destes repetidores em ambiente externos s vivel caso estes forem implantados em ambientes controlados (isolados), onde os nveis de interferncia ficam restritos. 4.2.1.2.Interferncia de Uplink: Da mesma forma que os nveis de interferncia do canal direto (downlink) aumentada,ainterfernciadocanalreverso(uplink)tambmsofreum aumento, podendo ser fortemente degradada. Estainterfernciaocorrepelofatodaantenacoletoradorepetidortera possibilidadedetransmitirsinaisparaumaBTSco-canalBTSdoadora.Em geral,quandoestetipodeinterfernciaocorreintensa,devidoaosaltos ganhos da antena coletora dos repetidores. Nocasoderepetidoresembandalargaasituaoaindamaiscrtica, pois como este amplifica toda a banda de operao, qualquer terminal que esteja transmitindonasproximidadesdorepetidorpodeterseusinalcaptado, amplificadoetransmitidonocanalreverso(uplink).Sendo,assimalmdas basesco-canaisseremdegradadas,qualquerbasepodeservtimade interfernciaseumeventualsinaldeummvelco-canalforcaptadopelo repetidor.Afiguraabaixomostracomoorepetidordegradaainterfernciade uplink. Figura 4.2.1.2-1 -Interferncia Canal Reverso Repetidor Banda Larga BTS VtimaBTS DoadoraRepetidor 51 Quando o repetidor estiver montado no topo de um prdio, a base A estar comumnovocenriodeinterfernciadeuplink.EstabaseveromvelD atravsdorepetidor8comperdadepropagao aproximadamenteigual de espao livre devidograndeprobabilidadedorepetidorestaremvisadadireta com a base co-canal.Nocasoderepetidoresembandalarga,oriscoaumentado drasticamente, pelo fato de que qualquer base prxima poder ser co-canal. O clculo de interferncia de canal direto realizado calculando-se o nvel de sinal recebidopela BTS vtima devido transmisso de sinal de um repetidor (E). O clculo do nvel de sinal na entrada da antena da BTS vtima realizado segundo a equao abaixo: ( )opagao Pr Tx Te IEL , G ] dBm [ P ] dBm [ RSSLE + eq. 4.2.1.2-1 onde: RSSLIea ?nvel de sinal interferente na entrada da antena BTS vtima. PTe ?potnciade transmisso do repetidor no enlace reverso (uplink) GTxE(,)? ganhodetransmissodaantenacoletoranadireodaBTS vtima. Lpropagao ?perda de propagao do repetidor at a BTS vtima. O clculo do nvel de potncia interferente recebida realizado segundo a equao: ( )cabos RBTS IE vitimaL G dBm RSSL dBm I + , ] [ ] [eq. 4.2.1.2-2 onde: Ivitima ?nvel de sinal interferente na BTS vtima RSSLIe ?nvel de sinal interferente na entrada da antena BTS vtima. PTe ?potnciade transmisso do repetidor no enlace reverso (uplink) GRBTS(,) ?ganho de recepo da BTS vtima na direo do repetidor. 8 Esta analogia pode ser usada para aumentar o entendimento da interferncia de downlink. No caso, o mvel D v a base A atravs do repetidor. 52 4.2.1.3.Limitaes no Clculo de Interferncia do Canal Reverso Emgeral,clculosdeinterfernciadecanalreversonosorealizados pelasferramentasdepredio,poiso problemadeinterfernciauplinkde natureza complexa, dado que os elementos geradores de interferncia (terminais mveis)transmitemesemovimentamdeformaaleatrianocenrio.Issofaz com que as diversas BTS sejam afetadas de forma independe, vinculada apenas aos nveis de sinal que chegam no repetidor. Uma anlise vivel de ser realizada ada potencialidadedeinterferncia de canal reverso. Como em geral as antenas coletoras do repetidor so diretivas, asverificaessofeitasanalisando-seaexistnciadeBTSco-canaisaos mveisquetransmitemparaorepetidordentrodolbuloprincipaldaantena coletora do repetidor. Casoexistam, o risco de interferncia de canal reverso grande, devido aos ganhos elevados desta antena9. A avaliao desse potencial de interferncia pode ser um fator decisivo no posicionamentodaantenacoletoraenaescolhadaBTSdoadora.Deve-se procurarumaconfiguraoqueminimizeopotencialdeinterferncianocanal reverso. Em regies povoadas demuitas BTS nem sempre um posicionamento adequadopossvel. Neste caso,deveserutilizadoumrepetidorseletivoem canal. 4.2.2.Repetidores Seletivos em Banda (Band Selective Repeaters) Estesrepetidoressamplificamumabandadeoperao,evitandoassim transtornoscomempresasconcorrentes.Contudo,pelofatodeamplificarem toda a banda de operao da operadora que o utiliza,os clculos e comentrios apresentadosnaseoanterior(repetidoresembandalarga)seaplicam para este tipo repetidor.4.2.3.Repetidores Seletivos em Canal (Channel Selective Repeaters) O repetidor seletivo em canal, em termos de degradaopor interferncia, opera de uma forma muito mais eficiente. Este equipamento s amplifica canais especficosdaBTSdoadora.Comisso,apenasasBTSco-canaisteroo desempenho afetado. 9 A reduo da interferncia depende do tipo de antena utilizada, em especial da forma dos lbulos secundrios desta. 53 Asmetodologiasdeclculosomuitosemelhantessutilizadasno repetidordebandalarga.Contudo,pelomenornmerodecanaisamplificados (apenasosco-canais),osnveisdeinterferncia(eadegradaocausada) sero bem mais amenos. 4.2.3.1.Interferncia de Downlink: Apenas as BTS co-canais tero seus sinais amplificados, estando ento as outras BTS vizinhas isoladas da influncia do repetidor.A figurailustra a nova situao com repetidor de canal seletivo Figura 4.2.3.1-1 -Interferncia Canal Direto Repetidores Seletivos em Canal A BTS 1 possui um repetidor, o usurio da BTS 1 recebe interferncia co-canal proveniente de duas fontes: Interferncia direta proveniente da BTS co-canal; SinaldaBTSco-canalquepassapelorepetidor,amplificadoe novamente irradiado causando uma segunda fonte de interferncia. Osnovosnveisdeinterferncianodownlinktambmserosodados pela soma da interfernciadas BTS co-canais (IBTS) com os sinais interferentes gerados pelo repetidor (IRepetidor). A interferncia das BTS dada por: 1 6 3 4 2 5 7 1 6 3 4 2 5 7 54 11]1

M1 k10] dBm [ IBTSK10 Log 10 ] dBm [ I eq. 4.2.3.1-1 O clculo donvel de interferncia proveniente da k-sima BTS co-canal realizado segundo a equao abaixo: ( )opagaoKJ Pr adicionalK caboK TxK TBTSk kL L L , G ] dBm [ P ] dBm [ I + eq. 4.2.3.1-2 onde: IK?Interferncia da k-sima BTS co-canal PTBTSk ?Potncia de transmisso da k-sima BTS co-canal GTxK ? Ganhodak-simaBTSco-canalnadireodopontoondeest sendo calculada a interferncia. LcaboK?Perda no cabo da k-sima BTS co-canal LadicionalK? Perdasadicionaisdak-simaBTSco-canal(splitters, acopladores, etc...) LpropagaoK ?Perda de propagao do sinal da k-sima BTS co-canal at o ponto em questo. Para o clculo de IRep deve-se calcular a potncia com que cada BTS co-canal chega ao repetidor, a partir desse valor determina-se potncia de sada do sinal interferente do repetidor e o valor de interferncia no ponto em questo. O nvel de sinal interferente que chega ao repetidor calculado segundo a equao abaixo: ( )opagao Pr k adicional k cabos k TXk TBTSk KL L L , G ] dBm [ P ] dBm [ RSSL + eq. 4.2.3.1-3 Onde: RSSLK? nveldesinaldak-simaBTSco-canalnaentradadaantena coletora do repetidor PTBTSk ?Potncia de transmisso da k-sima BTS co-canal GTxK ?Ganhodak-sima BTS co-canal na direo da antena coletora do repetidor Lkcabos?Perda nos cabos da k-sima BTS co-canal 55 Lkadicional? Perdasadicionaisdak-simaBTSco-canal(splitters, acopladores, etc...) Lkpropagao? Perdadepropagaodosinaldak-simaBTSco-canal o repetidor Aeq.abaixocalculaparacadaBTSco-canalonveldesadadoseu respectivo sinal do repetidor: ( )adicional cabos rep k k coletora K TkL L G G RSSL dBm P + + ] [eq. 4.2.3.1-4 onde: PTk? potnciadetransmissodak-simaBTSco-canalnasadado repetidor RSSLK? nveldesinaldak-simaBTSco-canalnaentradadaantena coletora do repetidor Gcoletora(kk) ?Ganho da antena coletora na direo da k-sima BTS co-canalGrep ?Ganho do repetidor Lcabos?Perda nos cabos do repetidor Ladicional?Perdas adicionais no repetidor (splitters, acopladores, etc...) O nvel de Irep calculado ento segundo as equaes abaixo: ( )opagao Pra Txservidor Tk repkL , G ] dBm [ P ] dBm [ I + eq. 4.2.3.1-5 11]1

M1 k10] dBm [ Ip Repk Re10 Log 10 ] dBm [ I eq. 4.2.3.1-6 onde: IRepk? valordeinterfernciacalculadaparacadaBTSco-canal que tem seu sinal amplificado pelo repetidor. PTk? potnciadetransmissodak-simaBTSco-canalnasadado repetidor GTxservidora(kk) ? ganhodaantenaservidoradorepetidornadireo do ponto onde est sendo calculada a interferncia. Lpropagao? perdadepropagaodorepetidoratopontodeclculode interferncia. 56 4.2.3.2.Interferncia de uplink: Orepetidorseletivoemcanaltambmapresentamelhordesempenhona degradao por interferncia de uplink do que os demais repetidores. Novamente,pelofatodeshaverrecepoeamplificaodecanais pertencentesaBTSdoadora,onmerodepossveisBTSvtimascai significativamentereduzindo-seapenassBTSco-canaisBTSdoadora.A escolhadoposicionamentodaantenacoletora,paraambientespovoadosde muitas BTS, de mais fcil realizao. O algoritmo de clculo tambm ao do repetidor de banda larga. ( )opagao Pr Tx Te IEL , G ] dBm [ P ] dBm [ RSSLE + eq. 4.2.3.2-1 onde: RSSLIea ? nveldesinalinterferentenaentradadaantenaBTSco-canal vtima. PTe ?potnciade transmisso do repetidor no enlace reverso (uplink) GTxE(,) ?ganho de transmisso da antena coletora na direo da BTS co-canal vtima Lpropagao ?perda de propagao do repetidor at a BTS co-canal vtima. O clculo do nvel de potncia interferente recebida realizado segundo a equao abaixo: ( )cabos RBTS IE vitimaL , G ] dBm [ RSSL ] dBm [ I + eq. 4.2.3.2-2 onde: Ivitima ?nvel de sinal interferente na BTS co-canal vtima RSSLIe ? nveldesinalinterferentenaentradadaantenaBTSco-canal vtima. PTe ?potnciade transmisso do repetidor no enlace reverso (uplink) GRBTS(,)? ganhoderecepodaBTSco-canalvtimanadireodo repetidor. 57 4.2.4.Tcnicasparareduodadegradaoporinterfernciaco-canal Nocasoderepetidoresbandalarga,devidossuascaractersticasde amplificao, a utilizao em meios urbanos s factvel em locais especficos onde, onde o mesmo possa ser isolado. Pararepetidoresseletivosemcanal,asseguintesmedidaspodemser tomadas para se atenuar ao mximo interferncia no sistema: UtilizarBTSdoadorasbaixas[REF2],paraqueaantenacoletora do repetidorpasseasermontadabaixae/oucomdowntilt.Desta forma evita-se queadireodeganhomximoestejaalinhada com alguma outraBTSco-canal,reduzindo-seassimapotencialidadede interferncia de canal reverso; Utilizaratenuadoresparaqueonveldesinalnouplinknoseja grande,evitandoassimasaturaodoreceptordaBTSdoadorae reduzindo os nveis de interferncia gerados; Autilizaodeantenascoletorasdiretivascomlbuloslaterais reduzidos (ex: antenas parablicas com supressor de lbulos laterais). Autilizaodestetipodeantenastambmreduzasinterfernciasde canal reverso para repetidores da banda larga; Escolhaadequadadasantenasservidoraseseusposicionamentos podereduzironveldeinterfernciadocanaldireto(downlink), sem, contudo,comprometeracoberturadesejada.Emgeralsoutilizadas antenas painel. 4.3. Dissensibilizao dos Receptores: A incluso do elemento repetidor no enlace BTS-mvel, traz tambm uma degradaonoslimiaresderecepo.Estefenmenoconhecidocomo dissensibilizao dos receptores [REF 2]. O aumento do limiar derecepo resultado do aumento no rudo trmico do sistema. Esse aumento causado pela incluso do novo elemento ruidoso no enlace (repetidor). Essa alterao na configurao original do enlace resulta num limiar de recepo mais alto para uma mesma taxa de erro de bits. 58 Adissensibilizaoocorretantonoenlacedireto(downlink)quantono enlace reverso (uplink). Contudo, ser visto que o maior efeito ocorre no enlace reverso (uplink). Paraefeitodecontabilizaodorudo(noisebudget),enlacescelulares queutilizamrepetidorespodemseranalisadosdeformaanlogaaosenlaces satlites (onde o repetidor o prprio satlite).OsenlaceentreBTSerepetidoreentrerepetidoreterminaldousurio esto acoplados e a relao sinal-rudo em cada trecho influi na composioda relaosinal-rudototal.Esseacoplamentosedevepelofatodorepetidorno possuirumprocessamento(regeneraodosinal),fazendocomqueosrudos dos enlaces se acumulem.Ametodologiadeclculopermiteaobtenodarelaosinal-rudototal, paraocasogenricodemaisdeumrepetidor.Afiguraabaixoilustrao acoplamento.

Figura 4.3-1 -Tpico Enlace com Repetidor ParaoenlaceBTS-terminalatravsdorepetidoroperesatisfatoriamente suarelaosinal-rudo(C/N)totaldeveestaracimadeumdeterminadovalor crtico denominado de (C/N)crtico. crtico TotalNCNC

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eq. 4.3-1 Deste modo, para que a eq.4.3-1sejaatendida,o segundo trecho dever possuir uma relao (C/N)2 superior a crtica. Neste caso, o limiar de recepono ponto de referncia do elemento intermedirio sofre um aumento, caracterizando a dissensibilizao do receptor. O valor dessa dissensibilizao a diferena entre a nova relao (C/N)2 e a relao mnima requerida (C/N)crtica do receptor.A L1 L2 (C/N)1 (C/N)2 59 Aqualidadedoprimeiroenlaceinfluenciadeformaimportanteovalorda dissensibilizao. Isso fica evidente no clculo da composio do rudo total: ( ) ( )11]1

+ ,_

10] dB [NC10] dB [NCT2 110 10 Log 10 ] dB [NCeq. 4.3-2 Figura 4.3-2 - Degradao do Limiar Emgeral,quandoseutilizamrepetidorespticos,oenlaceBTS-repetidor possuiumaqualidademuitoboa.Issofazcomqueadissensibilizaoseja pequena.4.3.1.Clculo da dissensibilizao para Enlace Direto (Downlink): ComooenlaceBTSdoadorarepetidordenaturezaponto-a-ponto,e comoofatordeterminanteparaadegradaooprimeiroenlace independentementedaposiodoterminal,oreceptordoterminalsempre experimentar a mesma dissensibilizao. Afiguraabaixomostraaestruturadedownlink,eopontodereferncia para os clculos. N1 N2 N1 + N2 Limiar Prnominal DEGRPRC (C/N)1-130 dBm Limiar 'MB ML (C/N)2 (C/N)T 60

1 Figura 4.3.1-1 -Clculo de (C/N) Paraoclculodestadeve-seprimeiramentecalculararelao(C/N)1 do primeiro enlace. Esta relao sinal-rudo tambm leva em considerao a figura de rudo do repetidor (Frep). p Re 0 1BF KTSNC ,_

eq. 4.3.1-1 Baseadonoconhecimentode(C/N)crticoe(C/N)1pode-seobter(C/N)2 e conseqentemente o valor da dissensibilizao. 111]1

111]1

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,_

10] [10] [210 10 10 ] [dB AdBNCcrticoLog dBNC eq. 4.3.1-2 A dissensibilizao calculada atravs da eq.abaixo: ] [ ] [ ] [2dBNCdBNCdB Dcrtica

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eq. 4.3.1-3 Ser apresentado adiante um exemploondeevidenciado que o valor da dissensibilizaoparaoenlacediretonaprticadesprezvel,dadoqueo primeiro enlace possui uma boa qualidade. A L1 L2 61 4.3.2.Clculo da dissensibilizao para o enlace reverso (uplink) No caso deuplink, o clculo torna-se mais complexo pelo fato do terminal possuirmobilidade.Amobilidadedoterminalfazcomqueoprimeiroenlace tenhaqualidadevarivel,oquelevaaumavariaonadissensibilizaode acordocomasuaposio.Parafinsdeprojetoumaestimativada dissensibilizao pode ser feita para o pior caso. Nopiorcaso,calcula-seapotnciarecebidamnimaquedevechegarao repetidor para que o sinal chegue na BTS com valor igual ao limiar de recepo. Essa potncia mnima a sensibilidade do repetidor. A equao abaixo mostra o clculo desse valor: [ ]p Re 1 Cabo Rx propagao MinG L G L Limiar RSLcoletora+ + eq. 4.3.2-1 Com base neste valor de potncia calcula-se a relao (C/N)1 p Re 0Min1BF KTRSLNC ,_

eq. 4.3.2-2 Analogamente aocaso doenlacediretodetermina-seovalorde(C/N)2 e sua dissensibilizao. 111]1

111]1

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10] [10] [210 10 10 ] [dB AdBNCcrticoLog dBNC eq. 4.3.2-3 A dissensibilizao calculada atravs da equao abaixo: ] [ ] [ ] [2dBNCdBNCdB Dcrtica

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eq. 4.3.2-4 Ovalordolimiarderecepodeveserentocorrigidopela dissensibilizao, que determinar um novo valor crt ico de potncia recebida no receptor.Paraefeitodedemonstraodadissensibilizaonosreceptores,foi implementada, como exemplo ilustrativo, a tabela abaixo. 62 Tabela 4.3.2-1 1 Planilha com Clculos de Dissensibilizao 4.4. Efeitos de multipercurso Todorepetidoradicionaumatrasonosinal,emgeralesteatrasode 0,5spararepetidoresdebandalargaede5-7s[REF2] para repetidores de canalseletivo.Dependendodasituao,oterminalmvelpodereceber o sinal provenientedorepetidoredaBTSdoadora,ossinaischegamdefasados podendocomprometeraqualidadedosinal,especialmentepelofatodas intensidadesrelativasemalgunscasosseremmuitoprximas.Oproblema torna-se ainda mais gravecaso o defasamento entre os sinais seja maior que a durao de um time slot GSM [REF 1], neste caso o sinal da BTS ser tratado com uma interferncia ao sinal proveniente do repetidor.Paraevitarproblemasdedesempenhodeve-seevitarquehajasinaisde multipercursodestanatureza,defasadospormaisde16s[REF2,3]ecom menosde9dBdediferenadepotnciarecebida[REF2].Emgeralquando repetidor cobre uma rea sem nenhuma intercesso com a BTS, o problema de multipercurso desprezvel. 63 4.5. Clculo de enlaces com repetidores Nas sesses anteriores, foram vistos em detalhes, todos os aspectos que devemseranalisadoscomainclusodorepetidornoenlacerdio.Veremos agora comocada elemento de clculo descrito se encaixa no dimensionamento dosenlaces(linkbudget).Paraoclculodacoberturaradioeltricaapenasa dissensibilizao,isolaoetipodeamplificaosorelevantes,ficandoa anlisedeinterfernciaseparadadolinkbudget.Algumasdasequaes desenvolvidasserorepetidasnotextoabaixoparafacilitaroentendimentodo procedimento passo-a-passo. 4.5.1.Clculos Iniciais Como visto anteriormente, para repetidor de mesma freqnciaa isolao deve ser calculada utilizando-se a equao abaixo: ( ) ( ) ( )Blindagem 12 R 0 21 TL , G L , G dB I +

eq. 4.5.1-1 O ganho mximo permitido ser de: 15 I Gp Re Max eq. 4.5.1-2 No caso de amplificadores de banda larga, devido ao compartilhamento do ganho, o ganho mximo por canal dado pelas seguintes equaes: ( ) n log 10 15 I Gp Re max eq. 4.5.1-3 ou ( ) ( ) [ ] 152N 3N Log 10ICI 221] dBm [ P23 eq. 4.5.1-4 Com a isolao e o ganho mximo por canal calculados, pode-se efetuar o balanceamento do enlace. 64 4.5.2.Clculo do enlace direto Para a determinao da potncia de transmisso do repetidor necessrio conhecer a potncia recebida pelo repetidor.Esta potncia recebida (RSSL) na antena coletora do servidor dada por: ( )propagao T cabo T p ReL , G L ] dBm [ P ] dBm [ RSSLBTS BTS + eq. 4.5.2-1 onde: PTBTS[dBm] ?Potncia de transmisso da BTS doadora na sada do rdio Lcabo?Perda no cabo da BTS doadora GTBTS(,)?Ganho de transmisso da antena da BTS doadora na direo da antena coletora Lpropagao?Perda de propagao entre a BTS doadora e o repetidor. AEIRPcalculadaentocombasenonveldesinalrecebidousandoa seguinte equao: ( )servidora Adicional Cabo AMP cabo Coletora