Test de RF durante la instalación y mantenimiento de estaciones base de redes inalámbricas

Para el proveedor de servicios inalámbricos (WSP, Wireless Service  Wireless) actual, el despliegue de redes inalámbricas no es una tarea fácil. El proceso de despliegue de redes implica diseño de redes, construcción en el lugar de emplazamiento, optimización y detección de problemas.

En cada etapa del proceso pueden surgir problemas que amenacen la capacidad de los WSP para proporcionar un servicio continuo y estable con alto nivel de calidad de servicio (QoS, Quality of Service). Una vez realizado el despliegue pueden presentarse problemas que requieran mantenimiento de la red y corrección de problemas.

Las redes inalámbricas actuales cada vez más complejas y las frecuencias operativas en aumento, desde niveles sub-GHz hasta 5,8 GHz, complican la tarea, forzando al WSP a desplegar y mantener más emplazamientos de celdas para cubrir la misma área de cobertura en el mismo tiempo. Además, la creciente demanda de servicios multimedia inalámbricos, unida al incremento de complejidad causada por la evolución inalámbrica digital, ha aumentado la presión sobre los WSP. Mucha de esta presión viene del hecho que las frecuencias de operación son más altas, mientras que las estaciones base son más complejas, soportando múltiples tecnologías e incorporando nuevas como múltiples entradas-múltiples salidas (MIMO, Multiple-Input Multiple Output). Al mismo tiempo, las estaciones base están migrando a un menor tamaño y un diseño más rápido y económico, lo cual conlleva a la necesidad de más pruebas funcionales para asegurar la operación óptima de la red.
Defectos en cables, conectores y antenas, pueden causar el 50 al 60% de los problemas en las estaciones base. Las interferencias pueden ser otras de las mayores causas de degradación del rendimiento. Los test rutinarios en cables, filtros, antenas, amplificadores, y la detección  de problemas de cualquier interferencia interna o externa son por tanto absolutamente críticos.

Requerimientos de test del sitio de celda
La Figura 1 muestra una configuración típica de sitio de celda, lugar donde se encuentra localizada la antena y equipamiento asociado de comunicación de red inalámbrica. Un sistema de transmisión  está formado por un transmisor, los cables de transmisión, la antena y todos los conectores entre ellos. En un sistema de transmisión ideal toda la potencia de señal que es enviada fuera del transmisor es completamente transmitida en el aire. En realidad, las interrupciones por encuentro de señal originan reflexiones y se pierde potencia de señal. Hay cuatro áreas diferenciadas hacia donde deben ser dirigidas las cuestiones de RF. Se relacionan directamente a las fuentes de potencial de interrupciones que pueden tener lugar dentro del sitio de celda y comprenden: los cables y antena; interferencias (externas o internas) los filtros y amplificadores y la potencia de emisión producida.

En la parte superior de la lista se encuentran los temas de RF relacionados con la degradación de cable y antena, y la inclinación  de la antena. Los cables de alimentación degradados causan mala cobertura, transferencias de control innecesarias, fallos de paginación, y fallos de acceso en el ascendente. La interferencia (por ejemplo, del canal propio, canal adyacente, intermodulación, externa e interna) es otro culpable común. La interferencia de enlace descendente reduce la cobertura y es causa de llamadas caídas, mientras que las interferencias de enlace ascendente causan fallos de acceso. Las interferencias tienen un impacto directo en la QoS de los servicios de comunicaciones inalámbricas.
Otras causas comunes de fallos en sitios de celdas son el resultado de daños en filtros y amplificadores montados en torre (TMA, Tower-Mounted-Amplifiers), errores en equipos de radio y configuraciones, degradación de prestaciones del transmisor, y degradación de sensibilidad del receptor. También pueden producirse problemas cuando el reloj de referencia está fuera de sincronismo, resultando células en isla y fallos de conmutación de llamada en curso. La transmisión backhaul es otra fuente de fallos, siendo las interrupciones T1/E1 el defecto más común en una celda.
Para instalación eficaz y rutinas de mantenimiento cada una de estas áreas tiene que ser comprobada. El reto es hacer el test de estas partes eficiente y fiable.

   
Tradicionalmente, el conjunto de herramientas de prueba transportadas por el personal técnico de instalación y mantenimiento de RF comprende una amplia gama de instrumentos de test, incluyendo testers de cable dedicados, analizadores de espectro, medidores de potencia, etc. El técnico se ha enfrentado  con la tarea de llevar múltiples equipos, aprendiendo el uso de cada uno y asegurándose de la fecha de calibración de los mismos. Simplemente, seguir la pista de múltiples instrumentos es un reto en sí con el resultado de que la rapidez, productividad y flexibilidad del técnico de campo de RF pueden verse seriamente comprometidas.     
Ante esta lista creciente de problemas potenciales y la escasez de ingenieros y técnicos de campo expertos en RF se requiere una solución de test integrada que minimice el número de instrumentos de test independientes necesarios y que haga posible de forma rápida, precisa y fácil un número de medidas clave.
El analizador RF de mano FieldFox de Agilent Technologies (figura 2) ha sido desarrollado para cubrir la necesidad citada aportando una solución integrada para instalación y mantenimiento de redes inalámbricas.

Comprobación de cable y antena
La comprobación del cable se requiere para detectar las imperfecciones o perturbaciones que causan reflexión de energía incidente en toda la longitud del mismo. La detección  también se tiene para incluir medidas de distancia a fallo (DTF, Distance to Fault) para permitir identificación precisa de la posición al fallo. Las perturbaciones en la longitud del cable pueden formarse por una pequeña abolladura o un cambio en el diámetro del cable. Efectos periódicos en el cable pueden ser causados a menudo durante el proceso de fabricación, por ejemplo por una rueda de arrastre con un defecto en el rodamiento. Los cables también pueden contener uno o más defectos discretos, por ejemplo, debidos a un conductor doblado o dañado, dieléctrico contaminado, un mal corte o un conector malo.
El desacoplo originado por fallos o imperfecciones será a su vez causa de reflexiones. Las reflexiones a partir de imperfecciones individuales se resumen en que pueden ser medidas como pérdidas de cable o pérdidas de retorno. Con  fallos periódicos la energía reflejada puede aparecer en la medida de pérdidas como un pico de reflexión a una frecuencia correspondiente al espaciado de las imperfecciones. El espaciado entre imperfecciones periódicas es una media de la longitud de onda del pico de reflexión.
Las técnicas de test de cable incluyen medidas de pérdidas (pérdidas de retorno, pérdidas de inserción) y medidas de transmisión (por ejemplo VSWR). Las medidas de pérdidas de retorno son expresadas en dB, recordando que son 0dB en circuito abierto o cortocircuito y típicamente de 40 a 60dB cuando se mide bajo condición de carga. Con pruebas de transmisión la señal transmitida y reflejada se combinan para crear una onda estacionaria. Los voltajes de los picos y senos de la onda estacionaria son medidos y expresados en términos de razón de ondas estacionarias de tensión (VSWR, Voltage Standing Wave Ratio). En ausencia de reflexiones, por ejemplo, un sistema de transmisión perfecto, VSWR tiene valor unidad. Con reflexiones altas el valor de VSWR se incrementará hasta el punto donde las reflexiones se hagan inaceptables.

El analizador de RF Agilent FieldFox incluye capacidades de pruebas de cable comprensibles. El instrumento puede ser usado para prueba de antenas, cables, filtros y amplificadores con el propósito de realizar medidas  de pérdidas de retorno, VSWR, pérdidas de inserción/transmisión, pérdidas de cable en un puerto y DTF. Las medidas de pérdida de retorno y DTF pueden hacerse al mismo tiempo lo que ayuda a establecer una correlación de  la degradación  del sistema  global con fallos específicos en el sistema de cable y antena.  
Una característica clave del FieldFox es QuickCal, un sistema de calibración incorporado, que permite al usuario calibrar el tester cable/antena sin tener que llevar al campo un kit de calibración. Esto simplifica el test de cable y antena, asegura precisión y repetitividad en el punto de medida y mejora productividad. QuickCal corrige el error de deriva causado por los cambios de temperatura durante la operación del instrumento. FieldFox está también listo para calibración en el puerto de test de cable y antena nada más conectar.

Medidas de RF
Para identificar  las causas de problemas potenciales de RF dentro de un sitio de celda se requiere un arsenal de instrumentos de prueba de RF. Al integrar todas las herramientas clave de test de RF en un mismo dispositivo, el analizador RF Agilent FieldFox proporciona una herramienta integrada para el ingeniero de campo de RF.

Analizador de espectro
FieldFox incorpora como opción un analizador de espectro que cubre un margen de frecuencia de 100 kHz hasta 6 GHz. Un scan rápido de espectro detecta interferencias y captura burst de RF para medir señales intermitentes. Presenta cuatro trazas al mismo tiempo y permite al usuario elegir diferentes modos de detección.

Medidor de potencia con sensor de potencia USB
FieldFox puede conectar con el sensor de potencia Agilent U2000 Series USB para realizar medidas de potencia de RF/microondas hasta 24 GHz. Proporciona medidas de potencia media real con un elevado rango dinámico desde -60 dBm hasta +20 dBm (dependiendo del sensor). El sensor tiene una función auto-cero, sin necesidad de calibración externa.

Analizador de redes
FieldFox tiene un modo opcional de analizador de redes que proporciona medidas de analizador de redes vectorial tal como magnitud y fase S11, magnitud S11, y carta de Smith en display.
La velocidad de barrido del FieldFox reduce el denominado tiempo de resolución de problemas con tiempos de prueba por encima del 50 por ciento más rápidos. Esto permite a los ingenieros de RF  abordar redes inalámbricas cada vez más complejas en menos tiempo, mejorando de forma radical la productividad. Gracias a sus 1001 puntos de resolución  y excelente rango dinámico es posible una rápida localización de fallos.

Conclusión
La verificación de antenas, cables, filtros y amplificadores, y detección  de interferencias en sitios de celdas son críticas para asegurar una buena calidad de servicio (QoS) en una red. Aunque las soluciones de test I&M de mano tradicionales pueden dirigir esta tarea, pueden fracasar para ofrecer la velocidad, productividad y flexibilidad requeridas para cubrir actuales de ingenieros y técnicos de RF en campo. El analizador RF  FieldFox, con su alto nivel de integración, medidas con calibración dispuesta, y tiempos de test muy cortos no solo proporciona la funcionalidad de medida que demandan los proveedores de servicios inalámbricos actuales, sino también una mejora importante de productividad. Para el proveedor de servicios inalámbricos (WSP) el resultado es la capacidad para un despliegue y mantenimiento más eficaces y rápidos de las complejas redes actuales.

Acerca del autor
Giovanni D’amore entró en Agilent Technologies (Hewlett-Packard) en 1999 como ingeniero de aplicación proporcionando soporte técnico para instrumentación de RF y microondas tales como analizadores de redes y de espectro. Desde 2005 formó parte de la organización de marketing siendo responsable de instrumentación  de pruebas  paramétricas y desde 2007 pasa a ser responsable del desarrollo de marketing del negocio de analizadores de redes para la región EMEA.
Giovanni es licenciado en Ingeniería Electrónica con especialización en Microondas y Telecomunicaciones por la Universidad de Palermo (Italia).

Autor:

Giovanni D’amore, Agilent Technologies

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