CMO - BTS

BTS (Base transceiver station)

Uma estação transceptora base (BTS) ou site da célula é um equipamento que possibilita a comunicação sem fio entre equipamentos de usuário (UE) e uma rede. UEs são dispositivos como telefones celulares, computadores com ligação à Internet sem fio, Wi-Fi e WiMAX, etc. A rede pode ser de qualquer uma das tecnologias de comunicação sem fio, como GSM, CDMA, WLL, WAN, WiFi, WiMAX, etc.

A BTS está conectada a uma central de Comutação e Controle (CCC) que tem interconexão com o serviço telefônico fixo comutado (STFC) e a outras CCC´s, permitindo chamadas entre os terminais celulares e deles com os telefones fixos comuns.

A BTS provê as conexões de interface aérea com a MS (Mobile Station). Basicamente, os elementos que formam a BTS são:

- Hardware de radiofrequência;
- Antenas;

No projeto de instalação de uma BTS típica, os seguintes elementos são considerados:

- Local onde será implantada a estação;
- Infra-estrutura para a instalação dos equipamentos de telecomunicações, incluindo a parte civil, elétrica, climatização e energia CC com autonomia em caso de falta de energia através de baterias e em alguns casos um grupo de motores geradores (GMG);
- Torre para colocação de antenas para a comunicação com os terminais móveis e enlace de rádio ou outro meio de transmissão para a CCC;
- Equipamentos de Telecomunicações.

A BTS é também referida como estação rádio base (RBS) no sistema TDMA e como node-B (em redes 3G) ou, simplesmente, a estação base (BS). Para a discussão do padrão LTE o termo eNB é amplamente utilizado para a abreviação do termo node-B.

A BTS nas Comunicações Móveis

Uma rede GSM é composta por três subsistemas:

- O subsistema de rede e de comutação (NSS) - compreendendo uma MSC e os seus registros associados;
- O subsistema de estação base (BSS) - compreendendo uma BSC e várias BTS´s;
- As operações dos sistemas de suporte - para a manutenção da rede.

Embora o termo BTS possa ser aplicada a qualquer um dos padrões de comunicação sem fio, ele é geral e comumente associado com tecnologias de comunicação móvel como GSM e CDMA. A este respeito, a BTS faz parte do subsistema de estação base (BSS), sendo a evolução para a gestão do sistema. Ela também pode ter equipamento para criptografar e descriptografar comunicações, ferramentas de espectro de filtragem (filtros passa-banda),etc. Antenas também podem ser consideradas como componentes da BTS em um sentido geral, facilitando o funcionamento da BTS. Normalmente, uma BTS terá vários transceptores (TRXs) que lhe permitem servir várias frequências diferentes e diferentes setores da célula (no caso das estações de base setorizada). A BTS é comandada por um controlador de estação base pai através da função de controle de estação base (BCF). O BCF é implementado como uma unidade discreta ou mesmo incorporados em um TRX em estações de base compacta. A BCF fornece uma conexão de operações e manutenção (O & M) para o sistema de gerenciamento de rede (NMS), ele gerencia estados operacionais de cada TRX, bem como a movimentação de software e coleta de alarmes. A estrutura básica e funções da BTS continuam as mesmas, independentemente das tecnologias sem fio.

Características Gerais da BTS

O Sistema de Estação Base (BSS) é formado por uma Estação Transceptora Base (BTS) e um Controlador de Estação Base (BSC). É comum que diversas BTSs estejam localizadas em um mesmo local, criando de 2 a 4 células setorizadas ao redor de uma torre de antena comum, além disso, as BTSs são freqüentemente ligadas às BSCs por links de microondas, onde cada link da BSC à BTS é chamado de interface Abis. Estes links podem também ser ligados às BSCs por cabos ou fibras óticas.

Tipicamente, de 20 a 30 BTS serão controladas por um BSC e, por sua vez, diversas BSSs são subordinadas a uma Central de Comutação e Controle (MSC), que controla o tráfego entre diversas células diferentes.

As células criadas por cada BTS podem ter um raio de até 35 km no GSM900 e 2 km no DCS1800 (devido à menor potência das unidades móveis do DCS1800).

É comum ter diversas células setorizadas ao redor de apenas uma torre de antena. Neste caso, a torre terá diversas antenas direcionais, cada uma destas cobrindo uma área em particular.

Todas as BTSs produzem um BCH (Canal de Broadcast). O BCH é como um farol ou sinal luminoso, ele está ligado todo o tempo e permite que as unidades móveis encontrem a rede GSM. A intensidade do sinal BCH é também usada pela rede em diversas funções relacionadas ao usuário, sendo um meio útil para dizer qual é a BTS mais próxima da unidade móvel. Este sinal também carrega informações codificadas, como a identidade da rede, mensagens de paging para as unidades móveis que devam aceitar uma chamada telefônica e diversas outras informações. O BCH é recebido por todas as unidades móveis "acampadas" na célula, estejam estas no meio de uma chamada ou não.

Arquitetura Geral da BTS

A BTS num geral possui as seguintes partes:

- Transceptor (TRX) => Muito amplamente referido como o receptor driver (DRX). DRX estão sob a forma de single (sTRU), duplo (dTRU) ou um composto de Unidade de Radio Duplo (DRU). Ele basicamente faz a transmissão e recepção de sinais. Também faz o envio e recepção de sinais de/para entidades superiores de rede (como o controlador de estação da base de telefonia móvel);

- Amplificador de Potência (PA) => Amplifica o sinal de DRX para a transmissão através da antena; pode ser integrado com o DRX;

- Combinador => Combina feeds de DRXs várias de modo que pudessem ser enviados através de uma única antena. Permite uma redução no número de antenas utilizadas;

- Duplexador => Para a separação de enviar e receber sinais de/para a antena. Faz o envio e recepção de sinais através das mesmas portas da antena (cabos para antena);

- Antena => Esta é a estrutura que se estabelece debaixo da BTS. A BTS pode ser instalada com ela ou de alguma outra forma disfarçada (sites célula Oculto);

- Sistema de extensão de alarme => Coleta os status de alarme de trabalho de várias unidades dentro da BTS e estende-os para a operação e manutenção (O & M) nas estações de monitoramento;

- Função de controle => Controle e gerência das diversas unidades da BTS, incluindo qualquer software. No local das configurações, mudanças de status, atualizações de software, etc, são feitos através da função de controle;

- Baseband unidade receptora (BBxx) => Salto de frequência, sinal DSP, etc.

Tipos de BTS´s

As estações possuem basicamente dois tipos de BTS´s, conforme a seguir:

- Greenfield => São instaladas em terrenos, ou seja, no solo;
- Roof Top => São instaladas em pavimentos de cobertura de edifícios.

Ambas as estações podem utilizar equipamentos de telecomunicações "indoors" (dentro de compartimentos), cujas características de fabricação determinam a necessidade de uma infra-estrutura de climatização, como também podem utilizar equipamentos "outdoors" (fora de compartimentos), que são unidades autônomas, previamente concebidas para exposição ao ar livre e dimensionadas para obter uma ventilação apropriada. Há também as BTSs móveis, conforme veremos a seguir.

BTS Móvel

As BTS´s Móveis podem ser bastante úteis para as operadoras e, principalmente, para os engenheiros responsáveis por uma rede de telecomunicações. Essas "estações móveis" podem, dentre outras inúmeras características, serem deslocadas para áreas próximas à grandes eventos, onde a rede existente não suportará todo o tráfego que será gerado naquele determinado local e que também será um tráfego esporádico, ou seja, após o evento a rede voltará ao normal e, com isso, caso tivessem sido feitos investimentos naquela área, a rede ficaria superdimensionada e, consequemente, ociosa.

Técnicas de Diversidade

Para melhorar a qualidade do sinal recebido nas BTSs móveis, muitas vezes duas antenas de recepção são utilizados, colocados a uma distância igual a um múltiplo ímpar de um quarto do comprimento de onda (para 900 MHz o comprimento de onda é 30 cm). Esta técnica, conhecida como diversidade de antena ou diversidade de espaço, evita a interrupção causada por desvanecimentos no caminho. As antenas podem ser espaçadas horizontalmente ou verticalmente. O espaçamento horizontal requer a instalação mais complexa, mas traz um melhor desempenho.

Diferente da diversidade de antena ou espaço, existem técnicas de diversidade tais como freqüência/hora diversidade, diversidade do padrão de antena e diversidade de polarização.

Divisão se refere ao fluxo de energia dentro de uma área específica da célula, conhecida como setor. Cada campo pode ser considerada como uma nova célula.

Antenas direcionais reduzem a interferência co-canal. Se não setorizar, a célula será servida por uma antena omnidirecional, que se irradia em todas as direções. A estrutura típica é a trisetorial, também conhecido como trevo, na qual existem três setores atendidos pelas antenas separadas. Cada setor tem uma direção independente de monitoramento, normalmente de 120 ° em relação aos adjacentes. Outras orientações podem ser usados ​​para se adequar às condições locais. Células bissetorizadas também são implementadas, onde são mais frequentes a orientação com as antenas que servem os setores de 180 ° com separação um do outro, mas, novamente, as variações locais existem.

Etapas de Implantação de uma BTS

A implantação de uma BTS é um processo complexo pois implica em atender uma série de objetivos multidiciplinares e muitas vezes difíceis de conciliar. Este quadro é agravado quando se implanta uma rede nova com grande quantidade de BTSs e com um prazo reduzido.

Uma vez definida as necessidades de implantação de um sistema celular novo ou a expansão de um sistema existente pela implantação de uma BTS ou conjunto de BTS o passo inicial é a elaboração do projeto de RF que irá estabelecer as especificações para a localização do site, equipamento e altura das antenas.

Inicia-se então o processo de implantação da ERB cujas principais etapas são:

• Site Acquisition

Nesta etapa são feitos a seleção e a negociação do local para a implantação da BTS, elaborados os projetos da infra-estrutura e dado início ao processo de obtenção de licenças para implantação da BTS.

Esta etapa é a mais complexa e de difícil execução pois implica em selecionar e negociar um local (site) para implantação da ERB que atenda uma série de objetivos muitas vezes difíceis de conciliar como:

- Localização ótima do ponto de vista do projeto de RF de forma a otimizar a cobertura do sistema celular.
- Visada para enlace rádio de comunicação com a CCC ou disponibilidade outro meio de comunicação como fibra óptica.
- Local disponível para compra ou aluguel de longo prazo, com documentação e a preços acessíveis.
- Possibilidade de Atendimento da legislação local para obtenção de licenças junto a prefeitura e demais órgãos federais, incluíndo a Anatel.
- Evitar altos custos de implantação civil principalmente no item fundações e reforços estruturais.
- Prazo de implantação.

Esta etapa implica na execução das seguintes atividades que ocorrem muitas vezes de forma simultânea:

Busca

O projeto de RF produz um “search ring” que delimita uma área para procura do site e serve de base para a seleção de locais onde se possa implantar a BTS. Normalmente procura-se selecionar 3 (três) locais candidatos para implantação de uma BTS.

Qualificação

Os três candidatos selecionados passam por um processo de avaliação de forma a que sejam aceitos ou rejeitados e ordenados em termos de prioridade. Esta avaliação implica em verificar premissas como:

- Acessibilidade;
- Fornecimento de Energia;
- Implantação civil e legalizações;
- Cobertura de RF e interferências;
- Visada de TX e interferências.

Negociação

Uma vez definidos os candidatos e verificada a documentação legal do imóvel passa-se a negociar com o proprietário do imóvel um contrato de compra ou locação.

Licenças e Autorizações

Aspectos legais podem ser em muitos casos os maiores responsáveis por atrasos na implantação das BTSs devido a inexistência de legislação em muitas prefeituras e a pressões da vizinhança temerosa de ver o seu imóvel desvalorizado pela presença de uma torre de celular.

Mencionamos abaixo alguns dos projetos para aprovações junto aos órgãos competentes que deverão ser observados e cujos processos deverão ser encaminhados aos respectivos órgãos:

- Arquitetura junto a Prefeitura Municipal;
- Combate a Incêndio junto ao Corpo de Bombeiros;
- Ligação de água e esgoto junto à Concessionária Local;
- Entrada e medição de energia junto à Concessionária Local;
- Telefonia fixa junto à Concessionária Local;
- Torre junto ao Ministério da Aeronáutica;
- Licenciamento da Estação junto a Anatel incluindo relatório de conformidade de radiação eletromagnética.

A lei 11934/09, editada em 05 de maio de 2009, dispõe sobre limites à exposição humana a campos elétricos, magnéticos e eletromagnéticos, e aplica-se aos projetos de implantação de BTSs. Essa lei regula a emissão de campos eletromagnéticos das estações de radiocomunicação, e indica procedimentos que devem ser considerados tanto no projeto das estações, como durante a sua fase de teste, homologação e operação.

• Construção

Nesta etapa é implantada toda a infra-estrutura, civil, elétrica, de climatização e energia CC.

Infra-estrutura para equipamentos

Geralmente as BTSs são construídas com equipamentos “indoor” que necessitam de uma infra-estrutura de climatização.

A solução adotada é a utilização de alojamentos pré-fabricados (contêineres por exemplo) ou adaptações de salas ou edificações existentes. No caso do contêiner é necessário a preparação de uma base para sua instalação.

A infra-estrutura elétrica envolve a instalação de eletrodutos, cabos, aterramento, entrada de energia e ligação de energia pela Concessionária.

Um dos aspectos mais fundamentais nesta instalação é a questão da disponibilidade pelas concessionárias públicas da rede de energia elétrica por onde o site está localizado. Daí a importância na negociação rápida com estes órgãos, caso haja a necessidade de expansão dessa rede.

Uma vez construída a infra-estrutura civil e elétrica é possível instalar o ar-condicionado, baterias e equipamentos de Energia CC. No caso de contêiner estes equipamentos podem ser pré-instalados antes do contêiner ser enviado para o site.

A entrega destes equipamentos no site necessita ser muita bem coordenada pois, por vezes o site não comporta espaço para armazenamento.

Torre para antenas

Antenas podem ser fixadas em torres, postes, cavaletes e mastros, podendo este último ser montado tanto na cobertura como na lateral da edificação, de acordo com a necessidade de cobertura e visada do site.

A implantação de uma torre envolve a construção de uma fundação e a sua montagem.

A fundação da Torre depende do tipo de solo encontrado no terreno. A escolha do tipo mais conveniente pode ter impacto fundamental no prazo e custos da construção site. Os tipos mais comuns são:

- Tubulão => fundação profunda, constituída de uma base de apoio e uma haste ambos em concreto com escavação manual;
- Radies => fundações rasas, constituídas de uma base plana de concreto;
- Estacas => fundações profundas, constituídas de longos segmentos de concreto ou metal, com perfuração mecânica, podendo ser tanto pré-fabricadas como moldadas in loco.

Em cada caso deverá ser analisado o perfil do solo e, conseqüentemente, o melhor custo X benefício, de acordo com as diretrizes do engenheiro estrutural. Geralmente as fundações rasas são mais econômicas.

Após a conclusão da fundação é feita a Montagem da Torre com o suporte para as antenas e acessórios como esteiras, escadas, plataformas, para-raio e luzes de sinalização.

Especial cuidado deve ser tomado na verificação de liberação da instalação por órgãos públicos, tais como: prefeituras municipais e COMAR (Comandos Regionais da Aeronáutica). Não é incomum o descuido com este aspecto, e durante a montagem da torre, haver embargo da instalação. Por vezes a construção conta apenas com uma autorização preliminar por parte dos órgãos públicos, e que no momento da instalação, por mobilização de vizinhanças de moradores, pode impedir a licença definitiva.

• Instalação dos Equipamentos de Telecomunicações

Nesta etapa são instalados os equipamentos de Telecomunicações.

Uma vez implantada a BTS, ela deve passar por uma fase de aceitação onde é testada a sua integração com o restante da rede celular em que será ativada.

Estas etapas aplicam-se a cada BTS, seja ela parte de um novo sistema em implantação ou expansão de uma rede existente.

Vídeos

- Torres para acomodação de antenas: http://www.youtube.com/watch?v=qguImtCdlZY&feature=related;

- BTSs Móveis: http://www.youtube.com/watch?v=q6DLS1DVoFU&feature=related;

- BTSs utilizadas por operadoras de telecomunicações em São Paulo:

• http://www.youtube.com/watch?v=w8AT1cEHv6U;
• http://www.youtube.com/watch?v=oK-eLH7EmPY&feature=related;

- Visita Técnica: http://www.youtube.com/watch?v=oK-eLH7EmPY&feature=related.