【 01 INTRODUCCIÓN 】
Debido al creciente número de usuarios de teléfonos inteligentes, la demanda de aumentos interanuales en la capacidad de voz y datos en los sistemas celulares es un problema que enfrentan todos los operadores a nivel mundial y que no desaparecerá con la llegada de nuevas tecnologías y espectro. El extraordinario crecimiento del tráfico de datos inalámbricos, como las videoconferencias, la transmisión multimedia y la televisión móvil, incrementa continuamente la demanda de capacidad en el sector celular.
Especialmente en estadios, plazas y otros lugares concurridos por usuarios de teléfonos inteligentes, la demanda de capacidad de voz y datos es extraordinaria. Para solicitar más capacidad, los proveedores de servicios están explorando diversas maneras de ampliar la capacidad de la red.
1) Añadir estaciones base es una estrategia eficaz, aunque costosa, para aumentar la capacidad. En general, añadir nuevos inmuebles requiere mucho tiempo y es cada vez más prohibitivo. Con la reducción de las distancias medias entre estaciones de 5 km a 2 km, y recientemente a menos de 200 m en zonas urbanas densas, el operador tiene menos opciones para elegir propiedades asequibles. Duplicar el número de estaciones base prácticamente duplica la capacidad de la red y el rendimiento por usuario (suponiendo que la densidad de usuarios se mantiene constante), y mejora considerablemente el número de usuarios pico y el rendimiento total por km².
2）Añadir operadores (o, más precisamente, ancho de banda) aumenta directamente la capacidad. El estándar LTE es especialmente eficaz para aprovechar el mayor ancho de banda. Además, en EE. UU., la FCC permite aumentar la potencia radiada con el ancho de banda en las bandas PCS, AWS y las inferiores de 700 MHz, lo que proporciona una mejor penetración y cobertura. Duplicar el ancho de banda, como mínimo, duplica el rendimiento.
3）Reducción del ruido. En las redes 3G y 4G LTE, la contención del ruido en la trayectoria de RF es crucial. El ruido externo de diversas fuentes, como la reflexión multitrayecto, el ruido ambiental y la interferencia de celdas adyacentes o cercanas, puede reducir significativamente la sensibilidad del receptor en la estación base. A medida que aumenta el ruido en el sector, los móviles aumentan la potencia de su señal, lo que genera más interferencias en el enlace ascendente. El ruido en la trayectoria de RF también es problemático, siendo el ruido térmico y la intermodulación pasiva (PIM) los principales responsables.
4）Aumento de la reutilización de frecuencias. Otra forma de aumentar la capacidad es crear más oportunidades para la reutilización de frecuencias mediante una sectorización de orden superior.
5）Entre las estrategias mencionadas, la forma tradicional de añadir celdas y adquirir espectro adicional presenta importantes problemas de costo y tiempo. Normalmente, la adquisición y construcción de un sitio puede tardar hasta dos o tres años. El costo total supera los 0,2 millones de dólares, debido a la adquisición, la construcción y la puesta en servicio. Además, añadir más espectro, si está disponible, puede costar fácilmente miles de millones de dólares. El despliegue de celdas pequeñas también se considera una excelente manera de aumentar la capacidad de la red. Sin embargo, no ha podido satisfacer la necesidad inmediata de mayor capacidad de los proveedores de servicios.
【 02 SECTORIZACIÓN TRADICIONAL 】
Para evitar interferencias en sistemas canalizados, los canales de frecuencia deben estar separados geográficamente. Con la sectorización, se reduce el número de sectores (celdas) sujetos a interferencias, ya que la potencia del sector se concentra hacia adelante.
En los últimos 50 años, la capacidad inalámbrica se ha multiplicado por aproximadamente 1.000.000. Este crecimiento se debe a una mayor eficiencia espectral, más espectro y más celdas/sectores. Desde la década de 1990, una de las estrategias más populares y eficaces para aumentar la capacidad de los sitios y las redes ha sido la sectorización.
Los primeros sistemas sectorizados reemplazaron las antenas omnidireccionales estándar de 360 grados por tres antenas direccionales independientes. La configuración más común utiliza tres antenas, cada una con un ancho de haz azimutal nominal de 65 grados. Si bien las antenas dentro de una celda sectorizada comparten una estación base transceptora (BTS), cada una se gestiona y opera de forma independiente con su propio nivel de potencia, frecuencias y canales.
El uso de tres antenas sectoriales direccionales en lugar de una antena omnidireccional reduce sustancialmente la interferencia celular cocanal y triplica la posibilidad de reutilización de frecuencias. Como resultado, los proveedores de servicios obtienen importantes ganancias de capacidad.
【 03SECTORIZACIÓN DE ALTO ORDEN 】
Hace más de diez años, los proveedores de servicios comenzaron a explorar el potencial de capacidad de la sectorización de orden superior, que consiste en dividir el sistema convencional de tres sectores en un sistema de seis sectores. Un despliegue de seis sectores utiliza dos haces estrechos de 33° para reemplazar una antena sectorial de haz de 65°. Gracias al estrecho ancho de haz azimutal, la sectorización de orden superior reduce no solo la interferencia de superposición, sino también el área de transferencia suave para mejorar la eficiencia de la reutilización de frecuencias.
Al comparar la antena de haz azimutal estrecho de 33° con la antena sectorial normal de 65°, la antena de haz azimutal estrecho ofrece un patrón de caída rápido y una mejor supresión de lóbulos laterales y posteriores. Además, al dividir un sector de 120° en dos sectores más pequeños, reemplazando una antena sectorial normal por dos antenas de haz estrecho, es posible controlar ambos sectores divididos de forma independiente para optimizar la red y personalizar la cobertura de la estación base.
La Figura 1 ilustra la reducción significativa del solapamiento intersectorial al cambiar de una antena de 65 grados a una de 33 grados. Esta reducción disminuye el área de transferencia suave y proporciona ganancias de capacidad adicionales.
Para la implementación de seis sectores, se pueden optimizar dos puntos de nivel de cruce entre sectores divididos de -6 a -10 dB, lo que constituye un buen nivel de cruce para la transferencia entre sectores para sistemas 2G, 3G y LTE.
【 04 EL DESVENTAJA DE LA SECTORIZACIÓN DE ORDEN SUPERIOR POR 】
La forma tradicional de implementar un sitio de seis sectores consiste en reemplazar tres antenas sectoriales de 65° por seis antenas de panel de haz estrecho, lo que implica duplicar el número de antenas al utilizar una sectorización de orden superior. El aumento en el número de antenas implica duplicar los costos, incluyendo la compra, el embalaje, el transporte y el despliegue.
Normalmente, una antena de haz estrecho de 33° es mucho más ancha que una antena de panel de 65° debido a que requiere un conjunto de antenas adicional para proporcionar un haz azimutal más estrecho. Por lo tanto, su mayor tamaño genera un gran impacto visual en el sitio. Además, la gran superficie de la antena de panel genera una carga de viento significativamente mayor en comparación con la antena de panel de 65°. Además, la antena de haz estrecho más grande también añade más peso a la torre que la antena de panel de 65°.
Otro problema al usar dos antenas de haz estrecho para reemplazar la antena de panel de 65° son los errores de alineación durante el despliegue. Es necesario alinear con precisión dos antenas de haz estrecho para reemplazar un sector de 120° y optimizar el área de superposición, la interferencia intrasectorial y los puntos de cruce.
Por la razón mencionada anteriormente, el sitio de seis sectores que utiliza antenas de haz estrecho no ha ganado mucha atención en el mercado de las telecomunicaciones.
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