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3.1. Introdução

O objetivo da inclusão de um elemento ativo na interface aérea é, basicamente, aumentar a área efetiva de cobertura de uma BTS. Existem diversas situações nas quais a utilização do repetidor é interessante, especialmente sob o ponto de vista de redução de custos e rapidez na implantação. O repetidor, devido à sua versatilidade, pode ser incluído em diversos momentos da implantação da rede, desde etapas iniciais na substituição de BTS até em fases mais avançadas de expansão, visando à redução das áreas de sombra existentes.

Como será visto, a escolha do tipo de repetidor a ser utilizado depende muito das características topográficas, morfológicas e sistêmicas (tipo de cobertura desejada), pois existem diferentes graus de penalidades associadas à inclusão do repetidor no sistema. Para cada situação existe um tipo de repetidor com características que irão melhor atender as necessidades do projeto.

A arquitetura do enlace com repetidor é simples, como ilustrado na Figura 3.1-1 - Esquema básico de um sistema com repetidor. 
No enlace direto o repetidor capta o sinal de uma BTS doadora, o amplifica e retransmite para a nova área de serviço provendo cobertura. No enlace reverso o repetidor capta o sinal da unidade do usuário e o retransmite amplificado para a BTS. Entretanto ocorrem neste processo, diversos efeitos de degradação que devem ser levados em consideração para que a operação do repetidor ocorra de forma satisfatória, afetando o mínimo possível na qualidade da rede.

Em geral os repetidores, permitem uma supervisão remota utilizando-se modem. Neste sentido, pode-se fazer monitoramento de alarmes e até gerência do sistema, onde alguns parâmetros podem ser alterados remotamente. Alguns repetidores possibilitam ainda a obtenção de estatística de tráfego cursado através dele. Esta possibilidade é vital para que a percepção de falhas no equipamento seja feita pela operadora e não oriunda de reclamações de clientes.

Figura 3.1-1 - Esquema básico de um sistema com repetidor

A opção pela implantação ou não do repetidor depende, em linhas gerais, de duas considerações [REF 2]: 

1. A região de interesse possui BTS com folga de tráfego? 
O tráfego cursado nas possíveis BTS doadoras (ou se for o caso, de um projeto inicial, o tráfego esperado nas candidatas a BTS doadora) deve ser inferior ao tráfego máximo suportado, pois o repetidor possibilita um aumento na área de cobertura sem, contudo, aumentar a capacidade de tráfego. Caso a BTS doadora esteja operando próximo do seu limite de capacidade o aumento na cobertura, irá gerar um tráfego adicional que não poderá ser suportado, acarretando num aumento no bloqueio das chamadas.

2. Os prazos de implantação são críticos?
Como o repetidor não necessita de integração à rede de transmissão, sua infra-estrutura requerida é simplificada, reduzindo assim o tempo de implantação do equipamento.

Os repetidores atualmente utilizados nos sistemas celulares constituem-se, basicamente, de um amplificador bi-direcional com filtros para evitar recepção e transmissão de espúrios.

Os equipamentos são em geral classificados com relação a dois quesitos [REF 2]: tipo de filtragem e tipo de transmissão. 
Com relação ao tipo de filtragem tem-se:

1. Repetidores de banda larga (Broadband)
2. Repetidores seletivos em banda (Band Selective)
3. Repetidores seletivos em canal (Channel Selective)

Com relação ao tipo de transmissão tem-se:

1. Repetidores na freqüência de transmissão (On Frequency Repeater)
2. Repetidores com deslocamento de freqüência (Frequency Shifting Repeater)
3. Repetidores com alimentação por fibra óptica (Fiber Optic Repeater)

Devido às características distintas, cada tipo de repetidor possui desempenho diferente com relação à degradação causada na rede. A seguir serão apresentados, para cada tipo de repetidor, suas principais características, limitações e situações onde são comumente utilizados.

3.2.1. Classificação quanto à filtragem

3.2.1.1. Repetidor de faixa larga

Este repetidor, de mais baixo custo, tem como característica amplificar toda a faixa de freqüência de operação do sistema celular. Isto faz com que canais não pertencentes a BTS doadora sejam amplificados (incluindo canais de outras operadoras), aumentando consideravelmente o nível de interferência na região em torno do repetidor. Outro problema apresentado por este tipo de repetidor é o baixo ganho por canal e a maior probabilidade do amplificador ser saturado, devido aos diversos sinais de entrada.

Por estes dois motivos sua instalação deve ser feita preferencialmente em ambientes nos quais a isolação de outras fontes de sinais além da BTS doadora seja grande, evitando uma maior degradação do sistema. Este tipo de repetidor pode ser implantado em projetos externos (outdoor) em áreas isoladas, longe da influência de muitas BTS, ou em ambientes internos (indoor).

3.2.1.2. Repetidores Seletivos em Banda

Este repetidor possui características semelhantes ao de larga faixa, apresentando basicamente os mesmos problemas citados no item anterior, contudo permitem amplificar apenas a banda de uma operadora, evitando assim a degradação de desempenho do sistema de outras empresas. É utilizado em áreas urbanas com um planejamento cuidadoso para evitar a captação de sinais indesejados, e em projetos para ambientes interiores.

3.2.1.3. Repetidores Seletivos em Canal

Neste tipo de repetidor somente são recebidos e amplificados os canais da BTS doadora. Este repetidor garante melhor desempenho, pois pelo fato de não haver amplificação de canais indesejados, há uma redução na degradação do sistema. Em geral cada canal possui um PA (power amplifier) individual, fornecendo um grande ganho de amplificação por canal. No caso da utilização em um sistema com salto em freqüência (frequency hopping), o conjunto de canais a ser amplificado deve conter todos os canais utilizados pela seqüência.

Em contra-partida ao melhor desempenho, este tipo de repetidor é mais caro que os demais tendo custo próximo ao de uma BTS completa. Sua utilização depende da análise da a relação custo benefício para a determinação da melhor solução.

3.2.2. Classificação quanto à transmissão

3.2.2.1. Repetidores de mesma faixa

Este repetidor pode utilizar qualquer um dos três processos de filtragem já descritos.

Nesta classe de repetidores, a interface aérea entre a BTS e o repetidor trabalha na mesma freqüência de operação da interface repetidor-móvel. O sinal irradiado pela BTS para os terminais de usuário é captado por uma antena denominada de coletora, filtrado, amplificado e retransmitido pela antena servidora do repetidor, que irá atender a área de interesse. No sentido do enlace reverso o sinal proveniente do terminal móvel é captado pela antena servidora, amplificado e transmitido pela antena coletora para a BTS. Os ganhos introduzidos pelo repetidor nos enlaces direto e reverso podem ser configurados independentemente.

A utilização de uma mesma freqüência de operação nas duas interfaces aéreas cria um delicado problema de isolação entre as antenas coletora e servidora do repetidor. A possibilidade de acoplamento entre as duas antenas limita o ganho máximo utilizável tornando a obtenção de boas condições de isolação entre as antenas, de fundamental importância. Níveis adequados de isolação são conseguidos através da escolha apropriada das antenas (lóbulos laterais e traseiros reduzidos) e de uma montagem eficiente. Em geral, este tipo de repetidor é utilizado também locais com boa isolação natural ou em coberturas de ambientes interiores.

3.2.2.2. Repetidores de faixa deslocada

Este tipo de repetidor só é disponível com filtragem de canal seletivo e consiste em duas unidades: Unidade BTS e Unidade Remota. 

A Unidade BTS fica fisicamente colocada na BTS doadora, podendo ser conectado diretamente à mesma utilizando-se acopladores direcionais. A função desta unidade é transladar as freqüências das portadoras da BTS doadoras para que a transmissão para o repetidor ocorra em uma freqüência diferente da utilizada pela BTS e pelo móvel. 

A Unidade Remota desempenha a função de repetidor propriamente dita. A antena coletora recebe o sinal de freqüência f2 transladando-o novamente para a freqüência inicial f1. O sinal é amplificado e enviado para a antena servidora, que proverá a cobertura da área de interesse. O processo análogo ocorre no reverso, de modo a manter a interface aérea entre a BTS-repetidor trabalhando em uma freqüência diferente da utilizada pelo terminal móvel. A operação em freqüências diferentes permite ganhos elevados no repetidor por reduzir o problema da isolação. 

Alguns cuidados devem ser tomados para que a utilização do repetidor com desvio de freqüência tenham desempenho satisfatório: 

1. Deve-se evitar que algum móvel utilize as freqüências f2 que estão sendo transmitidas entre a Unidade BTS e a Unidade Remota, pois isto pode causar um grande aumento na interferência de uplink. Para isto utilizam-se antenas muito diretivas na Unidade BTS e na antena coletora da Unidade Remota. Também nesta interface, os canais de controle possuem estruturas invertidas [REF 2] para que o móvel não tenha condições de captar e decodificar o BCCH [apêndice].

2. Para que o isolamento entre as antenas receptora e servidora seja desprezível, as freqüências f1 e f2 devem ser separadas de uma distância de pelo menos 4 canais [REF 2] (800 KHz para o sistema GSM). Neste sentido, a escolha da freqüência f2 deve ser cuidadosa para que não ocorra nenhuma degradação em BTS vizinhas, que poderão estar utilizando f2 como um canal de voz ou até mesmo de controle. A utilização de antenas diretivas também reduz os problemas desta natureza.

3. O sistema de desvio de freqüência necessita de sincronização, podendo ser utilizado o sinal GPS para garantir o sincronismo desta operação.
Pelo fato de permitir altos ganhos e de ser canal seletivo, este repetidor é o mais recomendado para aplicações outdoor, onde critérios de degradação e isolação são críticos. Por outro lado seu custo é bastante elevado A figura abaixo mostra, de forma esquemática, este tipo de repetidor.

Figura 3.2.2.2-1 - Esquema básico de repetidor de freqüência deslocada

(Continua)