O que é uma antena CBRS? Guia completo

O Citizen Broadband Radio Service é um divisor de águas no domínio das comunicações sem fios modernas. As antenas CBRS, especialmente concebidas para a utilização eficiente da banda CBRS, desempenham um papel importante na criação de redes 5G, sistemas LTE privados e várias aplicações IoT. Este artigo explora os vários tipos de antenas CBRS, os seus casos de utilização, o seu envolvimento nas empresas e a tecnologia sem fios 5G. Além disso, também discute o potencial das antenas CBRS otimizadas para IA na formação do futuro das tecnologias sem fio.

Introdução ao CBRS

O CBRS apresenta-se como um empreendimento significativo nas comunicações sem fios, oferecendo um espetro partilhado que equilibra acessibilidade, flexibilidade e eficiência. Abrangendo a gama de 3,55 GHz - 3,7 GHz, o espetro CBRS constitui uma alternativa económica às opções tradicionais baseadas em operadores para a implantação de redes privadas LTE e Redes 5G.

As antenas CBRS actuam como a força motriz dos avanços creditados ao domínio CBRS. Estas antenas asseguram conetividade de alta velocidade e baixa latência, o que as torna um elemento essencial nos actuais e futuros ecossistemas de comunicação sem fios.

O que é o espetro CBRS?

A banda CBRS é uma largura de banda de 150 MHz entre 3,55 GHz e 3,7 GHz, disponível exclusivamente nos Estados Unidos e regulada pela Federal Communications Commission (FCC).

Concebida como um recurso flexível para aplicações como redes móveis privadas, extensões da rede macro e acesso fixo sem fios, o CBRS funciona segundo um sistema de três níveis para garantir uma utilização eficiente. No seu nível mais elevado estão os utilizadores históricos, como a Marinha dos EUA e as estações terrestres de satélite, totalmente protegidos contra interferências. Em seguida, estão as licenças de acesso prioritário (PAL), que adquiriram direitos de acesso a 10 canais MHz com uma duração máxima de três anos. Por último, os utilizadores de Acesso Geral Autorizado (GAA) podem aceder à banda mediante o pagamento de uma pequena taxa mensal, desde que não interfiram com os utilizadores de nível superior.

Para evitar conflitos de acesso, o sistema de acesso ao espetro (SAS), mandatada pela FCC, coordena a utilização entre níveis, permitindo que o CBRS acomode uma variedade de aplicações, ao mesmo tempo que promove a inovação na comunicação sem fios.

O que é uma antena CBRS?

As antenas CBRS são especialmente projetadas para aplicações dentro da largura de banda de 3,55 GHz a 3,7 GHz, também conhecida como Banda 48. Estas antenas são fornecidas numa variedade de configurações, tais como designs direcionais, omnidireccionais, de sector e de painel. Esta diversidade de conceção permite uma cobertura eficaz tanto em interiores como em exteriores, bem como a conetividade móvel para veículos, melhorando assim a capacidade e a eficiência globais da rede.

Como muitas empresas, instituições, instalações e locais de trabalho configuram redes LTE e 5G privadas usando o espetro CBRS, essas antenas desempenham um papel crucial no fornecimento de conetividade de alta velocidade adaptada às necessidades específicas de cada organização. Além disso, como essas antenas suportam casos de uso como integração de dispositivos IoT, fabricação inteligente e cobertura sem fio em todo o campus, elas se tornaram componentes essenciais para o avanço da transformação digital.

As antenas CBRS constituem uma alternativa rentável às redes tradicionais geridas por operadoras, permitindo que os utilizadores aproveitem todo o potencial da banda CBRS. Elas oferecem velocidades de dados aprimoradas, latência reduzida e maior capacidade de rede em ambientes de alta demanda.

Tipos de antenas CBRS

As antenas CBRS estão disponíveis em vários tipos, cada um oferecendo vantagens únicas para atender a diferentes requisitos dentro da banda CBRS. Alguns dos principais tipos de antenas CBRS são os seguintes:

1. Antena de painel

As antenas de painel CBRS são antenas direcionais que apresentam uma forma retangular plana distinta. Essas antenas geralmente oferecem ganhos que variam de 6 dBi a 18 dBi com larguras de feixe horizontal de 30 a 120 graus, tornando-as ideais para cobertura de sinal direcionada.

Uma vez que estas antenas são capazes de concentrar a energia de radiofrequência numa direção estreita definida, são amplamente utilizadas em redes celulares, banda larga sem fios e em sistemas de comunicação ponto-a-ponto em áreas urbanas densas onde existe uma quantidade significativa de interferências.

2. Antena Yagi

Estas antenas são normalmente constituídas por um elemento motor, um refletor e vários diretores. Concebidas para fornecer comunicação de longo alcance, estas antenas oferecem ganhos entre 7 dBi e 20 dBi com larguras de feixe típicas que variam entre 20 e 50 graus.

Uma vez que as antenas Yagi são capazes de produzir um padrão de radiação focado, são normalmente excelentes na formação de ligações ponto-a-ponto, na receção de meios de comunicação em direto e no acesso remoto, onde é necessário obter sinais estáveis e de alta qualidade a longas distâncias.

3. Antena de sector

As antenas de sector CBRS são concebidas para aplicações que requerem uma cobertura de área ampla nas gamas angulares de 60, 90 e 120 graus.

Dado que estas antenas proporcionam um ganho elevado que varia entre 10 dBi e 18 dBi, podem garantir uma transmissão eficiente do sinal em grandes espaços, reduzindo efetivamente o número de antenas necessárias para uma cobertura óptima. Normalmente, as antenas de vários sectores são combinadas para formar células, a fim de minimizar a sobreposição e a interferência nas implantações CBRS.

Estas antenas podem ser concebidas para dupla polarização e suportam configurações multi-input e multi-output (MIMO), sendo idealmente utilizadas em ambientes onde é necessário um elevado débito de dados e fiabilidade.

4. Antena de fibra de vidro

As antenas de fibra de vidro apresentam um padrão de radiação omnidirecional e são revestidas por uma bainha de fibra de vidro durável, o que lhes permite suportar ambientes exteriores adversos.
Uma vez que estas antenas são capazes de resistir a condições climatéricas extremas, radiação UV, corrosão e ventos fortes, são normalmente utilizadas em sistemas de comunicação marítimos, sistemas de monitorização industrial e em redes IoT em que o desempenho robusto e consistente é fundamental.
Para além da omnidireccionalidade, estas antenas oferecem um ganho decente que varia entre 2 dBi e 12 dBi, o que as torna boas candidatas para áreas amplas onde a direção do sinal está sujeita a variações.

5. Antena de montagem no teto

Estas antenas são antenas omnidireccionais especialmente concebidas para utilização em interiores.
Com ganhos que variam entre 3 dBi e 8 dBi, estas antenas oferecem conetividade fiável em espaços fechados, como escritórios, hospitais e espaços comerciais, ao mesmo tempo que se misturam facilmente com o seu design estético de baixo perfil.
As antenas de montagem no teto são geralmente utilizadas na configuração de sistemas de antenas distribuídas (DAS), LTE privada e redes empresariais, uma vez que proporcionam as melhores opções de cobertura em espaços interiores.

6. Antena de pato de borracha

As antenas de pato de borracha são antenas compactas especialmente concebidas para serem utilizadas em aparelhos portáteis para comunicações de curto alcance.
Com ganhos entre 2 dBi e 5 dBi, estas antenas são commapenas vistas em dispositivos de rádio portáteis, dispositivos IoT e sensores industriais.
A antena de pato de borracha possui uma bobina helicoidal que a torna uma opção flexível e durável, capaz de resistir ao esforço físico e ao desgaste, tornando-a uma solução prática para requisitos portáteis compatíveis com CBRS.

Principais aplicações das antenas CBRS

CBRS para redes empresariais

As antenas CBRS são um elemento essencial no estabelecimento de redes privadas de evolução a longo prazo (LTE) e 5G para ambientes empresariais, como armazéns, campus e hospitais.

Especialmente nos armazéns, as antenas CBRS são utilizadas para maximizar a eficiência operacional, suportando o rastreio de activos, a gestão de inventário em tempo real e o manuseamento automatizado de materiais através da conetividade de alta velocidade entre dispositivos, reduzindo efetivamente os atrasos na logística e aumentando a produtividade geral.

As antenas CBRS são utilizadas em ambientes de campus para facilitar uma melhor conetividade para aplicações de edifícios inteligentes, como iluminação activada por IoT, sistemas HVAC e videovigilância, de modo a melhorar a eficiência operacional e a produtividade dos funcionários.

Nos hospitais, as redes CBRS são utilizadas para ajudar em aplicações críticas, como a monitorização de doentes em tempo real, a telesaúde e os dispositivos médicos sem fios, proporcionando melhores cuidados de saúde e mantendo a conformidade com as normas estabelecidas.

A fiabilidade melhorada, a segurança reforçada e a maior flexibilidade oferecida pelas antenas CBRS proporcionam às empresas um melhor controlo sobre as suas comunicações, com uma menor dependência de fornecedores externos que oferecem escalabilidade em função da evolução das necessidades.

Integração com a tecnologia 5G

O espetro de banda média (3,55 GHz - 3,7 GHz) utilizado pelas antenas CBRS oferece ao 5G NR (New Radio) uma largura de banda equilibrada entre velocidade e cobertura.

O espetro da banda média CBRS é considerado ideal, uma vez que é mais rápido do que as frequências de banda baixa utilizadas nas redes mais antigas e cobre também áreas maiores do que as bandas mmWave (frequência extremamente alta).

As antenas CBRS são eficazes na expansão da cobertura 5G para áreas que vão desde cidades urbanas densamente povoadas até subúrbios rurais.

Para além disso, podem aumentar a capacidade da rede, permitindo que a Internet 5G possa lidar com vários dispositivos ao mesmo tempo.
Uma vez que as antenas CBRS utilizam um modelo de espetro partilhado que evita interferências e é acessível, ajudam as empresas e instituições a criar as suas próprias redes 5G para empreendimentos como a automação de fábricas, dispositivos IoT e agricultura inteligente de uma forma rentável, sem enfrentarem interferências umas das outras.

Além disso, como as antenas CBRS oferecem baixa latência e altas velocidades de dados, podem suportar as aplicações mais futuristas do 5G, como a realidade aumentada (AR), a realidade virtual (VR) e os carros autónomos.

Em suma, as antenas CBRS são um elemento essencial para o sucesso do 5G NR, uma vez que permitem redes mais rápidas, fiáveis e económicas.

Ao expandir o alcance do 5G e ao suportar as aplicações de ponta associadas, as antenas CBRS garantem que a tecnologia 5G pode atingir o seu potencial máximo.

Em Segurança pública e serviços de emergência

As antenas CBRS podem fornecer uma banda dedicada aos socorristas com conetividade fiável de voz e dados durante as emergências.

Especialmente em áreas onde existe o risco de interrupção das redes celulares tradicionais devido a catástrofes naturais ou emergências, as antenas CBRS podem garantir uma comunicação ininterrupta.

Isto é fundamental para o sucesso de aplicações de missão crítica, como operações com drones, localização e sistemas de monitorização baseados em sensores.

Para veículos conectados e transportes

O sistema V2X (Vehicle-to-everything), impulsionado pelas instalações CBRS, é eficaz para melhorar a gestão do tráfego, reduzir o congestionamento e contribuir para a segurança geral dos transportes.

Uma vez que as antenas CBRS fornecem conetividade fiável e de baixa latência, são altamente desejáveis para veículos autónomos, que exigem comunicação veículo-infraestrutura em tempo real para reduzir a intervenção humana em tarefas como a navegação e a deteção de obstáculos.

As antenas CBRS são também muito eficazes em sistemas de gestão de frotas, especialmente em logística e transportes.

São utilizados para rastrear em tempo real, monitorizar o desempenho dos veículos e otimizar as operações logísticas, o que acaba por reduzir os custos operacionais e melhorar a eficiência operacional.

Fornecedores de antenas CBRS e líderes de mercado

Principais fornecedores de antenas CBRS

medida que as antenas CBRS ganham popularidade devido ao seu potencial para melhorar a comunicação sem fios, verifica-se um crescimento considerável de fornecedores que oferecem várias soluções de antenas CBRS. Alguns dos principais intervenientes que se destacam na oferta de soluções de antenas CBRS são os seguintes

CommScópio

A CommScope fornece uma gama de soluções de antena CBRS, incluindo projetos de banda única a multibanda que podem suportar serviços CBRS e legados. Além disso, essas antenas oferecem soluções otimizadas para áreas urbanas de alta densidade com recursos avançados de formação de feixe para melhorar o rendimento e a eficiência operacional.

Marca móvel

A Mobile Mark oferece soluções de antenas flexíveis dedicadas para redes LTE e CBRS privadas. A sua gama de soluções inclui uma vasta gama de configurações que são adequadas para aplicações comerciais e industriais.

Antenas de desempenho KP

Este fornecedor de soluções oferece um conjunto diversificado de opções de antenas CBRS para utilização generalizada em acesso fixo sem fios, banda larga rural e configurações CBRS relacionadas com empresas. Também fornece configurações de porta dupla e múltipla especialmente direcionadas para aplicações MIMO.

Forma de onda

A Waveform é especializada em antenas CBRS de alto desempenho, como a antena direcional de alto ganho QuadPRO, que possui um painel MIMO 4×4 com um feixe de foco estreito. Eles também fornecem soluções compactas adequadas para requisitos CBRS comerciais e residenciais em ambientes urbanos e suburbanos.

Samsung

A Samsung oferece soluções CBRS de alta segurança e baixa latência que são altamente eficazes em aplicações de missão crítica. O seu portfólio inclui uma vasta gama de soluções de antenas que vão desde Massive MIMO a pequenas células exteriores, todas certificadas pela OnGo Alliance.

Comparação de produtos

Algumas antenas CBRS amplamente utilizadas são as seguintes:

Nota: Os preços são aproximados e podem variar consoante o retalhista e as configurações específicas.

Tendências futuras das antenas CBRS

Antenas inteligentes e otimização de IA

A Inteligência Artificial (IA) tem o potencial de revolucionar os sistemas de antenas CBRS em termos de conceção e eficiência operacional.

Ao considerar a otimização do design, as simulações de IA podem simplificar o processo de teste de antenas, contribuindo para padrões de radiação precisos com capacidades de largura de banda adaptável e correspondência de impedância optimizada. Além disso, ao prever o congestionamento da rede, a atribuição dinâmica de recursos e o ajuste da cobertura com base em padrões de utilização em tempo real, as soluções CBRS baseadas em IA podem garantir um funcionamento fiável, melhorando o desempenho da rede.

Tecnologias sem fios emergentes

À medida que as tecnologias sem fios continuam a evoluir, as antenas CBRS mostram-se promissoras na adaptação às crescentes exigências das redes IoT e 6G.

As antenas CBRS são excelentes no manuseamento para conetividade de alta densidade, tornando-as ideais para garantir uma comunicação fiável entre dispositivos IoT distribuídos por diversos ambientes com diferentes intensidades de sinal. Com a integração da formação de feixes adaptativa impulsionada pela IA nas antenas CBRS, as aplicações IoT industriais e de cidades inteligentes podem beneficiar significativamente do seu desempenho melhorado.

Com a chegada da tecnologia 6G, as antenas CBRS serão confrontadas com novos desafios e oportunidades. Dado que a tecnologia 6G se centra na comunicação ultra fiável de baixa latência (URLLC) e no grande número de dispositivos ligados (mMTC), as antenas CBRS têm de ser capazes de lidar com bandas de frequência mais elevadas, como o espetro subterrahertz. Estes avanços garantirão que as antenas CBRS se mantenham flexíveis e preparadas para satisfazer as crescentes exigências de um futuro com maior conetividade.

Conclusão

As antenas CBRS permanecem na vanguarda do cenário moderno de comunicação sem fio. A sua capacidade de fornecer conetividade fiável em diversos ambientes, empresas e aplicações IoT coloca-as numa posição significativa no domínio da comunicação sem fios.

medida que a indústria das comunicações sem fios continua a crescer, as antenas CBRS continuarão a desempenhar um papel fundamental na satisfação das exigências das redes de comunicações actuais e da próxima geração.