O que é uma antena para células pequenas? Guia completo

O conceito de tecnologia de pequenas células e de antenas de pequenas células tornou-se cada vez mais popular nos sistemas de rede modernos devido à sua capacidade de fornecer comunicações eficientes mesmo em áreas com uma procura muito elevada. As antenas para pequenas células tornaram-se um produto de sucesso devido ao seu tamanho compacto e baixo peso, combinados com o seu elevado desempenho e eficiência, o que é ideal para muitos ambientes, como zonas urbanas, estádios, aeroportos, cidades inteligentes e até zonas rurais. Este artigo aborda o conceito de pequenas células e a importância das antenas para pequenas células, as suas caraterísticas, prós e contras, aplicações e muito mais.

Introdução à tecnologia de células pequenas

As pequenas células são nós de acesso via rádio de baixa potência, compactos e, normalmente, com um alcance e uma potência de saída inferiores aos das torres de telemóveis tradicionais. São geralmente utilizados juntamente com a rede macro, complementando e melhorando o seu desempenho. A tecnologia das pequenas células desempenha um papel fundamental na melhoria do desempenho de uma rede, melhorando a sua capacidade, cobertura e qualidade de serviço, o que as torna essenciais para apoiar os sistemas de rede em zonas densamente povoadas. À medida que o mundo transita para arquitecturas de rede 5G e posteriores, a tecnologia de pequenas células será um componente crucial. A tecnologia de pequenas células será extremamente útil em áreas com elevada procura de redes sem fios, como em zonas urbanas, estádios, centros comerciais e outros locais com muita gente. As antenas para pequenas células são o elemento mais importante no estabelecimento da tecnologia de pequenas células. Estes dispositivos estão disponíveis em vários tamanhos e com diferentes parâmetros de desempenho, como alcance, níveis de potência e factores de forma, e podem ser utilizados tanto em ambientes interiores como exteriores. Podem suportar e funcionar em diferentes tecnologias sem fios, incluindo 3G, 4G e 5G. São cómodas de manusear e flexíveis, o que as torna fáceis de instalar em postes de iluminação pública, postes de eletricidade, edifícios, etc. O melhor tipo de antena para pequenas células varia consoante o caso de utilização. consoante o caso de utilização. De um modo geral, a tecnologia de pequenas células aproximará os pontos de acesso dos utilizadores finais, reduzindo assim o tráfego da rede, melhorando a velocidade e a qualidade dos dados e, eventualmente, proporcionando uma melhor experiência ao utilizador.

A evolução das redes celulares

A tecnologia tem vindo a desenvolver-se a passos largos ao longo das últimas décadas. Ao longo das gerações de redes celulares, foram surgindo diferentes tecnologias. Com as tecnologias 5G e posteriores, quantidades maciças de utilizadores e a exigência de velocidades de dados elevadas, latência mínima, etc., as antenas para pequenas células tornaram-se um componente crítico.

Caraterísticas das antenas para células pequenas

A antena desempenha o papel mais importante numa rede de pequenas células. As antenas de pequenas células são concebidas e construídas para proporcionar uma cobertura localizada e uma maior capacidade de rede. As antenas para células pequenas comunicam com os dispositivos dos utilizadores finais através de sinais RF e são capazes de receber e transmitir estes sinais sem fios através de diferentes bandas de frequência atribuídas às diferentes redes em bandas 3G, 4G LTE ou 5G. As antenas para células pequenas, como o nome sugere, são mais pequenas e compactas do que as antenas para estações de base tradicionais e podem ser facilmente montadas e instaladas na maioria dos locais. Isto torna-as convenientes e úteis para fornecer uma cobertura localizada dentro de um intervalo específico. A área de cobertura de uma antena para células pequenas dependerá dos seus parâmetros de desempenho, como o ganho, as bandas de frequência de funcionamento, a forma da antena e as configurações, bem como as condições ambientais de funcionamento. As antenas para pequenas células são normalmente instaladas como uma rede de nós interligados com um controlador centralizado, que coordena o desempenho entre as antenas para pequenas células e a rede macro-celular com as estações de base normais, optimizando a atribuição de recursos e minimizando as interferências entre as pequenas células próximas. As antenas de pequenas células têm de ser ligadas à rede principal, o que é normalmente conseguido através de ligações de backhaul utilizando cabos de fibra ótica ou ligações sem fios. A integração adequada das antenas de pequenas células com as macrocélulas garantirá uma conetividade perfeita para os utilizadores.

Quais são os principais benefícios da implantação de células pequenas?

• As antenas para pequenas células podem alargar a cobertura das redes móveis celulares, especialmente em áreas altamente densas. Isto aumenta a capacidade global da rede e, por conseguinte, é ideal para aumentar a capacidade em ambientes onde existe uma procura crescente de conetividade de rede, como em áreas residenciais densas, metropolitanas ou comerciais. As antenas para pequenas células também são úteis para fornecer conetividade de rede a áreas onde os sinais de outras macrocélulas podem ser fracos ou não estar disponíveis.  

• As antenas para pequenas células são geralmente mais baratas do que as antenas para estações de base tradicionais.

• As antenas para pequenas células são normalmente mais fáceis e rápidas de instalar e utilizar. O tamanho e o design compactos tornam as antenas para pequenas células flexíveis para serem utilizadas numa grande variedade de aplicações.

• As antenas de pequenas células são capazes de suportar um maior número de utilizadores, uma vez que tiram melhor partido do espetro licenciado e não licenciado disponível. São concebidas para serem mais eficazes do que as macrocélulas. As antenas de pequenas células podem reutilizar as mesmas frequências porque os seus alvos estão geralmente concentrados em pequenas áreas únicas.

• A perda de sinal e a interferência nas antenas de pequenas células são limitadas, uma vez que são geralmente colocadas muito perto dos utilizadores finais. Isto também resulta numa transferência de dados mais rápida e numa menor latência, o que é ideal para proporcionar uma experiência de utilizador perfeita e de qualidade.                                                                                                                                                                                                                                                          

Tipos de antenas para pequenas células

As antenas para pequenas células estão disponíveis em três modelos principais: micro células, pico células e femto células.

• Microcélula:

As antenas para microcélulas são as que mais se aproximam, em termos de aspeto e de desempenho, das antenas para macrocélulas, que são os tipos de antenas mais comuns. As antenas para microcélulas têm, geralmente, um alcance de dois quilómetros ou menos, mas, dependendo da antena, pode ir até algumas dezenas de quilómetros. As antenas para microcélulas são normalmente utilizadas em zonas urbanas exteriores onde as antenas macro têm uma cobertura limitada e uma densidade elevada. As antenas de microcélulas podem ser utilizadas para fornecer serviços de rede localizados com cobertura e capacidade melhoradas. Estas antenas são as mais caras de todos os tipos de pequenas células e podem suportar a capacidade mais elevada.

• Célula Pico:

As antenas Pico cell têm uma área de cobertura mais pequena do que as microcélulas. Geralmente, podem communicar num raio de 200 m ou menos, mas certas antenas Pico cell podem ter o seu alcance alargado até alguns quilómetros. São utilizadas commapenas para aplicações exteriores e interiores e podem ser encontradas em locais como centros comerciais, aeroportos ou edifícios de escritórios.

• Célula Femto:

As antenas de células Femto têm áreas de cobertura ainda mais pequenas e menor potência do que as antenas de células Pico. O seu alcance é geralmente de cerca de 40 m ou menos, mas pode estender-se até algumas centenas de metros. São mais frequentemente utilizadas para aplicações interiores, como ambientes residenciais ou de pequenas empresas. estações de base concebidas principalmente para utilização interior em ambientes residenciais ou de pequenas empresas. As antenas para células Femto podem ligar-se à ligação de banda larga local de um utilizador para fornecer cobertura celular localizada dentro de um alcance limitado, melhorando assim a cobertura interior e a intensidade do sinal para os dispositivos do utilizador final. As antenas para células Femto têm geralmente um custo inferior.

As especificações e os parâmetros de desempenho dos diferentes tipos de antenas para pequenas células podem variar consoante os diferentes vendedores e fabricantes. A escolha de um tipo específico de antena de pequenas células para um caso de utilização depende de vários factores, incluindo a área de cobertura pretendida, a densidade de utilizadores, os requisitos de tráfego de dados e o ambiente de implantação pretendido. Em comparação com as antenas para macrocélulas, as antenas para pequenas células podem proporcionar uma melhor consistência e fiabilidade dentro do seu alcance limitado.

Resumo

A escolha do tipo adequado de célula pequena depende do cenário de aplicação específico, da densidade de utilizadores, dos requisitos de cobertura e das necessidades de tráfego de dados.

Avanços tecnológicos

As antenas para pequenas células fazem parte da revolução tecnológica das comunicações modernas. As tecnologias de formação de feixes e MIMO (Massive Input Massive Output) desempenham um papel fundamental nas antenas para pequenas células. A formação de feixes é a capacidade de adaptar o padrão de radiação das antenas de pequenas células a um cenário específico, em que são aplicadas amplitudes relativas e mudanças de fase a cada elemento da antena, de modo a que os sinais de saída se somem coerentemente em determinados ângulos e anulem destrutivamente os sinais de saída uns dos outros em determinados ângulos. MIMO maciço é quando um número muito grande de antenas é implantado na estação de base, o que melhorará a eficiência energética e espetral das redes sem fios. Os sistemas MIMO são capazes de lidar com transferências frequentes em redes de pequenas células, o que melhora a qualidade geral de toda a rede.

Papel das pequenas células nas redes 5G

A tecnologia de pequenas células é crucial para as redes 5G devido a muitas razões e algumas das mais importantes são discutidas abaixo.

• Aumento da capacidade: As redes 5G caracterizam-se por velocidades de dados mais elevadas e menor latência em comparação com as redes 3G ou 4G. As redes 5G operam normalmente com bandas de alta frequência e têm alcances de transmissão curtos. As antenas de células pequenas são ideais para a implementação da rede em áreas altamente povoadas com maiores necessidades de capacidade devido à sua cobertura localizada e menor potência de transmissão.

• Arquitetura de rede mais densa: As redes 5G têm de dar resposta a uma enorme quantidade de utilizadores e com elevados débitos de dados. A arquitetura de pequenas células consiste normalmente num grande número de estações de base de baixa potência ligadas num padrão específico a um controlador central de forma concentrada. Isto proporciona uma arquitetura de rede mais granular que melhora a cobertura, a capacidade e o desempenho geral da rede.

• Tecnologia de ondas milimétricas: As redes 5G funcionam em bandas de frequência de ondas milimétricas e, por conseguinte, suportam débitos de dados extremamente elevados, mas têm uma capacidade de propagação limitada. Os sinais 5G de ondas milimétricas são facilmente sujeitos a atenuação por obstáculos como edifícios e folhagem. As pequenas células são extremamente úteis na implementação de implantações mmWave, uma vez que podem aproximar os sinais do utilizador.

• Cobertura interior melhorada: O 5G é extremamente importante em aplicações interiores, como casas inteligentes, escritórios inteligentes e automação industrial, e requer uma conetividade de rede altamente estável e fiável. As antenas de células pequenas são ideais para essas aplicações interiores, uma vez que podem ser facilmente instaladas em edifícios para melhorar a cobertura, a capacidade e as velocidades de dados.

• Fragmentação da rede e computação periférica: O 5G utiliza um conceito de divisão da rede que permite que os recursos da rede sejam atribuídos a pedido a casos de utilização ou serviços específicos. As células pequenas também podem facilitar o fatiamento da rede, fornecendo recursos dedicados e conetividade personalizada para aplicações específicas numa determinada área. As células pequenas também suportam a computação de ponta, aproximando assim os recursos de rede dos utilizadores e reduzindo a latência, o que as torna ideais para aplicações em tempo real.

• Mobilidade sem descontinuidades e Handovers: A tecnologia 5G tem de fornecer conetividade ininterrupta e sem falhas a um grande número de utilizadores. As pequenas células podem ser extremamente úteis na criação dessas redes sem descontinuidades, de qualidade e fiáveis, porque quando as pequenas células são integradas na rede macrocelular, permitem que os utilizadores se desloquem sem problemas entre diferentes áreas de cobertura de diferentes estações de base sem perderem a conetividade.  

Aplicações das antenas para pequenas células

• Urbano:

As pequenas antenas celulares são um método económico para implementar redes em zonas urbanas onde a procura não é uniforme. As pequenas antenas celulares podem descarregar o tráfego da rede macro celular e também podem ajudar a preencher as lacunas de cobertura, melhorando assim a qualidade geral do serviço de rede, a capacidade, a velocidade e o alcance dos dados. As antenas para pequenas células podem ser facilmente montadas em postes de iluminação pública, postes de eletricidade ou edifícios para proporcionar uma cobertura localizada.

• Estádios:

Os estádios têm requisitos específicos em termos de conetividade de rede, uma vez que, normalmente, têm, em média, um pequeno número de utilizadores fora das horas de ponta e, depois, durante os eventos ou espectáculos no estádio, registam um aumento maciço do número de utilizadores e a procura de conetividade de rede aumenta exponencialmente. As antenas para pequenas células podem ser utilizadas nestes cenários para responder à elevada procura e para apoiar a rede macro-celular principal no tratamento do tráfego durante as horas de ponta.

• Aeroportos:

As pequenas células são utilizadas commapenas em locais fechados, como os aeroportos, uma vez que estes têm frequentemente um tráfego intenso de utilizadores e necessitam de fornecer uma cobertura fiável. As antenas de pequenas células podem ajudar a melhorar a intensidade do sinal, a capacidade e a velocidade dos dados nos edifícios, proporcionando assim aos utilizadores uma melhor experiência de rede.

• Cidades inteligentes:

As cidades inteligentes são, na sua maioria, alimentadas pela tecnologia 5G, que exige taxas de dados elevadas, baixa latência e tem de suportar uma quantidade enorme de utilizadores. As antenas de pequenas células desempenham um papel crucial, operando em bandas de frequência mais elevadas e arquitecturas de rede mais densas exigidas pelas cidades inteligentes. Aproximam a rede dos utilizadores e permitem uma utilização mais eficiente do espetro disponível.

• Conectividade rural:

As antenas para pequenas células podem ser extremamente úteis para estabelecer redes em zonas rurais ou remotas, onde as redes macro-celulares tradicionais podem não ser viáveis. Isto alargará a cobertura sem fios a áreas mal servidas, minimizando assim o fosso digital.

Desafios na implantação de pequenas células

• Aquisição do sítio:

Com a implantação das redes 5G, as antenas de pequenas células têm de ser instaladas numa arquitetura densificada. No entanto, a instalação de uma grande quantidade de antenas ocupa muito espaço e pode também diminuir o valor da propriedade onde estão a ser instaladas. A aquisição de espaço suficiente sem perturbar o ambiente pode ser um grande desafio. A aquisição de locais para antenas de células pequenas pode também exigir inúmeras licenças, alugueres, papelada, etc., o que também não é o ideal.

• Gestão das interferências:

Uma vez que as antenas de células pequenas são normalmente instaladas de forma agrupada, a conceção da arquitetura, colocação e orientação pode ser um grande desafio, uma vez que têm de ser posicionadas de forma a minimizar a interferência entre cada antena de célula pequena, bem como a interferência entre as antenas de células pequenas e as antenas de células macro.

• Despesas gerais financeiras:

A implementação de uma configuração de antena para pequenas células pode ser bastante difícil do ponto de vista financeiro. Os custos de implementação, bem como os custos de funcionamento e manutenção das antenas para pequenas células são normalmente elevados em comparação com a utilização de repetidores ou retransmissores tradicionais. A implantação de um grande número de antenas de pequenas células numa região exige um orçamento mais elevado.

Conclusão

A tecnologia de pequenas células tornou-se vital no mundo atual das commelecomunicações. No mundo moderno, para atingir os níveis de desempenho esperados em termos de velocidade de dados, cobertura e qualidade de serviço, minimizar a interferência e a latência, ultrapassar as limitações das bandas de frequência mais elevadas e suportar a maior densidade de dispositivos ligados, as antenas para pequenas células são extremamente importantes. As antenas para pequenas células estão disponíveis em diferentes modelos e a seleção do modelo adequado dependerá do ambiente de funcionamento e dos requisitos de desempenho da aplicação específica. Em conclusão, a tecnologia de pequenas células é uma ferramenta importante para a procura cada vez maior de conetividade sem fios.