Não basta utilizar a tecnologia mais avançada numa rede de telefonia celular para se garantir que ela tenha o desempenho máximo. Quando equipamentos avançados são colocados no alto de uma antena exposta ao tempo, descargas estáticas e sujeita a problemas dos mais diversos tipos, além de serem alimentados por uma rede de energia poluída, os problemas podem ocorrer. Veja quais são os problemas que afetam diretamente os equipamentos de uma rede de telefonia celular e como podemos evitá-los. (2005)
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O ponto crítico de uma rede de telefonia celular é a estação rádio-base (ERB).
Elas são os centros das células que devem se comunicar com cada telefone e transferir essas comunicações para estações centrais. Se elas não funcionarem adequadamente, toda a rede será comprometida, com cortes, interrupções das comunicações e mesmo não funcionamento dos telefones celulares.
Na figura 1 temos a estrutura básica de uma rede de telefonia celular, onde mostramos que no centro de cada célula existe uma estação rádio-base ou ERB que garante as comunicações com os telefones celulares que estão no seu raio de ação.
Nessas células existe tipicamente uma torre com pelo menos 30 metros de altura, onde as antenas são instaladas.
Os equipamentos de transmissão e recepção ficam num container, sendo alimentados diretamente pela fonte de energia elétrica mais próxima, normalmente a rede local, conforme mostra a figura 2.
Se na localidade existirem prédios, pode-se ganhar altura, economizando a torre instalando as antenas e o próprio equipamento no alto do prédio.
Nesse caso, a energia para alimentação dos equipamentos pode ser obtida da própria instalação elétrica do prédio em que a estação for instalada.
É fácil perceber que esse conjunto de equipamentos é bastante sensível a diversos fatores externos, os quais podem afetar bastante o seu funcionamento.
Analisemos alguns deles.
Aterramento
Uma estação rádio-base precisa de um bom aterramento. Instalada no alto de um edifício ou mesmo usando uma torre no chão, as antenas são um alvo fácil para descargas elétricas atmosféricas.
Elas podem ser atingidas tanto diretamente pelas descargas como sofrer efeitos secundários de uma descarga próxima.
Para garantir que essas descargas não tenham efeito sobre os equipamentos, as torres devem ser aterradas. Para isso podem ser usadas diversas técnicas de aterramento que vão desde o uso de eletrodos múltiplos, anéis de aterramento, diversos pontos de aterramento e ainda outras.
Na figura 3 mostramos como isso é feito num sistema multi-eletrodos.
Quando as antenas estão no alto de um prédio, fica difícil aterrá-las diretamente, através de um sistema próprio. Neste caso é comum que o sistema utilize o próprio sistema de aterramento do edifício.
Existem, entretanto alguns problemas que devem ser considerados quando se utiliza o sistema de aterramento de um prédio. Ele pode não ter uma conexão com o condutor de neutro. Essa conexão é importante para se obter as menores tensões possíveis em modo comum.
Também deve ser considerado que a distância entre a torre e o ponto de conexão de terra pode causar problemas, pelo comprimento do cabo necessário.
Um cabo muito longo representa uma resistência que pode ser responsável pela produção de pulsos de tensão perigosos quando uma descarga ocorre.
Esses pulsos podem chegar a níveis capazes de causar danos ao equipamento que está instalado nesse sistema, os quais se propagam pela linha de alimentação.
Uma técnica usada para minimizar os problemas de potenciais elétricos desenvolvidos no sistema de aterramento consiste em se utilizar um transformador de isolamento com condicionamento de energia para alimentar os circuitos do container.
Esse transformador isola os circuitos da rede, evitando a influência de potenciais gerados no sistema de aterramento devido a cabos longos, instalações elétricas deficientes e mesmo transientes que possam ser gerados nos equipamentos alimentados pela mesma rede.
Baterias como Fontes Auxiliares
Um outro problema que deve ser considerado numa ERB é a possibilidade de haver um corte de fornecimento de energia.
Evidentemente, nos containers que alimentam os equipamentos de uma estação rádio-base (ERB) devem ser previstos UPS (Uninterruptible Power Supplies) ou "No Breakes".
Essas fontes contam com baterias que alimentam os equipamentos durante os períodos em que a energia da rede local não está disponível.
Evidentemente, devem ser usadas baterias de bom porte para garantir a operação do sistema por um bom tempo.
Sistemas Retificadores
Os sistemas de telecomunicações de uma ERB são alimentados diretamente a partir da energia disponível numa rede de corrente alternada.
Isso significa que devem existir circuitos retificadores que convertem essa energia em tensões contínuas para a alimentação dos circuitos eletrônicos.
Nos sistemas tradicionais antigos, a fonte era formada por um sistema retificador com diodos que suportavam 100% da capacidade do sistema, conforme mostra a configuração em blocos da figura 4.
Com a finalidade de se obter redundância, com a não interrupção do sistema em caso de queima de um diodo, retificadores em paralelo eram agregados, levando o sistema a ter uma capacidade de fornecimento 2 vezes maior do que a exigida pelo equipamento ou 200%.
No entanto, com a disponibilidade de dispositivos de potência como os MOSFETs de potência, os projetos de fontes inteligentes se tornaram possíveis.
A idéia básica é utilizar diversos retificadores em paralelo, com compartilhamento de corrente e projeto modulador compacto. Outros recursos consiste em correção de fator de potência, partida suave (soft starte) e alta eficiência.
Assim, basta agregar um banco dessas fontes em paralelo para se obter redundância, conforme mostra a figura 5.
Se um dos blocos falhar, o sistema continua em funcionamento normalmente, com a energia fornecida pelos demais.
Veja que usando 6 blocos com capacidade de 20% do consumo da estação, um deles pode falhar e assim mesmo a estação continua a funcionar normalmente.
Usando 7 blocos podemos ter uma redundância maior e até dois blocos podem falhar sem que ocorram problemas.
As tecnologias modernas de projetos de fontes prevêem à troca dos blocos sem a necessidade de se desligar o circuito. É o que se denomina "hot swap" ou "troca à quente", muito importante para que não ocorra a interrupção dos serviços.
Sensibilidade à Surtos e Transientes
Os novos projetos de fontes de alimentação incluem a utilização de componentes sensíveis a surtos e transientes como transistores, MOSFETs e circuitos integrados. Isso não ocorria nos projetos mais antigos com componentes mais robustos como os SCRs.
Isso significa que um cuidado especial deve ser tomado na proteção dos circuitos o que inclui a utilização de terras apropriados além de dispositivos de proteção como filtros, protetores contra surtos, etc.
Se bem que muitas fontes para esse tipo de aplicação já incluam os circuitos de proteção internamente, o profissional deve estar atento para o fato de que eles podem ser insuficientes em áreas que a energia da rede é muito poluída.
Neste caso, devem ser previstos dispositivos e circuitos de proteção apropriados adicionais.
Esses dispositivos incluem a utilização de transformadores de isolamento, filtros e proteções contra surtos.
Conclusão
O profissional que trabalha com a instalação e manutenção de estações rádio-base (ERB) para telefonia celular deve estar bastante atento aos problemas de aterramento e de qualidade da energia fornecida a esses sistemas.
Além disso, deve estar preparado para saber como contornar esses problemas e saber diagnosticar problemas de fornecimento de energia aos circuitos.
Esse conhecimento é fundamental para se manter uma estação funcionando sem problemas garantindo-se a continuidade de seus serviços.
