Spécifications des aériens 1 Rappel sur les aériens GSM

Dans cette partie, le terme "aérien" concerne le système complet composé d'antennes, de câbles coaxiaux, connecteurs et d'éléments parallèles comme les kits de terre. Par extension, les aériens comprennent tous les composants entre la BTS et l'interface air.

1.1 Composants

Les aériens peuvent être répartis en deux groupes principaux : les antennes et jonctions coaxiales à la BTS.

Antenne : Interface entre le signal électrique entrant ou sortant de la BTS et l'espace.

Equerre de réglage de tilt : Système spécial de fixation pour installer les antennes sur leur support et modifiable pour avoir un down ou un up tilt.

Connecteur : connexion adaptée 50W. En GSM on utilise principalement des connecteurs 7/16.

Etanchéité : Protection contre l'eau (liquide et vapeur) et les poussières pour tous les éléments sensibles tels que les connecteurs et les kits de terre. Elle doit être faite avec précaution afin d'augmenter la durée de vie des installations des aériens.

Bretelle : Transition de câble coaxial à 50W d'impédance qui doit être aussi courte que possible. Elle est réalise le lien entre la BTS et le feeder et entre le feeder et les antennes.

Feeder : Câble coaxial d'impédance 50W qui relie la BTS aux antennes. Suivant sa longueur il faut utiliser une taille adéquate. L'installation doit être réalisée avec précaution vu que ce type de matériel est sensible, notamment il doit être courbé proprement et connecté correctement.

Kit de terre : Connexion électrique installée sur les lignes coaxiales, les antennes et ts les composants métalliques principaux afin de protéger la BTS en cas de foudre, il permet aussi à l'électricité statique de se disperser pour réduire les parasites.

Pince de serrage : Fixation spécifique pour chaque câble (câble coaxial, câble électrique, ligne de terre et bretelle).

Support : Matériel utilisé pour n'importe quelle solution de montage d'antenne au niveau souhaité. Il en existe différents types : pylône, pylônet sur toit, mât…

BTS: Base Transmitter Station. Terme dans certains cas qui désigne tous les équipements de transmission, ça inclue les antennes, le pylône…

2 Spécifications des aériens7.2.1 Composants coaxiaux

Câble aériens – Autres composants par type de site

2.2 Mise à la terre

La mise à la terre globale des composants aériens est un point très important. Les raisons d'une mise à la terre globale sont :

- Protection contre les coups de foudre avoisinants

- Evacuation de l'électricité statique dans les câbles et les équipements.

Les dérivations de toutes les parties métalliques et notamment du cuivre des câbles coaxiaux résolvent le premier point. C'est pourquoi toutes ces connections doivent être placées à chaque endroit où la foudre pourrait être modifiée ou court-circuité. Donc :

- Toutes les modifications de direction du chemin de câble sont acheminées vers la mise à la terre. Ceci pour la structure des pylônes et les chemins de câbles.

- Les parafoudres sont installés pour éviter toute surtension au niveau de la BTS. - Si il n'y a pas de parafoudre ou de mise à la terre (piquets de terre) dans les environs alors il faut en créer un spécialement pour le site. Comme les antennes et les BTS génèrent beaucoup d'électricité statique et de parasites, il est nécessaire d'installer des mises à la terres spéciales.

- Une mise à la terre doit être installée sur le châssis de l'antenne (sur la fixation basse dans certains cas).

- La mise à la terre de la BTS doit être réalisée correctement pour éviter tous les problèmes sur les équipements.

3 Géométrie3.1. Définitions

Le GSM est un système basé sur de la radiotéléphonie cellulaire. Chaque secteur correspond à une cellule et elle doit être mise en oeuvre avec beaucoup de précision. Les antennes décrites ci-dessous sont réglables dans l'espace et doivent être installées correctement, les composantes XYZ sont liés aux bases suivantes :

- HBA : Hauteur de Bas d'Antenne. Hauteur entre le sol et le bas de l'antenne.

- Azimut : Orientation horizontale de la face avant de l'antenne. Un réglage fin est nécessaire pour améliorer la qualité radio.

- Tilt : Inclinaison de l'antenne, angle de l'antenne par rapport à au plan vertical.

3.2 Méthodologies3.2.1 Azimut d'antenne

a– Outils à utiliser Ces outils sont nécessaires et doivent être utilisés afin de réaliser les méthodes expliqués cidessous :

- Compas : Mesures directes ou indirectes d'azimuts.

Doit être en degrés avec 1° de précision. Doit être en plastique et pas en métal. Doit permettre de viser des points et des axes avec précision.

Exemple : PLASTIMO – IRIS 50 / SUNTOO Ranger Remarque : il doit être le plus loin possible de toute source métallique interférente comme les barrières, les portes blindées,…

- Jumelles :

Alignement sur le plan du dos de l'antenne.

Une précision minimum de 10 x 30 Exemple : N'importe quel modèle comparable à ceux de la Marine.

Remarque : des jumelles ont une boussole intégrée. C'est la meilleure solution, mais ce type de jumelles sont très chères.

b – Changement d'azimuts et méthode de contrôle REMARQUES IMPORTANTES! - Placez vous aussi loin que possible des structures métalliques qui peuvent perturber le compas.

- En cas de doute sur la valeur mesurée, essayez de prendre la mesure de l'autre côté pour comparer.

 

3.2.2 Tilt d'antenne

a – Instrument à utiliser Cet instrument doit être utilisé pour pouvoir effectuer les méthodes expliquées ci-dessous - Inclinomètre (tiltmètre) : mesure directe de tilt.

Doit être en degrés avec 0.1° de précision. Doit être assez long pour éviter les problèmes de mauvaise

planéité du dos de l'antenne. Doit pouvoir être transportable facilement pour pouvoir accéder

aux antennes.

b – Réglage de tilts et méthode de contrôle Utiliser le tiltmètre... REMARQUES IMPORTANTES - Demandez à ce que le site soit éteint quand vous faites des mesures près des antennes. Les appareils électroniques sont interférés par les ondes radio et peuvent donner de mauvais résultats. De toute façon la santé du technicien est en danger.

- Vérifiez que le tiltmètre est bien posée sur la surface de l'antenne, il ne faut pas qu'il soit gêné par des rivets notamment.

- Ne mesurez pas sur la face avant de l'antenne.

- Utilisez un matériel de sécurité pour accéder aux aériens. Pour référence, un écart de ± - 2° est demandé de nos jours

4 Etiquetage

L'étiquetage est un point important qu'il faut suivre de près. Il contribue à la qualité radio.

UN étiquetage incorrect ou insuffisant peut cause de graves problèmes qui ont un impact sur le réseau et notamment sur les croisements de secteurs. L'incohérence des étiquettes ou le manque d'étiquetage cause des retards importants à la maintenance, l'optimisation et à la recherche des défauts. Pour éviter ça la procédure d'étiquetage doit être suivi du tout début de l'installation du site jusqu'à sa mort.

- Un étiquetage temporaire est fait sur chaque fixation de ligne.

- Dès que les connexions sont faites et APRES la réalisation de l'étanchéité, l'étiquetage définitif est mis en place. - Tous les autocollants doivent être facilement lisibles et collés correctement.

- Pas d'autocollants cachés dans le chemin de câbles.

- Un autocollant à chaque extrémité de câble et à chaque fois que le câble passe d'un endroit à un autre (entrée dans le shelter).

- Les câbles doivent être disposés dans un ordre logique pour garder une présentation qui éviterait les confusions.

5 Etanchéité

Une bonne qualité d'étanchéité conditionne comportement et la durée de vie des connexions et de tout le câblage. Le principal objectif de l'étanchéité est d'éviter le contact direct avec l'eau et ainsi d'éviter l'oxydation des connecteurs.

Elle sert également à se protéger contre la vapeur, le sel, la poussière et les agressions mécaniques. Le matériel est choisi aussi en fonction du climat environnant.

Par exemple sur les côtes maritimes on peut utiliser des capsules autovulcanisantes. La procédure d'étanchéité ci-contre doit être suivi. HAUT CABLE COAXIAL Procédure d'étanchéité pour chaque connexion. Scotch Scotch Caoutchouc

6 Risques principaux

Les schémas ci-contre regroupent les principaux points sensibles lors de l'installation des aériens.

- Le serrage doit être particulièrement suivi pour éviter les problèmes de VSWR sur les câbles et pour l'efficacité et la durée de vie des connexions.

- Les autres schémas représentent un condensé des principaux points à vérifier comme le serrage global, l'installation des bretelles, la mise à la terre, l'étanchéité et l'étiquetage.

 

Visite technique de site GSM 

Dans le cadre d'un déploiement réseau (GSM-GPRS-UMTS), la visite technique (VT) d'un site est l'étape qui permet ou non de valider d'un point de vue radio ce site. Effectuée par l'ingénieur radio, cette visite comporte certaines règles élémentaires à suivre que nous allons décrire dans ce document.

Nous allons détailler le mode opératoire que l'ingénieur doit suivre lors d'une visite technique et préciser quelques règles d'ingénierie qu'il doit appliquer.

Nous allons distinguer deux phases de la VT, lorsque l'ingénieur arrive sur le site avant de monter sur la structure du site, puis lorsque l'ingénieur est sur la structure du site.

1 Avant de monter sur le site

L'ingénieur de terrain arrive sur le site et il doit tout d'abord effectuer quelques vérifications avant d'y monter. Il est généralement accompagné d'un chercheur et d'un dessinateur.

Il vérifie dans un premier temps la position géographique du site en regardant les noms des rues autour du site et le positionnement des bâtiments alentours afin de pouvoir effectuer par la suite le pointé du site

sur une carte IGN. Il note dans le même temps l'adresse exacte du site, et affecte un nom au site en accord avec le négociateur et le dessinateur.

Il  prend  sa  boussole  et  vérifie  une  première  fois  où  se  situe  le  nord et  les  autres  azimuts remarquables  car  une  fois  en  hauteur,  et notamment  si  beaucoup  de  structures  métalliques l'entourent, la boussole risque de ne pas indiquer avec exactitude la position du nord.

Par ailleurs, il est important que l'ingénieur connaisse d'une part la position exacte du point théorique et d'autre part, les azimuts des antennes des éventuels sites voisins.

Il  observe  l'environnement  autour  du  site  pour  déterminer  quel  type d‘ingénierie  il  devra appliquer : macro, mini, micro ou picocellulaire, en fonction de l'environnement qui l'entoure : urbain dense, urbain, suburbain, pavillonnaire, rural boisé, rural open, zone commerciale ou zone industrielle.

Il regarde enfin la structure du site sur lequel il doit installer les antennes et doit prendre certaines précautions en fonction du type de site auquel il est confronté.

S'il s'agit d'un bâtiment, il essaye de déterminer si son sommet est un toit terrasse ou un toit tuiles. Il prévoit selon le cas de se munir de son équipement de sécurité.

La structure peut également être un château d'eau, un pylône  (dont il devra déterminer la structure exacte : monotube, treillis) ou un pylônet. Dans tous les cas, il doit prévoir l'utilisation de son équipement de sécurité.

Enfin, la visite technique peut être l'objet d'une montée en nacelle. Dans ce cas, cela signifie qu'une visite préalable a été effectuée pour déterminer la hauteur maximale de la nacelle à utiliser. Il peut s'agir d'un site où un pylône devra être construit, l'ingénieur détermine au préalable l'endroit exacte où devra être installé le pylône et il choisit un endroit assez proche tant au niveau géographique qu'au niveau des conditions environnementales de celui-ci pour effectuer la montée en nacelle. Il détermine également jusqu'à quelle hauteur devra s'effectuer l'élévation.

Il peut également s'agir d'un site de type toit tuile ou tout autre type de site dont l'accès est difficile et nécessitant l'utilisation d'une nacelle. Dans ce cas également, l'ingénieur détermine l'endroit où se fera la montée en nacelle  après avoir étudié l'environnement, et la hauteur  à laquelle sera élevée la nacelle.

Dans le deux cas, avant de monter dans la nacelle, l'ingénieur essaye de situer ses azimuts remarquables au sol. Par ailleurs, dans le cas d'une montée en nacelle, la hauteur prévue pour l'élévation pourra être modifiée en fonction des obstacles et masques en présence.

2 Sur le site2.1 Cohabitation

Une fois monté sur le site, l'ingénieur observe en premier lieu si une cohabitation avec un ou plusieurs autres opérateurs devra avoir lieu sur le site concerné dans le cas où des antennes seraient déjà présentes. S' il existe déjà des antennes, il faut essayer de déterminer à quel opérateur elles appartiennent.

2.2 Environnement

Ensuite, l'ingénieur analyse l'environnement qui l'entoure et il essaye de déterminer si possible la distance qui le sépare du point théorique. Puis il confirme ou infirme le type d'environnement que l'on a défini plus haut, à savoir urbain dense, urbain, suburbain, pavillonnaire, rural boisé, rural open, zone commerciale ou zone industrielle.

2.3 Validation

Il essaye alors d'estimer d'un premier coup d' œil, en fonction des masques éventuels si ce site va être validé ou non. Pour cela, il vise avec la boussole les trois azimuts 0°, 120° et 240° et  regarde si ceux-ci sont bien dégagés ou non. S'ils sont moyennement dégagés mais que l'on peut trouver une solution en décalant un ou plusieurs azimuts, ou si un compromis peut être trouvé avec les sites alentours, le site est validé.

2.4 Positionnement des installations

Une  fois  qu'il  a  estimé  que  le  site  pouvait  être  validé,  l'ingénieur détermine  plusieurs caractéristiques pour ce site, concernant le positionnement des antennes, les structures à mettre en place et les types de support.

2.4.1 Hauteur Utile

Il essaye tout d'abord d'estimer la hauteur utile pour les installations à mettre en place.

Pour un toit terrasse, on estime la hauteur de l'édifice sur lequel on se trouve en comptant le nombre d'étages (rez-de-chaussée compris) et en le multipliant par la hauteur moyenne d'un étage, comprise généralement

entre 2,60 m pour un bâtiment récent et jusqu'à 4 m pour un bâtiment ancien.

Pour un toit tuiles, on utilise le même procédé en s'arrêtant à la surface des combles et non au faîte du toit.

Pour un pylône existant, un château d'eau, ou un silo, la hauteur correspondra généralement à la hauteur maximale de cet édifice, mais ce ne sera pas forcément à cette hauteur précise que seront installées les antennes (donc moins haut).

Pour un pylône à  construire, la hauteur utile correspondra à la hauteur du support définie par l'ingénieur radio une fois monté dans la nacelle en fonction du dégagement et des obstacles éventuels.

2.4.2   Dégagement

L'ingénieur dessine ensuite sur un schéma de dégagement les masques éventuels compris entre 0° et 360° en précisant bien la nature de ces masques (bâtiments, arbres, collines,…), leur distance par rapport au site et leur hauteur.

Par ailleurs, le dégagement dans les plans horizontaux et verticaux doit être conforme à certaines règles.

2.4.3 Azimuts

L'ingénieur détermine alors le nombre de secteurs du site étudié et les azimuts exacts de ces secteurs  en prenant en compte le fait que les azimuts standards sont 0°, 120° et 240°, tout en se gardant le droit  de modifier ces azimuts en fonction des paramètres suivants : obstacles, zone spécifique  à  couvrir,  positionnement  des  antennes  des  sites  voisins. L'ingénieur  essaiera cependant de conserver un écart aussi proche que possible de 120° entre les antennes.

2.4.4.1 Type d'installation

Un type d'installation est c et une unique  antenne  appelée  crosspolar, dans  le  cas  où  il  s'agit  d'une  couverture  de  type macrocellulaire  ou minicellulaire.  Concernant  la  diversité  d'espaces,  il  faut  savoir  que  l'on distingue la diversité horizontale et la diversité verticale. Pour installer de la diversité d'espace, les antennes doivent être séparées d'une longueur égale à 10 fois leur longueur d'onde (10l), soit une longueur d'environ 3 mètres, mais que cette longueur peut être réduite pour des raisons liées à des contraintes  d'installation  (manque  de  place,  effet  terrasse,…).  S'il s'agit  d'une  couverture microcellulaire, l'antenne choisie sera de type

omnidirectionnel. Ce choix dépendra de l'espace disponible sur le site, de l'infrastructure du site, des problèmes éventuels d'intégration dans l'environnement et des objectifs à remplir pour la couverture, sachant qu'on essaye de privilégier au mieux la diversité d'espaces.

2.4.4.2 Règles d'ingénierie

Dans le même temps, l'ingénieur détermine la hauteur de base antenne souhaitée et, en fonction de celle-ci , il choisit des supports d'antennes et des antennes qui vont satisfaire cette hauteur. Puis il fixe  une  hauteur  de support    pour  chaque  azimut  et  une  hauteur  d'antenne,  et  il détermine comment va être fixé ce type de support en fonction de l'infrastructure, sachant que les différents types de supports suivants sont envisageables :

-     mât sur dallettes en béton

-     mât posé sur IPN

-     mât en drapeau sur un édicule

-     mât en applique contre une cheminée

-     mât en façade contre un mur

-     mât avec chaise pour reprise murale

-     sur pylône treillis

-     sur pylône monotube

Les mâts sont rarement supérieurs à 6 m en hauteur, et il faut savoir que   lorsque la hauteur de la structure servant à fixer les antennes est supérieure à 4 mètres par rapport à la surface de l'édifice, une déclaration de travaux (DT) doit être effectuée. On notera que dans le cas d'une installation en drapeau sur édicule, c'est la hauteur de mât dépassant de l'édicule qui est prise en compte pour la déclaration ou non de travaux. Ainsi, si le mât dépasse de  4 mètres de

l'édicule, cela signifie que l'on peu utiliser un mât de 6 mètres, puisqu'en général, 1/3 de la hauteur du support doit être fixé sur l'édicule.

Pour un toit tuiles, on choisira généralement de fixer le mât dans les combles et de cacher le haut du mât – donc les antennes – dans une fausse cheminée.

Dans le cas où le support est un pylône, on se fixe comme règle que les antennes ne doivent pas dépasser du pylône, et que la hauteur du pylône dépend avant tout de la hauteur de base antenne

(HBA) que l'on souhaite obtenir.

Concernant la position des antennes, des règles précises sont à respecter, à savoir :

les antennes doivent être positionnées à plus de deux  mètres du bord d'une terrasse, sachant qu ‘on privilégiera dans la mesure du possible le regroupement des antennes sur un édicule (sans négliger pour autant les risques d'effet terrasse).

Concernant le dégagement horizontal

L'ingénieur radio doit également s'assurer que le dégagement dans le plan horizontal est bien assuré, soir un dégagement du lobe à 10dB de part et d'autre de l'axe de tir de l'antenne (voir schéma ci-dessous).

Pour obtenir ce dégagement, on respecte les valeurs du tableau suivant :

Concernant le dégagement vertical

Le  dégagement  et  la  position  des  antennes  doivent  être  fonctions  de  la  distance  au  premier obstacle sur une terrasse. (voir schéma suivant).

Selon la distance d (distance entre le bas d'antenne et le bord de la terrasse), la distance h entre le bas d'antenne et le bord du premier obstacle doit respecter les valeurs du tableau suivant :

Remarque : On peut admettre comme règle simple d'utilisation que l'angle formé par la longueur entre le pied du mât et le bord de terrasse, et la longueur entre le bas d'antenne et le bord de terrasse doit être supérieur à 30°.

Règles de cohabitation

La cohabitation avec un ou plusieurs opérateurs sur un même site est envisageable à condition de respecter certains points.

En règle générale, aucune antenne ne sera installée dans les 120° d'ouverture d'une antenne existante tout en respectant une distance égale à 3 mètres en découplage horizontal. On peut déroger à ces règles en effectuant un découplage vertical, la distance verticale à respecter entre

deux antennes devant alors être supérieur à 1 mètre, sachant que cette distance est en passe d'être rabaissée à 50 cm selon les opérateurs.

Concernant le découplage vertical, on distinguera les cas où les antennes sont coplanaires ou non. Si les antennes sont dans le même plan, c'est la règle précisée plus haut, soit 50 cm d'écart entre les deux antennes, qui est utilisée. Sinon, la distance entre les deux antennes doit être d'au moins la distance précédente, et au moins la moitié de la distance entre les deux plans, ce qui est résumé sur le schéma suivant :

Par ailleurs, ces quelques règles peuvent être également aménagées et les distances diminuées si on  sait  à  quelle(s)  fréquence(s)  émettent  les antennes  de  l'autre  opérateur  et  que  celle(s)-ci est(sont) différentes(s) des fréquences d'émission de nos antennes.

2.4.4.3  Types d'antennes

Une fois  la taille de l'antenne fixée, un type d'antenne est choisi en définissant son ouverture horizontale (xx), son ouverture verticale(yy) et le tilt électrique (zz) qui lui sera affecté, de sorte que chaque antenne puisse être caractérisée comme suit : HxxVyyTz.

Ces paramètres sont fonctions de l'environnement et peuvent être modifiés par la suite par le bureau d'études lorsque sera effectuée la simulation. Si l'environnement le suggère, l'ingénieur radio peut aussi déterminer un tilt mécanique pour chacune des antennes. Pour calculer les tilts

(électriques et mécaniques), l'ingénieur observe où se trouve l'obstacle le plus proche de lui dans une azimut donnée, et il calcule grossièrement l'angle vertical entre le point où il se trouve et cet obstacle. Cet angle détermine le tilt global qu'il doit donner à son antenne, en effectuant le partage entre tilt électrique et mécanique et sachant qu'un tilt électrique sera privilégié à un tilt mécanique

(voir schéma suivant).

Par ailleurs, la valeur de tilt global (électrique + mécanique) ne devra pas excéder 10-12°. Cette valeur de tilt fournie par l'ingénieur radio est approximative et sera modifiée par le bureau d'études si la couverture n'est pas bonne ou si au contraire il y a un risque d'interférences avec le site suivant.

Il pourra être précisé également si éventuellement des faisceaux hertziens sont à prévoir.

2.4.5 Croquis, commentaires et choix radio

L'ingénieur radio doit ensuite reproduire clairement sur un croquis une vue de l'emplacement des antennes  et  de  la  structure  de  l'édifice  (généralement  une  vue  de  dessus  suffit  pour  un  toit terrasse), pour que l'on comprenne où et comment seront positionnées les antennes. Sur ce dessin, l'emplacement de la BTS sera aussi spécifié, ainsi que le cheminement des câbles.

L'emplacement de la BTS devra être choisi de manière à ce que son accès soit facile et que la longueur de câbles soit la plus courte possible.

Un commentaire explicite résumant les aspects principaux de la VT et les caractéristiques du site est également le bienvenu.

Enfin, l'ingénieur n'oubliera pas d'attribuer une note globale comprise entre 0 et 3 en se basant uniquement sur la qualité radio du site (la note 0 correspondant à un site non-validé). Cette note

correspond à un choix  radio pour le site, une note de 2 ou 3 (site satisfaisant aux objectifs)

correspondant à un choix 1.

3 Après la visite.

Avant de remettre son compte-rendu de  VT, l'ingénieur radio doit pointer sur une carte  IGN l'emplacement exact du site qu'il a visité, et transmettre les coordonnées en Lambert 2 étendu de celui-ci au bureau d'études.

Il s'agit  là de la dernière étape concernant la réalisation correcte d'une visite technique par l'ingénieur radio.