Operacion del Sitemaster 251C de Anritsu

Operación y Mantenimiento de la Red Celular usando SiteMaster 251C

Autor: Ing. Leonardo Marín Dolz2012

Introducción


El Sistema de Radiación de una BTS tiene un papel fundamental en el Desempeño de la Red Celular. Su deterioro se puede traducir en Disminución del área de cobertura, Llamadas caídas, Pérdida de calidad de la voz y otras.

Si bien en una BTS cualquier modulo (TRX, CDU, etc.) puede ser cambiado con facilidad no ocurre así con el sistema de radiación, por tal razón es importante mantenerlo en perfecto estado Operativo. Es en este punto donde los equipos de Mantenimiento juegan un rol fundamental.

Objetivos


Presentación del SiteMaster S251C como una Herramienta que permita al

técnico de servicios móviles:

Caracterización del Sistema de Radiación ( Fase de Instalación de una BTS)

Mantenimiento Preventivo (Detección temprana de averías o degradación del sistema)

Mantenimiento Correctivo (Detección eficaz de averías)

Temáticas


• Que es el SiteMaster o Anritsu?

• Que podemos hacer con el SiteMaster?

• Como utilizar el SiteMaster?

• Que puedo hacer con SiteMaster y una PC ?

Temáticas






Línea SiteMaster de Anritsu


Analizador Portátil de Sistemas de Radiación para (Comprobar Líneas, Antenas, TMA , Duplexores)

SiteMaster S251C de Anritsu


• Es un Analizador Vectorial (VNA): Medición de Amplitud y Fase de señales de RF. Calculo de parámetros S para dispositivos de RF. Aplicable a

mediciones con uno o mas Puertos (Perdidas por Retorno, Perdidas de Inserción, Ganancia de inserción, otros)

• Tecnología FDR

Accesorios del SiteMaster


Kit de Empaque

Kit de CalibraciónCarga OSLCarga de Precisión

Manual UsuarioSoftware HHSTCable de DatosSoftware de Servicio HHCL

Sonda de RFBatería AuxiliarCargador de Batería

Diagrama Funcional


FrecuenciaMagnitud

Fase

Measurement Mode : dBTrace Type : Return Loss

Frequency(MHz ) Magnitude Phase890 -20.819 -51.2

890.27 -20.265 -84.6890.54 -21.724 -116.5890.81 -24.583 -151.6891.08 -30.752 164891.36 -39.172 37.8891.63 -29.119 -35.9

891.9 -24.883 -70.6892.17 -23.742 -104892.44 -25.036 -139.2892.71 -27.131 178.6892.98 -31.373 109893.26 -29.119 28.7

Medición de RL con Sitemaster S251C (formato ASCII)

Especificaciones Técnicas. Panel Frontal


RFout (TEST PORT)Mediciones de un Puerto

50Ω Tipo N625 – 2500 MHz

-6dBm o +30dBm Out+23 dBm MAX in50 VDC MAX in

RF in 50Ω tipo N

625 – 2500 MHz+27 dBm MAX in50 VDC MAX in

Interface RS232DB9

Cable NullModem para conectar a PC

DETECTOR DE RF

1 – 3000 MHz+20dBm MAX

Alimentación DC externa

(12.5-15 Vdc, 1100 mA)Autonomía Bat. 2.5 Hrs

Hard Keys 17 Teclas , 12 con doble funciónDepende del modo de operación

Soft Keys6 Teclas con función dinámica,Depende del modo de operaciónSe indica en el extremo derecho del Display

Indicación de FuncionesActivas

Display TFTMonocromático640x480Nivel de Brillo Ajustable

Function Hard KeysSelección del modo de operación

HARD KEYS


Auto ScaleEscala Automatica Optimizar resolucion del Display

START CALComenzar la Calibración

LIMITEstablecer límites o Umbrales. Simple o Compuestos (5 Segm).Alarma SonoraDetección rápida de Fallas

ON/OFFEsc/Clear + ON/OFF restablece configuración de fabrica

Save/Recall SetupGuardar / Cargar configuraciones. Hasta 10 preset, cfg 0 restable valores por defectoPruebas repetitivas de manera rápida

MARKEREstablecer marcadores en un trazoMediciones rápidas de Max. y Min. en trazo completo o en Segmento.Diferencia entre máximos y mínimos en trazo completo o en Segmento.

Save / Recall DispalyGuardar y Cargar MedicionesMax 16 caracteres alfanuméricosAlmacenar hasta 200 medicionesComparar mediciones, variación en el tiempo

RUN / HOLDComenzar o Detener la Medición (sweep Frec)Indicacion de HoldAhorro de Bateria

Temáticas






Que podemos Medir con SiteMaster S251C?


• MODOS DE OPERACION ( Tecla MODE)MEASUREMENT MODE

FREQ- SWR

RETURN LOSS

CABLE LOSS – ONE PORT

INSERTION LOSS (+6 dBm)

INSERTION GAIN (-30 dBm)

DTF - SWR

RETURN LOSS

POWER MONITOR

RF SOURCE

•Perdidas Por Retorno.RL (f)•Onda Estacionaria. SWR(f)•Perdidas del cable(f)•DTF RL(t)•DTF SWR(t)

Mediciones con 1 Puerto(Test Port)

•Perdida de inserción(f)•Ganancia de inserción(f)

Mediciones con 2 Puertos

Detector de RF

Generador de RF

Reflexiones en una línea de Transmisión


• Se producen cuando hay desacople de impedancias.

• Energía reflejada es energía no disponible en transmisión Disminución del área de Cobertura.

• Energía que retorna a los transmisores Sobrecalentamiento de la Etapa de Salida. Intermodulación.

• Ondas estacionarias Lazos de Voltaje o Corriente que deterioran los Filtros de Salida.

Como estimar las reflexiones en una línea? Medición de Relación de Onda estacionaria o Perdidas por Retorno

Señal Incidente Desacople Desacople

Reflexión Reflexión

Señal Transmitida

• ROE : Relación entre voltaje Máximo y voltaje Mínimo• Varia entre 1 e Infinito

Rango SiteMaster : 1.00 a 65.00, Resolución: 0.01

Voltaje Señal IncidenteVi

VrVoltaje Señal Reflejada

Desacople de ImpedanciaAntena, Conector

Cortocircuito, Abierto

Patrón de Interferencia

Relación de Onda Estacionaria (SWR)


Pérdidas por Retorno (RL)


• RL : Fracción de la potencia incidente que no se entrega a la carga, es “retornada” hacia el generador . Se expresa habitualmente en [dB]

Rango SiteMaster : 0.00 a 54.00 dB, Resolución: 0.01 dB

Desacople de ImpedanciaAntena, Conector

Cortocircuito, Abierto

Potencia Señal Incidente = Pi

Potencia Señal Reflejada = PrProporcional al Desacople de Z

• PR y ROE caracterizan la adaptación de un Sistema, aunque de manera diferente.

A partir de una medición de RL puedo obtener la VSWR o viceversa

Convertir SWR a RL


1.0

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

2.0

890 900 910 920 930 940 950 960

VSWRSTCIUD11 1

Date: 08/29/2008 Time: 00:18:06Resolution: 130 CAL:ON(COAX) CW: ON

VSWR

Frequency (890.0 - 960.0 MHz)

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

890 900 910 920 930 940 950 960

Return LossSTCIUD11 1

Date: Aug/29/2008 Time: 00:18:06Resolution: 130 CAL:ON(COAX) CW: ON

dB

Frequency (890.0 - 960.0 MHz)

VSWR-> RLHHST

PR ό ROE Para una Antena


• Las PR (presentación logarítmica): Capturar en un grafico dos mediciones dispares. Mejor interpretación.

0.5 dB PR 35 ROE28 dB PR 1.08 ROE

Valle mas pronunciado

Que umbral de RLSWR escoger para realizar una Acción Correctiva?

Efecto de RL para el área de Cobertura


VSWR RL(dB) ηTx(%)2.5 7.56 81.63

1.92 10 90.01.5 14 96.02

1.33 17 98.001.22 20 99.00

CDU Warning

CDU Fault

Muy Eficiente

Pérdidas del Cable(CL)


• Energía que se disipa en el cable, conectores, protecciones, etc.• Aumentan con la Frecuencia y la Longitud del cable.• Cables con mayor diámetro, menos pérdidas. • Para calibres similares pueden variar dependiendo del

fabricante.• Pueden ser obtenidas de forma indirecta a partir de las RL (Carga

Cortocircuito o Abierto, Reflexión Total)

Tipo de cable Diámetro Altura de las

antenas

Coaxial ½ pulgadas Menor a 30m

Coaxial 7/8 pulgadas Entre 30 y 60m

Coaxial 1 5/8 pulgadas Mayor a 60m

Interacción entre las CL y las RL


Un sistema bien “Adaptado” podría ser el resultado de disponer de un cable con pérdidas de inserción altas y una antena fuera de especificaciones. La señal se atenuaría y una vez alcanzada la antena se reflejaría una gran parte de la misma. Resultado: Disminución del área de Cobertura.

Medir las RL no es Suficiente.

“Un valor de las RL muy bueno, no siempre indica un sistema en buen estado”

• Conocidas las RL de una antena aislada y midiendo las RL de un sistema se puede estimar las perdidas del cable.

Calculo indirecto de CL


Distancia a Fallas


• Cuando los valores RL y CL no son los esperados se puede utilizar la DTF para detectar donde se encuentran la causas.

• Cada sistema tiene una curva DTF propia (Signature) debido a las diferentes longitud eléctrica de los cables, tipos de cable, ubicación de los conectores, adaptadores y protecciones que causan diferentes reflexiones en diferentes posiciones de la línea.

• SiteMaster Implementa la Tecnología FDR

• Conocida la Vp y la Atenuación/longitud del cable los datos en el Dominio del tiempo son convertidos en Distancia

• SiteMaster incluye modelos de cables (Vp y CL/m) de varios fabricantes.

• La PR a una distancia determinada es el promedio de las PR medidas para el rango de frecuencias empleado.

Como el SiteMaster calcula la DTF?


Datos en Dominio de la Frecuencia

FFT InversaDatos en Dominio del Tiempo

DSP

• Se analiza un sistema en su rango de Frecuencia de trabajo.• Excelente Sensibilidad a Fallas en RF• Inmune a interferencias de RF

Ventajas de la FDR


Temáticas






Calibración


• El proceso de calibración en SiteMaster consiste en el calculo de un Vector de Corrección del error sistemático del sistema de medición.

Sistema de medición: SiteMaster + Cable de prueba (Test Port Cable)

• Este vector es calculado a partir de la respuesta del sistema a tres cargas conocidas: OSL (abierto, corto y carga de 50Ω).

• El estado de calibración se guarda en un preset o configuración.• Cambios en el sistema de medición afectan el estado de

calibración: Variación de la Temperatura Detectable Cambio del cable de prueba Modificación del Rango de Frecuencias Detectable

Calibración. Efectos indeseables


• Efecto de un cable de prueba (inestable a flexión) en una medición de Pérdidas por Inserción.

Perdidas de inserción (Cable en posición

rígida )

Perdidas de inserción (Cable flexionado )

Consejos para una buena Calibración


• El Sitemaster debe estar encendido al menos 5 minutos antes de iniciar el proceso.

• Los componentes de calibración deben situarse al final del cable de prueba.

• Usar los componentes de precisión proporcionados por Anritsu. (carga OSL y carga de precisión)

• Los cables de prueba deben ser estables en fase y ser lo mas corto posibles.

• Los cables de prueba deben tener los conectores adecuados para evitar el uso de uniones.

• Durante el proceso calibración evitar dobleces innecesarios en el cable.

• Realizar el proceso de calibración con regularidad, observando la respuesta del equipo al proceso de calibración.

Calibración OSL


Calibración de un puerto Calibración de dos Puertos

• Cuando se calcula la FFT Inversa aparecen pequeños lóbulos laterales (Side Lobes) alrededor de una reflexión (pico) por efecto del enventanado.

• Los lóbulos laterales están espaciados simétricamente alrededor de un pico.

• El primer lóbulo lateral está de 13 a 15 dB por debajo del pico y el resto decrece rápidamente.

• Mientras mayor sea el pico, mayor es la cantidad de lóbulos laterales.

• Se producen interacciones entre lóbulos laterales de picos que están muy cercanos: “falsos” en una medición.

• Un enventanado (windowing) adecuado puede ayudar a minimizar la presencia de lóbulos laterales.

Efectos Indeseables de la FFT Inversa


¨Side Lobes¨ en la DTF


SLSL

Distorsión por lóbulos laterales

Enventanado (Windowing) en SiteMaster


• Existen cuatro tipos de enventanado disponibles: Rectangular, Nominal Side Lobe(NSL), Low Side Lobe(LSL) y Minimum Side Lobe (MSL).

• El enventanado rectangular es el que viene por defecto. • Cuando un pico es estrecho el enventanado rectangular proporciona

una mayor Resolución a Falla pero genera una mayor cantidad de lóbulos laterales.

• El uso de filtros NSL, LSL y MSL reducen la cantidad de lóbulos laterales de un pico a expensas de aumentar su ancho. El ensanchamiento de un pico puede solapar a un pico cercano

• La atenuación de los lóbulos laterales y ensanchamiento de los picos aumentan en este orden : NSL, LSL y MSL.

Efecto del Enventanado en la DTF


Que enventanado utilizar?


• El tipo de enventanado establece un compromiso entre la distorsión por lóbulos laterales y el ensanchamiento de la discontinuidad(pico).

• De forma general se puede utilizar el enventanado rectangular pues proporciona mejor resolución a Fallas.

• Si la discontinuidad es menor que 20 dB o la supuesta distancia a una posible falla es al menos el doble de la resolución a falla, el enventanado NSL proporciona una curva más detallada que el obtenido con enventanado rectangular.

Optimización del rango de Frecuencias


• Como las curvas de DTF se obtienen de mediciones realizadas en el dominio de la Frecuencia la selección del rango de frecuencias a utilizar puede no ser tan obvia como parece.

• Para el análisis de DTF hay que tener en cuenta la dependencia del rango de frecuencias empleado con la resolución a fallas y la distancia máxima que se puede medir, el número de saltos de frecuencia empleado y la velocidad de propagación del cable.

Resolución al Fallo, Resolución en Pantalla y Distancia Máxima


• La resolución al fallo indica la capacidad para separar dos señales muy próximas. Dos discontinuidades separadas a 15 cm no podrán ser identificadas por separado al realizar una DTF si la resolución al fallo empleada es de 60 cm.

• La resolución en pantalla se refiere a la cantidad de puntos empleada para representar la grafica. Una mayor cantidad de puntos en pantalla solo proporciona una grafica mejor definida.

• La distancia máxima se refiere a la máxima distancia horizontal que el equipo puede medir. Depende del número de puntos en pantalla y la resolución al fallo.

La selección del rango de frecuencia establece el siguiente compromiso:

• Rango de frecuencias ancho Mejor resolución al fallo• Rango de frecuencias estrecho Mayor Distancia

Cálculo de Resolución al Fallo y Distancia Máxima


Vp: Velocidad de propagación relativa

F2: Frecuencia de barrido inicial (MHz)

F1: Frecuencia de barrido final (MHz)

N: número de puntos empleados (130, 259, 517)

Dos fallas con RL=-20dB, simuladas a 9 y 11 pies (2 pies de separación)

Simulación en MATLAB de algoritmo DTF


Vp =0.91 ΔF =140MHz ResFallo= 3.19 pies

Vp =0.91ΔF =490MHzResFallo= 0.91 pies

• La única manera de aumentar la resolución al fallo es aumentar el rango de frecuencias.

Resolución al Fallo para (GSM 900)


Vp relativa F1(MHz) F2(MHz)Resolucion

a Fallas

Distancia Maxima

(130 ptos)

Distancia Maxima

(259 ptos)

Distancia Maxima

(517 ptos)MHz Mhz m m m m

0.88 806 960 0.857 111 221 4420.88 890 960 1.886 243 487 9730.88 890 915 5.280 681 1362 27240.88 935 960 5.280 681 1362 27240.88 625 2500 0.070 9 18 36

Criterios para escoger el rango de Frecuencias


• Sistema con antena: Rango de frecuencias de trabajo de la Antena (Selectividad a frecuencia).

• Líneas de transmisión: Rango de frecuencias grande que permita monitorear conectores o uniones (potenciales zonas de fallos).

Precisión de la DTF


• Las mediciones DTF arrojan valores diferentes de RL y ROE a los obtenidos en el dominio de la Frecuencia.

• La Velocidad de propagación afecta la precisión de la Distancia. Una disminución de un 10% en el valor de la velocidad de propagación reduce la precisión a distancia en un 10%

• Las perdidas del cable afectan la precisión de la amplitud.

• El uso de una única velocidad de propagación reduce posibles errores para establecer comparaciones futuras.

• La DTF es una herramienta para detectar averías y no debe remplazar las mediciones de RL ό ROE.

• Permite detectar pequeñas fallas que potencialmente pueden convertirse en Interrupciones del Servicio Celular.

• Permite monitorear la degradación de un Sistema (Cambios en Tiempo)

Utilizada correctamente la DTF puede ser la mejor herramienta del (Mantenimiento Preventivo) Detección temprana de averías.

Importancia de la DTF


Engineering

Operacion del Sitemaster 251C de Anritsu