¿Qué es una antena de célula pequeña? Guía completa

El concepto de tecnología de células pequeñas y antenas de células pequeñas se ha hecho cada vez más popular en los sistemas de red modernos debido a su capacidad para proporcionar una comunicación eficiente incluso en zonas con una demanda muy alta. Las antenas de células pequeñas se han convertido en un producto de éxito debido a su tamaño compacto y bajo peso, combinados con su alto rendimiento y alta eficiencia, lo que resulta ideal para muchos entornos, como zonas urbanas, estadios, aeropuertos, ciudades inteligentes e incluso zonas rurales. Este artículo analiza el concepto de células pequeñas y la importancia de las antenas para células pequeñas, sus características, ventajas e inconvenientes, aplicaciones y mucho más.

Introducción a la tecnología de células pequeñas

Las células pequeñas son nodos de acceso radioeléctrico de baja potencia que son compactos y suelen tener menor alcance y potencia de salida que las torres celulares tradicionales. Suelen utilizarse junto con la macrorred, complementando y mejorando sus prestaciones. La tecnología de células pequeñas desempeña un papel clave en la mejora del rendimiento de una red al mejorar su capacidad, cobertura y calidad de servicio, lo que las hace esenciales para apoyar los sistemas de red en zonas densamente pobladas. A medida que el mundo transite hacia arquitecturas de red 5G y posteriores, la tecnología de células pequeñas será un componente crucial. La tecnología de células pequeñas será extremadamente útil en zonas con gran demanda de redes inalámbricas, como zonas urbanas, estadios, centros comerciales y otros lugares muy concurridos. Las antenas de células pequeñas son el elemento más vital para establecer la tecnología de células pequeñas. Estos dispositivos están disponibles en varios tamaños y con distintos parámetros de rendimiento, como alcance, niveles de potencia y factores de forma, y pueden utilizarse tanto en interiores como en exteriores. Admiten y funcionan con distintas tecnologías inalámbricas, como 3G, 4G y 5G. Son cómodas de manejar y flexibles, lo que facilita su instalación en farolas, postes de servicios públicos, edificios, etc. El mejor tipo de antena de célula pequeña variará en función del caso de uso. en función del caso de uso. En general, la tecnología de células pequeñas acercará los puntos de acceso a los usuarios finales, reduciendo así el tráfico de la red, mejorando la velocidad y la calidad de los datos y, en última instancia, proporcionando una mejor experiencia de usuario.

Evolución de las redes celulares

La tecnología se ha desarrollado a pasos agigantados en las últimas décadas. A través de las generaciones de redes celulares han entrado en juego diferentes tecnologías. Con las tecnologías 5G y posteriores, las cantidades masivas de usuarios y el requisito de altas velocidades de datos, latencia mínima, etc., las antenas para células pequeñas se han convertido en un componente fundamental.

Características de las antenas para células pequeñas

La antena desempeña el papel más importante en una red de células pequeñas. Las antenas de células pequeñas se diseñan y construyen para proporcionar cobertura localizada y mejorar la capacidad de la red. Las antenas de células pequeñas se comunican con los dispositivos de los usuarios finales a través de señales de radiofrecuencia y son capaces de recibir y transmitir estas señales inalámbricas a través de diferentes bandas de frecuencia asignadas a las distintas redes en las bandas 3G, 4G LTE o 5G. Las antenas de célula pequeña, como su nombre indica, son más pequeñas y compactas que las antenas de estación base tradicionales y pueden montarse e instalarse fácilmente en la mayoría de los lugares. Esto las hace convenientes y útiles a la hora de proporcionar cobertura localizada dentro de un rango específico. El área de cobertura de una antena de célula pequeña dependerá de sus parámetros de rendimiento, como la ganancia, las bandas de frecuencia de funcionamiento, la forma de la antena y las configuraciones, así como de las condiciones ambientales de funcionamiento. Las antenas de células pequeñas suelen desplegarse como una red de nodos interconectados con un controlador centralizado que coordina el rendimiento entre las antenas de células pequeñas y la red macrocelular con las estaciones base normales optimizando la asignación de recursos y minimizando las interferencias entre las células pequeñas cercanas. Las antenas de células pequeñas tienen que estar conectadas a la red central, lo que suele hacerse a través de conexiones backhaul mediante cables de fibra óptica o enlaces inalámbricos. La correcta integración de las antenas de células pequeñas con las macrocélulas garantizará una conectividad sin fisuras para los usuarios.

¿Cuáles son las principales ventajas del despliegue de células pequeñas?

• Las antenas para células pequeñas pueden ampliar la cobertura de las redes móviles celulares, especialmente en zonas muy densas. Esto aumenta la capacidad total de la red y, por tanto, es ideal para añadir capacidad a entornos donde hay una demanda creciente de conectividad de red, como zonas residenciales, metropolitanas o comerciales densas. Las antenas para células pequeñas también son útiles para proporcionar conectividad de red a zonas donde las señales de otras macrocélulas pueden ser débiles o no estar disponibles.  

• Las antenas de células pequeñas suelen ser más baratas que las antenas de estaciones base tradicionales.

• Las antenas para células pequeñas suelen ser más fáciles y rápidas de instalar y utilizar. Su tamaño y diseño compactos hacen que las antenas de célula pequeña sean flexibles para su uso en una amplia variedad de aplicaciones.

• Las antenas de células pequeñas son capaces de soportar un mayor número de usuarios, ya que aprovechan mejor el espectro disponible con y sin licencia. Están diseñadas para ser más eficaces que las macrocélulas. Las antenas de células pequeñas pueden reutilizar las mismas frecuencias porque sus objetivos suelen centrarse en áreas pequeñas únicas.

• La pérdida de señal y las interferencias en las antenas de células pequeñas son limitadas, ya que suelen colocarse bastante cerca de los usuarios finales. Esto también se traduce en una transferencia de datos más rápida y una latencia menor, lo que resulta ideal para ofrecer una experiencia de usuario fluida y de calidad.                                                                                                                                                                                                                                                          

Tipos de antenas para células pequeñas

Las antenas para células pequeñas están disponibles en tres modelos principales: microcélulas, picocélulas y femtocélulas.

• Microcélula:

Las antenas microcelulares son las más parecidas, tanto en aspecto como en prestaciones, a las antenas macrocelulares, que son los tipos de antenas más comunes. Las antenas microcelulares suelen tener un alcance de dos kilómetros o menos, pero dependiendo de la antena, puede llegar hasta varias decenas de kilómetros. Las antenas microcelulares suelen utilizarse en zonas urbanas exteriores donde las antenas macro tienen una cobertura limitada y una alta densidad. Las antenas microcelulares pueden utilizarse para ofrecer servicios de red localizados con mayor cobertura y capacidad. Estas antenas son las más caras de todos los tipos de células pequeñas y las de mayor capacidad.

• Pico célula:

Las antenas picocelulares tienen un área de cobertura menor que las microcelulares. Por lo general, pueden comunicarse en un radio de 200 m o menos, pero algunas antenas picocelulares pueden ampliar su alcance hasta varios kilómetros. Suelen utilizarse tanto en exteriores como en interiores y pueden encontrarse en lugares como centros comerciales, aeropuertos o edificios de oficinas.

• Femto célula:

Las antenas femtocelulares tienen áreas de cobertura aún más pequeñas y menor potencia que las antenas picocelulares. Su alcance suele ser de unos 40 m o menos, pero puede llegar a varios cientos de metros. Suelen utilizarse en aplicaciones de interior, como entornos residenciales o pequeñas empresas. estaciones base diseñadas principalmente para uso en interiores en entornos residenciales o pequeñas empresas. Las antenas femtocelulares pueden conectarse a la conexión local de banda ancha de un usuario para proporcionar cobertura celular localizada dentro de un alcance limitado, mejorando así la cobertura en interiores y la intensidad de la señal para los dispositivos del usuario final. Las antenas femtocelulares suelen ser más baratas.

Las especificaciones y parámetros de rendimiento de los distintos tipos de antenas para células pequeñas pueden variar en función de los distintos proveedores y fabricantes. La elección de un tipo específico de antena de célula pequeña para un caso de uso depende de múltiples factores, como el área de cobertura deseada, la densidad de usuarios, los requisitos de tráfico de datos y el entorno de despliegue previsto. En comparación con las antenas para macrocélulas, las antenas para células pequeñas pueden ofrecer mayor consistencia y fiabilidad dentro de su limitado alcance.

Resumen

La elección del tipo adecuado de célula pequeña depende del escenario de aplicación específico, la densidad de usuarios, los requisitos de cobertura y las necesidades de tráfico de datos.

Avances tecnológicos

Las antenas para células pequeñas forman parte de la revolución tecnológica de las comunicaciones modernas. Las tecnologías Beamforming y MIMO (Massive Input Massive Output) desempeñan un papel clave en las antenas para células pequeñas. La formación de haces es la capacidad de adaptar el diagrama de radiación de las antenas de células pequeñas a un escenario concreto en el que se aplican desplazamientos relativos de amplitud y fase a cada elemento de la antena de forma que las señales de salida se sumen coherentemente en determinados ángulos y anulen destructivamente las señales de salida de los demás en determinados ángulos. MIMO masivo es cuando se despliega un gran número de antenas en la estación base para mejorar la eficiencia energética y espectral de las redes inalámbricas. Los sistemas MIMO son capaces de gestionar traspasos frecuentes en redes de células pequeñas, lo que mejora la calidad general de toda la red.

Papel de las células pequeñas en las redes 5G

La tecnología de células pequeñas es crucial para las redes 5G por muchas razones y a continuación se exponen algunas de las más importantes.

• Mayor capacidad: Las redes 5G se caracterizan por sus mayores velocidades de datos y menor latencia en comparación con las redes 3G o 4G. Las redes 5G suelen funcionar con bandas de alta frecuencia y tienen alcances de transmisión cortos. Las antenas de células pequeñas son ideales para implantar la red en zonas muy pobladas con mayores necesidades de capacidad gracias a su cobertura localizada y su menor potencia de transmisión.

• Arquitectura de red más densa: Las redes 5G tienen que atender a una cantidad masiva de usuarios y con altas velocidades de datos. La arquitectura de células pequeñas suele consistir en un gran número de estaciones base de baja potencia conectadas en un patrón específico con un controlador central de forma concentrada. Esto proporciona una arquitectura de red más granular que mejora la cobertura, la capacidad y el rendimiento general de la red.

• Tecnología de ondas milimétricas: Las redes 5G operan en bandas de frecuencia de ondas milimétricas y, por tanto, admiten velocidades de datos extremadamente altas, pero su capacidad de propagación es limitada. Las señales 5G de ondas milimétricas se ven fácilmente atenuadas por obstáculos como edificios y follaje. Las células pequeñas son muy útiles para implantar despliegues de ondas milimétricas, ya que pueden acercar las señales al usuario.

• Cobertura interior mejorada: La 5G es extremadamente importante en aplicaciones de interior como hogares inteligentes, oficinas inteligentes y automatización industrial, y requiere una conectividad de red muy estable y fiable. Las antenas de células pequeñas son ideales para este tipo de aplicaciones en interiores, ya que pueden instalarse fácilmente en edificios para mejorar la cobertura, la capacidad y la velocidad de los datos.

• Network Slicing y Edge Computing: La 5G utiliza un concepto de fragmentación de la red que permite asignar recursos de red bajo demanda a casos de uso o servicios específicos. Las células pequeñas también pueden facilitar la fragmentación de la red proporcionando recursos dedicados y conectividad personalizada para aplicaciones específicas en una zona concreta. Las células pequeñas también son compatibles con la computación de borde, acercando así los recursos de red a los usuarios y reduciendo la latencia, lo que las hace ideales para aplicaciones en tiempo real.

• Movilidad sin fisuras y traspasos: La tecnología 5G tiene que proporcionar conectividad ininterrumpida y sin fisuras a un número masivo de usuarios. Las células pequeñas pueden ser extremadamente útiles para establecer esas redes sin fisuras, de calidad y fiables, porque cuando las células pequeñas se integren con la red macrocelular, permitirán a los usuarios desplazarse sin fisuras entre distintas zonas de cobertura de diferentes estaciones base sin perder la conectividad.  

Aplicaciones de las antenas para células pequeñas

• Urbano:

Las antenas de células pequeñas son un método rentable para implantar redes en zonas urbanas donde hay una gran demanda no uniforme. Las antenas de célula pequeña pueden descargar el tráfico de la red macrocelular y también pueden ayudar a llenar los vacíos de cobertura, mejorando así la calidad general del servicio de red, la capacidad, la velocidad de datos y el alcance. Las antenas de células pequeñas pueden montarse fácilmente en farolas, postes o edificios para proporcionar cobertura localizada.

• Estadios:

Los estadios tienen requisitos específicos en cuanto a conectividad de red, ya que suelen tener una media de pocos usuarios en horas valle y, durante los eventos o espectáculos en el estadio, experimentan un aumento masivo del número de usuarios y la demanda de conectividad de red aumenta exponencialmente. Las antenas de células pequeñas pueden utilizarse en estos casos para satisfacer la alta demanda y apoyar a la red macrocelular principal para gestionar el tráfico durante las horas punta.

• Aeropuertos:

Las células pequeñas se utilizan habitualmente en recintos cerrados, como aeropuertos, donde suele haber mucho tráfico de usuarios y es necesario proporcionar una cobertura fiable. Las antenas de células pequeñas pueden ayudar a mejorar la intensidad de la señal, la capacidad y la velocidad de los datos dentro de los edificios, proporcionando así a los usuarios una mejor experiencia de red.

• Ciudades inteligentes:

Las ciudades inteligentes funcionan sobre todo con tecnología 5G, que requiere altas velocidades de transmisión de datos, baja latencia y un gran número de usuarios. Las antenas de células pequeñas desempeñan un papel crucial al operar en bandas de frecuencia más altas y arquitecturas de red más densas que requieren las ciudades inteligentes. Acercan la red a los usuarios y permiten un uso más eficiente del espectro disponible.

• Conectividad rural:

Las antenas para células pequeñas pueden ser extremadamente útiles para establecer redes en zonas rurales o remotas donde las redes macrocelulares tradicionales podrían no ser viables. Esto ampliará la cobertura inalámbrica a zonas desatendidas, minimizando así la brecha digital.

Retos de la implantación de células pequeñas

• Adquisición de terrenos:

Con el despliegue de las redes 5G, las antenas de células pequeñas deben instalarse en una arquitectura densificada. Sin embargo, instalar un desorden de antenas ocupa mucho espacio y también puede disminuir el valor de la propiedad donde se instalan. Adquirir espacio suficiente sin alterar el entorno puede ser todo un reto. Adquirir emplazamientos para antenas de células pequeñas también puede requerir innumerables permisos, arrendamientos, papeleo, etc., lo que tampoco es lo ideal.

• Gestión de interferencias:

Dado que las antenas de células pequeñas suelen desplegarse agrupadas, el diseño de la arquitectura, la ubicación y la orientación puede ser todo un reto, ya que deben colocarse de forma que se minimicen las interferencias entre cada antena de células pequeñas y entre las antenas de células pequeñas y las antenas de macrocélulas.

• Gastos generales financieros:

Instalar una antena de célula pequeña puede ser un reto económico. Los costes de implantación, funcionamiento y mantenimiento de las antenas de células pequeñas suelen ser más elevados que los de los repetidores o relés tradicionales. El despliegue de un gran número de antenas de célula pequeña en una región requiere más presupuesto.

Conclusión

La tecnología de células pequeñas se ha convertido en vital en el mundo actual de las comunicaciones. En el mundo moderno, para alcanzar los niveles de rendimiento esperados de velocidad de datos, cobertura y calidad de servicio, minimizar las interferencias y la latencia, superar las limitaciones de las bandas de frecuencia más altas y soportar la mayor densidad de dispositivos conectados, las antenas para células pequeñas son extremadamente críticas. Las antenas para células pequeñas están disponibles en diferentes modelos y la selección del modelo adecuado dependerá del entorno operativo y de los requisitos de rendimiento de la aplicación específica. En conclusión, la tecnología de células pequeñas es una herramienta importante para la creciente demanda de conectividad inalámbrica.