Encontrando Interferencia Externa en redes celulares de manera eficiente
Las situaciones de interferencia externa impactan de manera contundente el desempeño de una red celular y la experiencia de los usuarios. Debido a esto, los operadores deben buscar mecanismos para mitigar estos inconvenientes de manera rápida y eficiente. En este artículo presentamos una descripción general de los tipos de interferencia externa más comunes encontrados en redes celulares, cómo es el proceso típico para encontrarlas y cómo los operadores se pueden apalancar en la solución CellSpectrum para agilizar este proceso.
En el contexto de una red celular ¿qué entendemos por interferencia?
En toda red móvil hay interferencia. El reúso de frecuencias unitario usado en redes UMTS/LTE/5G implica que múltiples celdas y móviles transmiten sobre el mismo ancho de banda, ocasionando “interferencia interna”.
El sistema se diseña para tolerar y manejar esta interferencia interna, y sólo cuando tenemos escenarios severos (muy alto tráfico, solapamiento de celdas o polución de pilotos) observaremos degradación significativa en la experiencia del usuario. Los problemas de interferencia interna se pueden detectar mediante el análisis de estadísticas de la red, trazas o Drive Tests.
El escenario cambia cuando la fuente de interferencia no proviene de la misma red móvil o usuarios, sino que es de origen externo. En este caso, la capacidad de autorregulación de la red disminuye.
En adelante, cuando hablemos de interferencia externa, o simplemente interferencia, nos referimos a situaciones en las que la presencia de energía de RF no deseada degrada la operación normal de un sistema de comunicación inalámbrica.
La interferencia externa puede afectar cualquier porción de espectro, pero en redes celulares sus efectos suelen ser más trascendentes en el enlace de subida (uplink). Esto se debe a las limitaciones inherentes al uplink, donde la potencia de transmisión máxima típica del móvil es de 24dBm. Aun cuando las estaciones radio base cuentan con receptores de alta sensibilidad, la presencia de señales interferentes impacta la capacidad de la estación para decodificar las transmisiones de los usuarios.
En el downlink, por otro lado, las celdas 5G/LTE/UMTS/GSM transmiten a “alta” potencia en comparación con las señales interferentes típicas, por lo que es menos probable observar un impacto negativo en esta dirección.
Impacto de la interferencia externa
Los efectos de la interferencia pueden variar dependiendo de las características de la señal interferente y del sistema afectado.
Dada la naturaleza adaptativa de las tecnologías celulares modernas, la presencia de interferencia puede ocasionar que el sistema pase a utilizar esquemas de modulación más robustos, pero con menor tasa de transmisión (por ejemplo, QPSK). En estos casos, el usuario percibe una degradación en la velocidad de carga/descarga. Casos más severos de interferencia pueden ocasionar problemas más evidentes, como llamadas caídas, fallas de acceso, mala calidad de voz, interrupción de transmisión de datos o latencia excesiva.
Del lado de la red, la presencia de interferencia ocasiona una reducción en la capacidad disponible para las estaciones base debido al aumento en el uso de recursos (PRB, Potencia, Códigos) para poder mantener un nivel aceptable de tasa de errores (BLER). Evidentemente, esto impacta también la experiencia de los usuarios.
Ambos problemas son indeseables para los operadores, por lo que se necesita una metodología de mitigación rápida y eficaz que minimice los tiempos de afectación.
Fuentes de interferencia externa más comunes en redes celulares
Las fuentes de interferencia externa pueden variar en gran medida de acuerdo con la región o la banda de frecuencias. Enumeramos algunas de las más comunes:
Armónicos y Productos de intermodulación.
Los armónicos son un producto normal de casi todos los transmisores de RF. Un armónico es simplemente una copia de la señal original que aparece a un número N múltiplo de la frecuencia original. Los Productos de intermodulación se crean cuando dos o más señales de diferentes frecuencias (incluyendo sus armónicos) se combinan de manera no lineal.
Los productos de intermodulación se pueden generar a distancias considerables de la frecuencia de origen. Es común ver este efecto cuando se tienen múltiples transmisores compartiendo antenas o feeders, o en casos donde superficies contaminadas, corroídas o en mal estado ocasionan intermodulación pasiva (PIM).
Equipos de transmisión en bandas no permitidas.
En ocasiones, proveedores de servicios pueden tener equipos transmitiendo en bandas no autorizadas. Por ejemplo, estaciones de radio o enlaces de microondas.
Otro caso común es la interferencia en las fronteras entre países.
Emisiones espurias de dispositivos electrónicos.
Casi todos los dispositivos electrónicos emiten energía de RF a diferentes frecuencias. Cuando estas señales, o sus armónicos, cuentan con suficiente amplitud y caen dentro de la banda celular, ocasionan interferencia. Ejemplos: Amplificadores, lámparas, pantallas (neón), equipo industrial.
Dispositivos electrónicos de “otra región”.
Dispositivos que operan en bandas permitidas una región que interfieren con las bandas en otras. Ejemplos: Radios, micrófonos, teléfonos inalámbricos.
Repetidores con ganancia mal ajustada.
Entes particulares pueden instalar antenas repetidoras para mejorar la cobertura en determinada banda. Si estos elementos se configuran con una ganancia excesiva, pueden ocasionar interferencia.
Interferencia intencional.
Es común el uso de dispositivos de tipo “jammers” por parte de particulares o entidades gubernamentales con el objetivo de limitar las comunicaciones móviles en un área.
Proceso de “cacería” de interferencia externa.
Es necesario pasar por un proceso de descarte antes de afirmar que se está en presencia de una interferencia externa.
Algunas causas “internas” que pueden ocasionar un aumento en el nivel de RSSI que mide la celda en el uplink pueden ser:
- Incremento anormal de tráfico.
- Ajuste incorrecto de parámetros lógicos.
- Intervenciones en la red.
- Puesta en servicio de nodos repetidores.
Una vez que el equipo de RF ha determinado con cierto grado de certeza de que existe una interferencia externa, se debe proceder con los siguientes pasos:
Paso 1: Caracterizar de la interferencia
Antes de salir a tomar mediciones, el operador debe tener una idea clara de las características de la señal interferente.
- Intensidad: Las estadísticas en el OSS nos permiten obtener un valor promedio del RSSI que recibe la celda en el enlace de subida (RTWP). Este valor nos da un indicio del nivel de interferencia existente en el sistema.
- Temporalidad: Determinar si la interferencia ocurre constantemente, a ciertas horas del día o de manera intermitente. Dependiendo de la temporalidad de la señal se pueden determinar posibles puntos de origen. Por ejemplo: si tenemos una interferencia que se produce entre 7:00PM y 7:00AM (ver ejemplo en la figura debajo), es probable que esté relacionada con un sistema de iluminación.
- Ancho de banda y características en frecuencia: Algunos proveedores de equipos ofrecen en su terminal de mantenimiento la posibilidad de monitorear el espectro desde la estación base. Con esta herramienta, el operador puede identificar las características de la señal interferente en cuanto a su ancho de banda e intensidad.
- Sitios afectados: Es buena práctica preparar un mapa donde se muestre claramente qué sectores de la red móvil tienen mayor afectación. Como vemos en la imagen, al visualizar los niveles de ruido en el mapa podemos deducir que la posible señal interferente está ubicada en el área encerrada en rojo.
Paso 2: Determinar la ubicación general de la interferencia externa
Una vez levantados los datos en el paso 1, el operador cuenta con suficiente información para salir a tomar mediciones en campo para encontrar la señal interferente.
El objetivo en esta etapa es identificar la señal en un rango de 100 a 200 metros. Para esto, es recomendable realizar un Drive Test en el área afectada usando un receptor (como CellDigitizer) y una antena omnidireccional. El objetivo de este drive test es generar un mapa de calor donde se identifiquen las áreas específicas donde el RSSI aumenta de manera anormal.
En la figura podemos observar un mapa de un Drive Test realizado con CellSpectrum, uno de los componentes de la solución CellWireless de Celplan. Este plot permite acotar el radio de búsqueda de la interferencia.
Paso 3: Determinar la ubicación específica de la interferencia externa
Una vez el operador ha acotado el área de búsqueda a un espacio de alrededor de 200 metros o menos, el próximo paso es tomar mediciones “a pie” con un analizador de espectro y una antena directiva apropiada (Por ejemplo, una antena Yagi o Log-periodica).
El técnico de campo realiza un barrido en diferentes puntos registrando la ubicación (coordenadas) y dirección (azimuth) de la señal interferente, hasta lograr triangular la ubicación de la fuente interferente.
Una vez detectado el origen de la interferencia, el operador gestiona la realización de pruebas de apagado de la señal interferente y verifica en el OSS que la interferencia haya cesado y la calidad de servicio se recupere.
En nuestra experiencia, hemos visto operadores que se saltan el paso 2 y pasan directamente al 3. Esto puede resultar contraproducente, puesto que al cubrir más territorio se invierte más tiempo en encontrar las señales interferentes. Además, contar con una medición de drive test más detallada permite hacer un mejor diagnóstico y descartar posibles falsos positivos.
Si el operador con soluciones como CellSpectrum, en el drive test del paso 2 podrá obtener información adicional sumamente valiosa, que ayudará con el troubleshooting. Miremos esto en la próxima sección.
¿Cómo apoyarnos en CellSpectrum para encontrar interferencias de manera más fácil?
CellSpectrum es la solución de analizador de espectro de Celplan que forma parte que Ekspresa comercializa en México, América Central y el Caribe. Permite escanear el espectro capturado por el hardware CellDigitizer.
Entre sus principales funcionalidades encontramos:
- Soporta un amplio rango de frecuencias: de 0.1MHz y 40GHz.
- Permite grabar y reproducir las mediciones.
- Todas las mediciones son georreferenciadas, lo que facilita el análisis de la data en la oficina.
- Alto rango dinámico y protección contra saturación vía control automático de ganancia.
- Incluye visualización de espectrograma, permitiendo identificar señales que varían en el tiempo.
- Solución costo efectiva, en comparación con competidores.
Con CellSpectrum un operador puede realizar un Drive Test en una zona de interés para generar un mapa de calor mostrando las condiciones de interferencia.
Posteriormente, en la oficina, el ingeniero de RF puede analizar con detalle las características del espectro en diferentes puntos del recorrido y sacar conclusiones respecto a las características de una potencial de interferencia.
Usando la vista de espectrograma, es fácil identificar si una interferencia varía en el tiempo:
Con CellSpectrum los operadores cuentan con una herramienta flexible y potente que les permite analizar el ambiente de radio fácilmente, y detectar fuentes de interferencia de manera eficiente y rápida.
Conclusiones
La identificación de interferencias externas es un tópico complejo. En este artículo quisimos plasmar las nociones generales más importantes sobre este tema. En resumen:
- Hay muchos tipos de fuentes de interferencia que afectan las redes móviles.
- La interferencia impacta negativamente la experiencia del usuario.
- Los operadores deben contar con metodologías y herramientas que permitan minimizar el tiempo de detección de señales interferentes.
¿Requieres ayuda para encontrar interferencias externas? En Ekspresa contamos con personal capacitado para llevar a cabo cacerías de interferencia en tiempo record.
Ekspresa se ha asociado con Celplan para llevar la solución CellWireless (que incluye CellSpectrum) a nuestros clientes en México, Centroamérica y El Caribe. Si quieres saber más sobre estas soluciones o estás interesado en un Demo de CellSpectrum, contáctanos a través de nuestro formulario o escríbenos a info@ekspresa.com
