Un sitio celular , torre de telefonía celular , torre de base celular o estación base celular es un sitio de dispositivo móvil habilitado para celulares donde se colocan antenas y equipos de comunicaciones electrónicas (normalmente en un mástil de radio, torre u otra estructura elevada) para crear una celda o celdas adyacentes en una red celular . La estructura elevada normalmente soporta una antena [ aclaración necesaria ] y uno o más conjuntos de transmisores/receptores transceptores , procesadores de señales digitales , electrónica de control, un receptor GPS para sincronización (para sistemas CDMA2000 / IS-95 o GSM ), fuentes de energía eléctrica primarias y de respaldo y protección. [1]
Los proveedores de telefonía celular suelen ahorrar dinero al montar sus antenas en un mástil compartido; dado que los sistemas separados utilizan frecuencias diferentes, las antenas se pueden ubicar cerca unas de otras sin interferir entre sí. Algunas empresas proveedoras operan múltiples redes celulares y, de manera similar, utilizan estaciones base ubicadas en el mismo lugar para dos o más redes celulares ( CDMA2000 o GSM , por ejemplo).
A veces se requiere que las estaciones base sean discretas; [2] pueden estar integradas en el área circundante [3] o instaladas en edificios [4] o torres publicitarias. [ cita requerida ] Los paisajes con árboles preservados a menudo pueden ocultar torres de telefonía celular dentro de un árbol artificial o preservado. Estas instalaciones generalmente se conocen como estaciones base ocultas o estaciones base furtivas. [2]
Una red celular es una red de teléfonos móviles portátiles (teléfonos celulares) en la que cada teléfono se comunica con la red telefónica mediante ondas de radio a través de una antena local en una estación base celular (sitio celular). El área de cobertura en la que se proporciona el servicio se divide en un mosaico de pequeñas áreas geográficas llamadas "celdas", cada una de las cuales recibe servicio de un transceptor multicanal de baja potencia y una antena independientes en una estación base. Todos los teléfonos celulares dentro de una celda se comunican con el sistema a través de la antena de esa celda, en canales de frecuencia separados asignados por la estación base a partir de un conjunto común de frecuencias utilizadas por el sistema.
El propósito de la organización celular es conservar el ancho de banda de radio mediante la reutilización de frecuencias ; las señales de radio de baja potencia utilizadas dentro de cada celda no viajan mucho más allá de la celda, por lo que los canales de radio se pueden reutilizar en celdas separadas geográficamente. Cuando un usuario móvil se mueve de una celda a otra, su teléfono se "transfiere" automáticamente a la antena de la nueva celda, y se le asigna un nuevo conjunto de frecuencias, y posteriormente se comunica con esta antena. Este proceso de transferencia en segundo plano es imperceptible para el usuario y puede ocurrir en medio de una llamada telefónica sin ninguna interrupción del servicio. Cada teléfono celular tiene un transceptor digital dúplex completo automatizado y se comunica con la antena celular a través de dos canales de radio digitales en la banda UHF o de microondas , uno para cada dirección de la conversación bidireccional, más un canal de control que maneja el registro del teléfono con la red, la marcación y el proceso de transferencia.
Por lo general, una torre celular se ubica en el borde de una o más celdas y cubre varias celdas mediante antenas direccionales . Una geometría común es ubicar el sitio celular en la intersección de tres celdas adyacentes, con tres antenas en ángulos de 120°, cada una cubriendo una celda. El tipo de antena que se usa para las estaciones base celulares (rectángulos blancos verticales en las imágenes) , llamada antena sectorial , generalmente consta de una matriz colineal vertical de dipolos . Tiene un patrón de radiación plano en forma de abanico , que se inclina ligeramente hacia abajo para cubrir el área de la celda sin irradiar en ángulos más altos hacia celdas más alejadas que reutilizan las mismas frecuencias. El ángulo de elevación de la antena debe ajustarse cuidadosamente, de modo que el haz cubra toda la celda sin irradiar demasiado lejos. En las antenas sectoriales modernas, la inclinación del haz generalmente se puede ajustar electrónicamente, para evitar la necesidad de que un instalador de líneas suba a la torre para inclinar mecánicamente la antena cuando se necesita un ajuste.
El rango de funcionamiento de una estación base (el rango al que los dispositivos móviles se conectan de manera confiable a la estación base) no es una cifra fija. Dependerá de varios factores, entre los que se incluyen, entre otros:
Generalmente, en áreas donde hay suficientes sitios celulares para cubrir un área amplia, el alcance de cada uno se establecerá en:
En la práctica, las estaciones base se agrupan en áreas de alta densidad de población, donde se concentran la mayor cantidad de usuarios potenciales. El tráfico de telefonía celular a través de una sola estación base está limitado por la capacidad de la estación base; con una señal de -56 dBm, hay un número finito de llamadas o tráfico de datos que una estación base puede manejar a la vez. Esta limitación de capacidad es comúnmente el factor que determina el espaciamiento de las estaciones base. En áreas suburbanas, las estaciones base suelen estar espaciadas entre 2 y 3 km (1,2 a 1,9 mi) y en áreas urbanas densas, las estaciones base pueden estar a una distancia de entre 400 y 800 m. [6]
El alcance máximo de un mástil (cuando no está limitado por interferencias con otros mástiles cercanos) depende de las mismas consideraciones. En cualquier caso, el factor limitante es la capacidad de un teléfono celular personal de baja potencia para transmitir de vuelta al mástil. Como guía aproximada, en base a un mástil alto y terreno llano , puede ser posible obtener entre 50 y 70 km (31 y 43 mi). Cuando el terreno es montañoso, la distancia máxima puede variar desde tan poco como 6 a 8 km (3,7 a 5,0 mi) debido a la invasión de objetos intermedios en la amplia zona central de Fresnel de la señal. [7] Dependiendo del terreno y otras circunstancias, una torre GSM puede reemplazar entre 3 y 80 km (2 y 50 mi) de cableado para redes inalámbricas fijas. [8] Además, algunas tecnologías, como GSM, tienen un alcance máximo absoluto adicional de 35 km (22 mi), que está impuesto por limitaciones técnicas . CDMA e IDEN no tienen tal límite definido por tiempo.
El concepto de alcance "máximo" es engañoso en una red celular. Las redes celulares están diseñadas para soportar muchas conversaciones con un número limitado de canales de radio (porciones del espectro de frecuencia de radio necesarias para realizar una conversación) que están licenciados a un operador de un servicio celular. Para superar esta limitación, es necesario repetir y reutilizar los mismos canales en diferentes ubicaciones. Al igual que la radio de un automóvil cambia de una estación local a una estación local completamente diferente con la misma frecuencia cuando viaja a otra ciudad, el mismo canal de radio se reutiliza en una antena celular a solo unos pocos kilómetros de distancia. Para hacer esto, la señal de una antena celular se mantiene intencionalmente a baja potencia y, en muchos casos, se inclina hacia abajo para limitar su alcance. Esto permite cubrir un área lo suficientemente pequeña como para no tener que soportar más conversaciones de las que pueden transportar los canales disponibles. Debido a la disposición sectorizada de las antenas en una torre, es posible variar la potencia y el ángulo para cada sector dependiendo de la cobertura de otras torres en el área.
En ocasiones, un teléfono celular puede no funcionar porque está demasiado lejos de una antena o porque el teléfono está en un lugar donde las señales de telefonía celular se atenúan debido a paredes gruesas, colinas u otras estructuras. Las señales no necesitan una línea de visión clara , pero una mayor interferencia de radio degradará o eliminará la recepción. Cuando muchas personas intentan usar la antena celular al mismo tiempo, por ejemplo, durante un atasco de tráfico o un evento deportivo, habrá una señal en la pantalla del teléfono, pero no podrá iniciar una nueva conexión. El otro factor limitante de los teléfonos celulares es la capacidad de enviar una señal desde su batería baja a la antena celular. Algunos teléfonos celulares funcionan mejor que otros con poca energía o batería baja, generalmente debido a la capacidad de enviar una buena señal desde el teléfono a la antena.
El controlador de la estación base (una computadora central que se especializa en hacer conexiones telefónicas) y la inteligencia del teléfono celular controlan y permiten que el teléfono cambie de un mástil a otro durante la conversación. A medida que el usuario se acerca a un mástil, este elige la señal más fuerte y libera el mástil en el que la señal se ha debilitado; ese canal en ese mástil queda disponible para otro usuario.
La geolocalización celular es menos precisa que la del GNSS (por ejemplo, GPS), pero está disponible para dispositivos que no tienen receptores GPS y donde el GNSS no está disponible. La precisión de este sistema varía y es más alta donde son posibles los métodos avanzados de enlace de avance y es más baja donde solo se puede llegar a un único sitio celular, en cuyo caso la ubicación solo se conoce dentro de la cobertura de ese sitio.
Un enlace de avance avanzado es aquel en el que un dispositivo se encuentra dentro del alcance de al menos tres sitios celulares y en el que el operador ha implementado el uso de un sistema de sincronización.
Otro método es el que utiliza el ángulo de llegada (AoA), que se produce cuando el dispositivo se encuentra dentro del alcance de al menos dos estaciones base y produce una precisión intermedia. El GPS asistido utiliza señales tanto de satélite como de teléfono celular.
En Estados Unidos, para el servicio de llamadas de emergencia que utiliza datos de ubicación (denominado localmente " Enhanced 911 "), se exigió que al menos el 95% de los teléfonos celulares en uso el 31 de diciembre de 2005 admitieran dicho servicio. Muchos operadores no cumplieron con este plazo y fueron multados por la Comisión Federal de Comunicaciones . [11]
Según la Comisión Federal de Comunicaciones de Estados Unidos : "Los datos de medición obtenidos de varias fuentes han indicado consistentemente que las densidades de potencia a nivel del suelo en el 'peor de los casos' cerca de torres celulares típicas son del orden de 1 μW/cm 2 (o 10 mW/m 2 ) o menos (generalmente significativamente menos)". [12]
Los teléfonos celulares, las torres de telefonía celular, el wifi, los medidores inteligentes, los teléfonos de telecomunicaciones inalámbricos digitales mejorados, los teléfonos inalámbricos, los monitores para bebés y otros dispositivos inalámbricos emiten frecuencias de radio no ionizantes, que la Organización Mundial de la Salud (OMS) ha clasificado como un carcinógeno "potencial" , [13] Según el Instituto Nacional del Cáncer de EE. UU ., "no se ha identificado ningún mecanismo por el cual los campos electromagnéticos de frecuencia extremadamente baja (ELF) o la radiación de radiofrecuencia puedan causar cáncer". [14]
Según la Administración de Alimentos y Medicamentos de Estados Unidos , "el consenso científico muestra que la radiación no ionizante no es carcinógena y, en o por debajo de los límites de exposición a radiofrecuencia establecidos por la FCC, no se ha demostrado que la radiación no ionizante cause daño alguno a las personas". [15]
Aunque las antenas celulares normalmente están unidas a estructuras permanentes, los operadores también mantienen flotas de vehículos, llamados celdas sobre ruedas (COW), que sirven como estaciones base temporales. Se puede incluir un generador para su uso donde no se dispone de energía eléctrica de red, y el sistema puede tener un enlace de retorno inalámbrico que permita su uso donde no se dispone de un enlace cableado.
Las COW también se utilizan en sitios celulares permanentes, como reemplazos temporales de equipos dañados, durante cortes de energía planificados y para aumentar la capacidad, por ejemplo, durante convenciones.
Los trabajadores de las estaciones base se denominan escaladores de torres o trabajadores de torres de transmisión. Los trabajadores de torres de transmisión suelen trabajar a alturas de hasta 460 m (1500 pies) y realizan trabajos de instalación, mantenimiento y reparación para empresas de telefonía celular y otras comunicaciones inalámbricas.
Según documentos filtrados a Der Spiegel , la NSA vende una "estación base GSM activa" por 40.000 dólares para ser utilizada como herramienta para imitar una torre de telefonía móvil y así monitorear teléfonos celulares. [16]
En noviembre de 2014, The Wall Street Journal informó que el Grupo de Operaciones Técnicas de los alguaciles estadounidenses utiliza dispositivos espía, conocidos como "dirtboxes", para imitar las potentes señales de las torres de telefonía móvil. Estos dispositivos están diseñados para hacer que los teléfonos móviles cambien a la torre, ya que es la señal más fuerte que está a su alcance. Los dispositivos se colocan en los aviones para crear efectivamente una "red de arrastre", recopilando datos sobre los teléfonos mientras los aviones vuelan sobre áreas pobladas. [17] [18]
Un sitio de celdas fuera de la red no está conectado a la red eléctrica pública . Por lo general, el sistema está fuera de la red debido al difícil acceso o la falta de infraestructura. Se agregan celdas de combustible u otros sistemas de energía de respaldo a los sitios de celdas críticos para proporcionar energía diaria y de emergencia. Tradicionalmente, los sitios han utilizado grupos electrógenos impulsados por motores de combustión interna, [19] [20] sin embargo, al ser menos eficientes que la energía pública, aumentan los gastos operativos y son una fuente de contaminación (atmosférica, acústica, etc.) y algunos se encuentran en áreas protegidas por conservación ambiental y paisajística.
Las fuentes renovables , como la energía solar y la eólica , pueden estar disponibles en los lugares donde se ubican las estaciones base. El primer mástil fuera de la red en el Reino Unido se instaló en 2022 en Eglwyswrw , Gales . [21] Esto puede reducir el costo del combustible para la estación base o la torre de telecomunicaciones hasta en un 75 %. Pueden estar respaldadas por un sistema generador de combustible que permite que la estación base funcione cuando las fuentes renovables no son suficientes. Uno de estos sistemas de producción de energía consiste en:
La energía eléctrica de fuentes intermitentes se almacena en baterías secundarias que generalmente están diseñadas para tener un promedio de dos días de autosuficiencia, también conocida como autonomía, para dar tiempo a que el personal de mantenimiento llegue al sitio cuando se necesita una reparación.
Los sistemas de energía renovable suministran energía eléctrica cuando está disponible. Las pilas de combustible se activan solo cuando las fuentes naturales no son suficientes para suministrar la energía que necesita el sistema. El suministro de energía de emergencia (las pilas de combustible) está diseñado para durar una media de diez días. De esta forma, la estructura es completamente autosuficiente: esto permite que el equipo de mantenimiento realice pocas visitas al lugar, ya que normalmente es de difícil acceso.
A menudo, existe oposición local a la instalación de nuevos mástiles por razones de seguridad y estética. Esto último se soluciona a veces camuflando el mástil como algo más, como un mástil de bandera, una farola o un árbol (por ejemplo, palmeras, pinos, cipreses), o estructuras en tejados o elementos urbanos como chimeneas o paneles.
Estas antenas ocultas se distinguen por la forma de su follaje y el tipo de corteza. El follaje de todas estas antenas está compuesto por hojas de material plástico cuidadosamente diseñadas, teniendo en cuenta la cantidad, la forma y la disposición adecuadas para ocultar completamente las antenas y todos los accesorios de manera natural. Los materiales utilizados garantizan una transparencia radioeléctrica absoluta y resistencia a los rayos UVA. Los apodos incluyen " monopalma " para un monopolo disfrazado de palmera o "Pseudopinus telephoneyensis" para un mástil disfrazado de pino. [22] En los monopolos , las antenas direccionales a veces se ocultan en una carcasa de plástico cerca de la parte superior del poste para poder eliminar las barras transversales.
Las estructuras de tejado, como chimeneas o paneles de ocultación, de entre 6 y 12 metros de altura, pueden ocultar a uno o más operadores de telefonía móvil en la misma estación. Los paneles de ocultación de tejado se pueden fijar a las estructuras de tejado existentes, lo que permite rediseñarlas de forma rápida y económica.
Los investigadores de Alcatel-Lucent han desarrollado una estación base llamada lightRadio que cabe en la palma de la mano. Tiene el tamaño de un cubo de Rubik . Es capaz de transmitir señales 2G , 3G y 4G . Son más eficientes energéticamente y entregan banda ancha de manera más eficiente que las estaciones base actuales. Podrían usarse en áreas urbanas muy pobladas para hacer espacio para más espacio de radio. [23]
Las compañías de telefonía celular firman contratos de arrendamiento con los gobiernos locales para colocar antenas celulares en torres de agua . [24]
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