Melhorando a conexão 3G: Repetidores de sinal

Já há algum tempo não posto nada sobre o assunto da conexão 3G, e ainda estava devendo um artigo sobre os repetidores de sinal. Então estou pagando minha dívida hoje.

O que são repetidores de sinal?

Imagine que você está numa fazenda a 50 km da antena de celular mais próxima. Seu celular (ou seu modem) não conseguiria conectar nessas condições, nem se você subisse no telhado. Por esse motivo, fazendas no interior desse Brasilzão utilizam antenas direcionais de alto ganho para captar o sinal da ERB mais próxima e fornece-lo a um aparelho, através de um cabo. Isso tira completamente a mobilidade do aparelho.

Imagine, então, que fosse possível pegar esse sinal da antena e transferi-lo para outra antena, dentro de casa. Do lade de fora da casa você tem uma torre, ou um cano (como nas antenas de TV) com uma antena direcional (que só pega sinal de um lado), apontada para a ERB. Um cabo conectado a essa antena desce pelo cano (ou torre), entra para dentro da casa e, ao invés de ser c onectado ao seu celular (ou modem), seria conectado a uma outra antena (omnidirecional, ou seja, que transmite para todos os lados), que retransmitiria o sinal captado pela antena externa no ambiente interno.

Isso é possível?

Sim, é possível. Tem duas maneiras de se fazer:

1 – através de um repetidor passivo, ou seja, ele não atua ativamente no sinal para amplifica-lo. Ele apenas pega o sinal recebido e o entrega à antena interna para que distribua internamente.

2 – através de um repetidor ativo, que nada mais é do que um amplificador de sinal bidirecional, que pega o sinal da antena externa e o amplifica antes de entregá-lo à antena interna e vice versa.

Vejam bem, estamos falando aqui de um tráfego bidirecional, ou seja, não basta captar o sinal da ERB e entrega-lo no celular (ou modem). É necessário fazer o inverso também: pegar o sinal gerado pelo modem e entrega-lo à ERB. Então temos três situações:

1 – O sinal da ERB é bom, mas o sinal do modem é fraco. Isso acontece, por exemplo, quando recebemos o sinal da ERB reflatido em algum obstáculo, como prédios ou morros. Nesse caso, não há como resolver o problema com repetidores passivos. É preciso uma amplificação real do sinal do modem para que a ERB o “ouça”.

2 – O sinal da ERB é fraco porque está distante. Neste caso, é possível jutilizar um repetidor passivo, mas tudo vai depender da distância e do nível de sinal. Eu diria que para distâncias de uns 4 ou 5 km (talvez mais, dependendo da qualidade das antenas, cabos, conectores, soldas, etc.), poderia ser uma solução viável.

3 – O sinal da ERB é fraco porque há obstáculos. Neste caso, é muito possível a utilização de um repetidor passivo, porque podemos encontrar um local próximo onde o sinal seja bom, instalar a antena externa e levar o sinal através de um cabo até o local onde o sinal é fraco, sem necessidade de amplificação ativa.

Soluções

No primeiro caso, A solução necessariamente passa por um repetidor ativo, ou seja, um amplificador que aumentará o sinal em ambas as direções. Tais soluções são caras, mas muito eficientes. De qualquer forma, antes de fazer qualquer investimento numa solução dessas, é extremamente recomendável que você consulte um técnico experiente como eu (:D) para fazer uma avaliação do local e sugerir as possíveis soluções (ativo, passivo, tipo de antena, local de instalação, etc). Sugiro isso, não por purismo, mas por prudência (se você gosta do seu dinheiro) às vezes é melhor pagar um técnico para te dizer que não vai dar certo, do que comprar o equipamento e depois descobrir que ele não vai servir de nada.

No segundo caso, dependendo das condições, é possível utilizar um ou outro. No geral, quanto maior a distância, pior o sinal e maior a possibilidade de você precisar de um amplificador. Novamente, só um técnico vai poder dizer qual a melhor solução.

No terceiro caso, é possível apelar para gambiarras mais econômicas mas, se você não quer ter dores de cabeça, novamente, chame um técnico.

Tipos de antenas

As antenas direcionais podem ser de vários tipos. Os mais populares são as Yagi, as parabólicas e as setoriais (ou de painel). Não importa muito o tipo da antena, mas importam suas características elétricas. O que você tem de verificar antes de comprar são: ganho, impedância e faixa de frequências de utilização.

Ganho – Uma antena, a priori, não amplifica um sinal. Quando dizemos que uma antena tem um “ganho”, na verdade é uma comparação dela com um tipo de antena chamado “isotrópica”, ou seja, que recebe sinais de todas as direções e não amplifica nem atenua nada. Na prática esse tipo de antena não existe e o que mais chega perto disso são as antenas omnidirecionais de um quarto de onda de ganho único. Portanto, podemos a grosso modo (muito grosso mesmo), dizer que uma antena que tem um “ganho”, na verdade recebe melhor “tantas vezes” em relação a esse tipo de antena. Antenas direcionais sempre têm um “ganho” maior do que antenas omnidirecionais. Isso acontece porque o seu desenho “transfere” as características omnidirecionais de uma antena comum para um único lado. Ou seja, é uma antena omnidirecional que foi “trabalhada” para que concentrasse toda a sua “força” de um único lado, de forma que os ganhos unitários das outras direções se “somem” em uma única direção.

Impedância – Não vou explicar aqui o que significa o termo. Apenas vou dizer que as impedâncias da antena, do cabo utilizado e da outra antena (ou da entrada do amplificador) devem ser as mesmas. Caso contrário, todo o trabalho corre o risco de não dar o resultado esperado, pra não dizer que não vai funcionar de jeito nenhum. A impedância mais utilizada para antenas de celular é 50 ohms, portanto, nada de usar cabos de antena de TV (75 ohms) pra fazer as conexões.

Faixa de frequências – Toda antena é construída para funcionar numa determinada frequência, com uma variação pequena para cima ou para baixo. A mesma antena pode ser utilizada para frequências múltiplas da frequência original (uma antena para 2,4 GHz pode ser usada para 1,2GHz ou para 4,8 GHz), mas suas características eletromagnéticas mudam, o que altera o ganho e, consequentemente o funcionamento. Portanto, use a antena certa para a frequência correta. No caso do 3G no Brasil, a maior parte dos locais é servido pela frequência de 2,1 GHz.

Vamos à prática!

Procure adquirir antenas de boa qualidade ou, se desejar construí-las, seja bem criterioso.

Antenas: Abaixo você pode ver exemplos de antenas Yagi, parabólica, setorial e omnidirecional.

yagi_com_radome

Yagi sem radome

Setorial

Parabólica

Omnidirecional

Macetes:

1 – O comprimento do cabo entre a antena externa e a interna (ou amplificador), deve ser um múltiplo da metade do comprimento de onda da frequência utilizada. No caso dos 2,1 GHz, o comprimento do cabo deve ser múltiplo de 5,47 cm, ou o,o547 metros. Procure ser exato. Um tantinho a mais, ou a menos, pode ser a diferença entre dar certo ou não.

2 – Procure utilizar conectores soldados. Cada conexão gera uma perda de 1dB, aproximadamente. Se você não utilizar adaptadores, só nos conectores das antenas externa e interna serão 2dB de perda. Quanto maior o cabo, maior a perda. Se você não prestar atenção nesses detalhes, todo o ganho obtido pela antena pode ser perdido no cabo e nas conexões.Além disso, conexões mal feitas geram ruídos que interferem no sinal. Portanto, não bobeie.

3 – Se houver sobras no cabo, procure eliminá-las. Não enrole a sobra. Por dois motivos: o cabo excedente diminui o sinal nas pontas e a espiral pode agir como um indutor, alterando alguma característica do sistema.

4 – Se for necessário utilizar adaptadores, utilize o seguinte critério: o cabo mais fino é sempre o menor. E quanto menor, melhor.

5 – Na antena externa, procure isolar bem o conector com fita de autofusão e cola de silicone. Se chover e entrar água no conector, não tem santo que vai ajudar. Você terá de desmontá-lo, secá-lo e montá-lo novamente, dessa vez do jeito certo. Conectores externos têm uma facilidade enorme de oxidarem gerando mal contato. Por isso, seja muito cuidadoso nessa parte.

Repetidores ativos (amplificadores).

Quem mora em fazenda, com certeza já conhece esses aparelhos. São equipamentos que pegam um sinal vindo de uma antena externa e amplificam, disponibilizando-o em um ambiente interno (e vice-versa).

Um exemplo desse tipo de aparelho está na foto abaixo. Mas lembre-se: são equipamentos de um custo razoável, portanto, pode tornar alto o custo total (acesso, modem, antenas, torre ou mastro, cabos e conectores, amplificador, instalação e assistência técnica). Portanto, avalie bem se vale a pena o custo para o benefício que tudo isso pode trazer.

Repetidor amplificador de sinal celular

Esquema de ligação

A diferença entre o esquema amplificado acima para o repetidor passivo, é que neste último, o cabo de descida vai direto na antena interna. Com certeza alguém vai perguntar se dá pra usar antenas caseiras com esse esquema. A resposta é sim. No entanto, se você for utilizar um amplificador como na figura acima, isso pode ser entendido como violação da garantia do produto. Não há contra indicações no caso do repetidor passivo.