Componentes con bajo nivel de PIM y antenas de interior: dos elementos fundamentales de un sistema DAS 5G de alto rendimiento

A la hora de instalar un sistema de antenas distribuidas (DAS) de 5G en interiores, la mayoría de la gente se centra en los amplificadores y las fuentes de señal. Sin embargo, lo que realmente determina el límite máximo del sistema son dos aspectos menos llamativos: componentes pasivos y antenas. Más concretamente: componentes pasivos con bajo PIM y antenas de interior adaptadas al entorno.

Si no se tienen en cuenta estos aspectos, la modulación de orden superior del 5G, el MIMO y los amplificadores de bajo ruido del enlace ascendente no rendirán al máximo.

1. Por qué el “bajo PIM” no es un truco publicitario, sino un requisito imprescindible

La PIM (intermodulación pasiva) es un producto de distorsión no lineal que se genera cuando varias señales de RF de alta potencia entran en contacto con contactos metálicos imperfectos. Sus peores características son:

• Se encuentra dentro de la banda de enlace ascendente, lo que aumenta directamente el umbral de ruido
• No se puede solucionar aumentando la potencia; cuanto más potencia, peor es el problema.
• Se degrada con el paso del tiempo y debido a factores ambientales (vibraciones, cambios de temperatura, oxidación)

En el caso de los sistemas DAS de 5G, en los que coexisten múltiples bandas en torno a los 3,5 GHz y bandas de 4G reasignadas, el riesgo de PIM es considerablemente mayor que en la era de la 3G y la 4G. Una sola de mala calidad divisor de potencia o un puente puede reducir la sensibilidad de recepción de la célula en más de 10 dB en toda una planta.

Los componentes con bajo PIM no se reducen únicamente a unas buenas especificaciones técnicas. En ingeniería, hay tres cifras que son las más importantes:

• PIM de tercer orden (IM3): requisito habitual ≤ -150 dBc (con portadoras de 2 × 43 dBm). Actualmente, muchos proyectos de DAS 5G exigen -163 dBc o incluso -165 dBc.
• Estabilidad y coherencia: Los valores de PIM en las 20 muestras del mismo lote no deben variar en más de 10 dB. De lo contrario, el muestreo in situ se convierte en una lotería.
• Estabilidad bajo esfuerzo mecánico: El PIM no debe variar más de 10 dB al golpearlo o sacudirlo.

A la hora de seleccionar divisores de potencia con bajo PIM, acopladores, o las cargas, no te fijes solo en el “valor nominal”. Pregunta al fabricante: ¿cuántas pruebas se han realizado? ¿Se han sometido a pruebas tras ciclos térmicos? ¿Cuál es el tamaño de la muestra?

2. Antenas de interior: una cobertura adecuada permite controlar las interferencias

Las antenas de interior suelen considerarse “simplemente el último trozo de cable”. Sin embargo, determinan dos cosas: uniformidad en la distribución de la señal y aislamiento del sistema.

Dos tipos de antenas habituales en los sistemas DAS de 5G:

• Antenas de techo omnidireccionales – Adecuada para oficinas diáfanas y pasillos. Sin embargo, la cobertura “omnidireccional” no es totalmente uniforme; la ganancia disminuye rápidamente en los bordes. En techos de más de 3 m de altura, la señal es fuerte justo debajo de la antena, pero débil en las esquinas. Solución: reducir la distancia entre antenas a 15-18 m en lugar de aumentar la potencia.
• Antenas direccionales de pared / de panel – Se utiliza en espacios largos y estrechos (túneles, pasillos subterráneos) o para el control de perímetros. Por ejemplo, una sola antena de panel de 60° situada en el vestíbulo de un ascensor y orientada hacia el interior puede reducir las fugas en más de 15 dB.

Una trampa que se suele pasar por alto: desajuste de polarización. Muchas implementaciones de DAS 5G utilizan antenas de doble polarización de ±45° para MIMO. Si el antena de techo Si la polarización es unipolar, el rendimiento del enlace ascendente se verá notablemente afectado. Seguirá funcionando, pero hay que tener claro que el rendimiento se reducirá a la mitad en el caso del MIMO de doble flujo.

3. Bajo PIM + antena adecuada = un bucle cerrado

Los componentes con bajo nivel de PIM garantizan un ruido de fondo limpio en el sistema. Las antenas garantizan que la potencia se transmita al lugar adecuado sin desviaciones. Estos aspectos deben tenerse en cuenta de forma conjunta, no por separado.

Ejemplo: una actualización del sistema DAS 5G de un hospital. Inicialmente se utilizaban divisores de potencia PIM estándar (aprox. -130 dBc) junto con antenas de techo de baja ganancia. El RSRP era aceptable, pero el SINR se mantenía por debajo de 15 dB, con un rendimiento asimétrico entre el enlace ascendente y el descendente. La investigación reveló lo siguiente:

• Los productos PIM procedentes de los divisores aumentaron el nivel de ruido de fondo en 6 dB.
• La falta de aislamiento entre las antenas provocó interferencias en el mismo canal.

Tras sustituir los divisores por otros de -160 dBc y cambiar algunas antenas por modelos direccionales con una alta relación frente-tras, la relación señal-ruido (SINR) mejoró hasta los 23 dB y el rendimiento en el enlace ascendente se duplicó.

4. Lista de comprobación de ingeniería (utilízala directamente)

Al seleccionar componentes pasivos con bajo PIM, comprueba lo siguiente:

• ¿A qué nivel de potencia se midió el valor PIM? (¿2×33 dBm o 2×43 dBm?)
• ¿Prueba dinámica o medición estática única?
• Material y recubrimiento del conector (¿cobre-plata / cobre-bronce blanco?)
• ¿Se indica el par de apriete en el componente?

A la hora de seleccionar antenas DAS para interiores, comprueba lo siguiente:

• La compatibilidad con bandas abarca 3,5 GHz y 4,9 GHz (especialmente para la evolución hacia el 5G)
• Polarización (¿simple o doble?)
• Diagrama de radiación medido frente a la simulación (¿compartirá el proveedor los datos?)
• ¿Tiene un bajo índice de PIM? (Las antenas también pueden generar PIM, sobre todo si tienen elementos móviles)

5. Cuándo pasar a unas especificaciones superiores

No todos los casos requieren -163 dBc. Sin embargo, plantéate utilizar componentes con bajo nivel de PIM y antenas de alto rendimiento si:

• Sistema DAS de host neutral para múltiples operadores
• El emplazamiento se encuentra cerca de torres de transmisión o de radares (señales externas intensas)
• El caudal de subida es un criterio de aceptación estricto (enlace de retorno de vídeo, envíos de datos del IoT)
• La instalación requiere un funcionamiento sin mantenimiento durante un mínimo de 5 años.

Los componentes con bajo nivel de PIM suponen un coste inicial entre 10 y 15% superior, pero permiten ahorrar 80% en tiempo de resolución de problemas de interferencias en el enlace ascendente posteriormente. Esta relación coste-beneficio favorece cada vez más el uso de componentes con bajo nivel de PIM en la era del 5G.