Меню

Базовые станции сотовой связи и их антенная часть

Базовые станции сотовой связи и их антенная часть

И вновь немного общеобразовательного материала. На этот раз речь пойдет о базовых станциях. Рассмотрим различные технические моменты по их размещению, конструкции и дальности действия, а также заглянем внутрь самого антенного блока.

Базовые станции. Общие сведения

Так выглядят антенны сотовой связи, установленные на крышах зданий. Эти антенны являются элементом базовой станции (БС), а конкретно – устройством для приема и передачи радиосигнала от одного абонента к другому, и далее через усилитель к контроллеру базовой станции и другим устройствам. Являясь наиболее заметной частью БС, они устанавливаются на антенных мачтах, крышах жилых и производственных зданий и даже дымовых трубах. Сегодня можно встретить и более экзотические варианты их установки, в России их уже устанавливают на столбах освещения, а в Египте их даже «маскируют» под пальмы.

Подключение базовой станции к сети оператора связи может производиться по радиорелейной связи, поэтому рядом с «прямоугольными» антеннами блоками БС можно увидеть радиорелейную тарелку:

С переходом на более современные стандарты четвертого и пятого поколений, для удовлетворения их требований подключать станции нужно будет исключительно по волоконной оптике. В современных конструкциях БС оптоволокно становится неотъемлемой средой передачи информации даже между узлами и блоками самой БС. К примеру, на рисунке ниже показано устройство современной базовой станции, где оптоволоконный кабель используется для передачи данных от RRU (выносные управляемые модули) антенны до самой базовой станции (показано оранжевой линией).

Оборудование базовой станции располагается в нежилых помещениях здания, либо устанавливается в специализированные контейнеры (закрепленные на стенах или столбах), ведь современное оборудования выполняется довольно компактно и может запросто поместиться в системный блок серверного компьютера. Часто радиомодуль устанавливают рядом с антенным блоком, это позволяет уменьшить потери и рассеивание передаваемой в антенну мощности. Так выглядят три установленных радиомодуля оборудования базовой станции Flexi Multiradio, закрепленные прямо на мачте:

Зона обслуживания базовых станций

Для начала следует отметить, что бывают различные типы базовых станций: макро, микро, пико и фемтосоты. Начнем с малого. И, если кратко, то фемтосота не является базовой станцией. Это, скорее, Access Point (точка доступа). Данное оборудование изначально ориентируется на домашнего или офисного пользователя и владельцем такого оборудования является частное или юр. лицо, не относящееся к оператору. Главное отличие такого оборудования заключается в том, что оно имеет полностью автоматическую конфигурацию, начиная от оценки радиопараметров и заканчивая подключением к сети оператора. Фемтосота имеет габариты домашнего роутера:

Пикосота – это БС малой мощности, принадлежащая оператору и использующая в качестве транспортной сети IP/Ethernet. Обычно устанавливается в местах возможной локальной концентрации пользователей. Устройство по размерам сравнимо с небольшим ноутбуком:

Микросота – это приближенный вариант реализации базовой станции в компактном виде, очень распространено в сетях операторов. От «большой» базовой станции ее отличает урезанная емкость поддерживаемых абонентом и меньшая излучающая мощность. Масса, как правило, до 50 кг и радиус радиопокрытия — до 5 км. Такое решение используется там, где не нужны высокие емкости и мощности сети, или нет возможности установить большую станцию:

И наконец, макросота – стандартная базовая станция, на базе которой строятся мобильные сети. Она характеризуется мощностями порядка 50 W и радиусом покрытия до 100 км (в пределе). Масса стойки может достигать 300 кг.

Зона покрытия каждой БС зависит от высоты подвеса антенной секции, от рельефа местности и количества препятствий на пути до абонента. При установке базовой станции далеко не всегда на первый план выносится радиус покрытия. По мере роста абонентской базы может не хватить максимальной пропускной способности БС, в этом случае на экране телефона появляется сообщение «сеть занята». Тогда оператор со временем на этой территории может сознательно уменьшить радиус действия базовой станции и установить несколько дополнительных станций в местах наибольшей нагрузки.

Когда нужно увеличить емкость сети и снизить нагрузку на отдельные базовые станции, тогда и приходят на помощь микросоты. В условиях мегаполиса зона радиопокрытия одной микросоты может составлять всего 500 метров.

В условиях города, как ни странно, встречаются такие места, где оператору нужно локально подключить участок с большим количеством трафика (районы станций метро, крупные центральные улицы и др.). В этом случае применяются маломощные микросоты и пикосоты, антенные блоки которых можно располагать на низких зданиях и на столбах уличного освещения. Когда возникает вопрос организации качественного радиопокрытия внутри закрытых зданий (торговые и бизнес центры, гипермаркеты и др.) тогда на помощь приходят пикосотовые базовые станции.

За пределами городов на первый план выходит дальность работы отдельных базовых станций, так установка каждой базовой станции в удалении от города становится все более дорогостоящим предприятием в связи с необходимостью построения линий электропередач, дорог и вышек в сложных климатических и технологических условиях. Для увеличения зоны покрытия желательно устанавливать БС на более высоких мачтах, использовать направленные секторные излучатели, и более низкие частоты, менее подверженные затуханию.

Так, например, в диапазоне 1800 МГц дальность действия БС не превышает 6-7 километров, а в случае использования 900–мегагерцового диапазона зона покрытия может достигать 32 километров, при прочих равных условиях.

Антенны базовых станций. Заглянем внутрь

В сотовой связи чаще всего используют секторные панельные антенны, которые имеют диаграмму направленности шириной в 120, 90, 60 и 30 градусов. Соответственно для организации связи во всех направлениях (от 0 до 360) может потребоваться 3 (ширина ДН 120 градусов) либо 6 (ширина ДН 60 градусов) антенных блоков. Пример организации равномерного покрытия во всех направлениях показан на рисунке ниже:

А ниже вид типовых диаграмм направленности в логарифмическом масштабе.

Большинство антенн базовых станций широкополосные, позволяющие работать в одном, двух или трех диапазонах частот. Начиная с сетей UMTS, в отличие от GSM, антенны базовых станций умеют изменять площадь радиопокрытия в зависимости от нагрузки на сеть. Один из самых эффективных методов управления излучаемой мощностью – это управление углом наклона антенны, таким способом изменяется площадь облучения диаграммы направленности.

Антенны могут иметь фиксированный угол наклона, либо имеют возможность дистанционной регулировки с помощью специального программного обеспечения, располагаемого в блоке управления БС, и встроенных фазовращателей. Существуют также решения, позволяющие изменять зону обслуживания, от общей системы управления сети передачи данных. Таким образом, можно регулировать зону обслуживания всего сектора базовой станции.

В антеннах базовых станций применяется как механическое управление диаграммой, так и электрическое. Механическое управление проще реализуется, но часто приводит к искажению формы диаграммы направленности из-за влияния конструктивных частей. Большинство антенн БС имеет систему электрической регулировки угла наклона.

Современный антенный блок представляет собой группу излучающих элементов антенной решетки. Расстояние между элементами решетки выбирается таким образом, чтобы получить наименьший уровень боковых лепестков диаграммы направленности. Наиболее часто встречаются длины панельных антенн от 0,7 до 2,6 метров (для многодиапазонных антенных панелей). Коэффициент усиления варьируется от 12 до 20 dBi.

На рисунке ниже (слева) представлена конструкция одной из наиболее распространенных (но уже устаревающих) антенных панелей.

Здесь излучатели антенной панели представляют собой полуволновые симметричные электрические вибраторы над проводящим экраном, расположенные под углом 45 градусов. Такая конструкция позволяет формировать диаграмму с шириной главного лепестка 65 или 90 градусов. В такой конструкции выпускаются двух- и даже трехдиапазонные антенные блоки (правда, довольно крупногабаритные). Например, трехдиапазонная антенная панель такой конструкции (900, 1800, 2100 МГц) отличается от однодиапазонной, примерно в два раза большим размером и массой, что, конечно же, затрудняет ее обслуживание.

Альтернативная технология изготовления таких антенн предполагает выполнение полосковых антенных излучателей (металлические пластины квадратной формы), на рисунке выше справа.

А вот еще один вариант, когда в качестве излучателя используются полуволновые щелевые магнитные вибраторы. Линия питания, щели и экран выполняются на одной печатной плате с двухсторонним фольгированным стеклотекстолитом:

С учетом современных реалий развития беспроводных технологий, базовые станции должны поддерживать работу 2G, 3G и LTE сетей. И если блоки управления базовых станций сетей разных поколений удается вместить в один коммутационный шкаф без увеличения габаритного размера, то с антенной частью возникают значительные трудности.

Например, в многодиапазонных антенных панелях количество коаксиальных соединительных линий достигает 100 метров! Столь значительная длина кабеля и количество паяных соединений неизбежно приводит к потерям в линиях и снижению коэффициента усиления:

С целью снижения электрических потерь и уменьшения точек пайки часто делают микрополосковые линии, это позволяет выполнить диполи и систему запитки всей антенны по единой печатной технологии. Данная технологиях проста в производстве и обеспечивает высокую повторяемость характеристик антенны при ее серийном выпуске.

Многодиапазонные антенны

С развитием сетей связи третьего и четвертого поколений требуется модернизация антенной части как базовых станций, так и сотовых телефонов. Антенны должны работать в новых дополнительных диапазонах, превышающих 2.2 ГГц. Более того, работа в двух и даже трех диапазонах должна производиться одновременно. Вследствие этого антенная часть включает в себя довольно сложные электромеханические схемы, которые должны обеспечивать должное функционирование в сложных климатических условиях.

В качестве примера рассмотрим конструкцию излучателей двухдиапазонной антенны базовой станции сотовой связи Powerwave, работающей в диапазонах 824-960, МГц и 1710-2170, МГц. Ее внешний вид показан на рисунке ниже:

Этот двухдиапазонный облучатель состоит из двух металлических пластин. Та, что большего размера работает в нижнем диапазоне 900 МГц, над ней расположена пластина с щелевым излучателем меньшего размера. Обе антенны возбуждаются щелевыми излучателями и таким образом имеют единую линию запитки.

Если в качестве излучателей используются дипольные антенны, то необходимо ставить отдельный диполь для каждого диапазона волн. Отдельные диполи должны иметь свою линию запитки, что, конечно же, снижает общую надежность системы и увеличивает энергопотребление. Примером такой конструкции является антенна Kathrein для того же диапазона частот, что и рассмотренная выше:

Таким образом, диполи для нижнего диапазона частот находятся как бы внутри диполей верхнего диапазона.

Для реализации трех- (и более) диапазонного режимов работы наибольшей технологичностью обладают печатные многослойные антенны. В таких антеннах каждый новый слой работает в довольно узком диапазоне частот. Такая «многоэтажная» конструкция изготавливается из печатных антенн с индивидуальными излучателями, каждая антенна настраивается на отдельные частоты рабочего диапазона. Конструкция поясняется рисунком ниже:

Читайте также:  Более 1300 компаний уже работают в платной версии классификатора

Как и в любых других многоэлементных антеннах в такой конструкции происходит взаимодействие элементов, работающих в разных диапазонах частот. Само собой это взаимодействие оказывает влияние на направленность и согласование антенн, но данное взаимодействие может быть устранено методами, применяемыми в ФАР (фазированных антенных решетках). Например, одним из наиболее эффективных методов является изменение конструктивных параметров элементов путем смещения возбуждающего устройства, а также изменение размеров самого облучателя и толщины разделительного диэлектрического слоя.

Важным моментом является то, что все современные беспроводные технологии широкополосные, и ширина полосы рабочих частот составляет не менее 0,2 ГГц. Широкой рабочей полосой частот обладают антенны на основе взаимодополняющих структур, типичным примером которых являются антенны типа «bow-tie» (бабочка). Согласование такой антенны с линией передачи осуществляется подбором точки возбуждения и оптимизацией ее конфигурации. Чтобы расширить полосу рабочих частот по согласованию «бабочку» дополняют входным сопротивлением емкостного характера.

Моделирование и расчет подобных антенн производят в специализированных программных пакетах САПР. Современные программы позволяют моделировать антенну в полупрозрачном корпусе при наличии влияния различных конструктивных элементов антенной системы и позволяют тем самым произвести достаточно точный инженерный анализ.

Проектирование многодиапазонной антенны производят поэтапно. Сначала рассчитывают и проектируют микрополосковую печатную антенну с широкой полосой пропускания для каждого рабочего диапазона частот отдельно. Далее печатные антенны разных диапазонов совмещают (наложением друг на друга) и рассматривают их совместную работу, устраняя по возможности причины взаимного влияния.

Широкополосная антенна типа «бабочка» может быть удачно использована как основа для трехдиапазонной печатной антенны. На рисунке ниже изображены четыре различных варианта ее конфигурации.

Приведенные конструкции антенн отличаются формой реактивного элемента, который применяется для расширения рабочей полосы частот по согласованию. Каждый слой такой трехдиапазонной антенны представляет собой микрополосковый излучатель заданных геометрических размеров. Чем ниже частоты – тем больше относительный размер такого излучателя. Каждый слой печатной платы отделен от другого с помощью диэлектрика. Приведенная конструкция может работать в диапазоне GSM 1900 (1850-1990 МГц) – принимает нижний слой; WiMAX (2,5 – 2,69 ГГц) – принимает средний слой; WiMAX (3,3 – 3,5 ГГц) – принимает верхний слой. Подобная конструкция антенной системы позволит принимать и передавать радиосигнал без использования дополнительного активного оборудования, не увеличивая тем самым габаритных размеров блока антенны.

И в заключении немного о вреде БС

Порой, базовые станции операторов сотовой связи устанавливают прямо на крышах жилых домов, чем конкретно деморализуют некоторых их обитателей. У хозяев квартир перестают «рожать кошки», а на голове у бабушки начинают быстрее появляться седые волосы. А тем временем, от установленной базовой станции жители этого дома электромагнитного поля почти не получают, ибо «вниз» базовая станция не излучает. Да и, к слову сказать, нормы СаНПиНа для электромагнитного излучения в РФ на порядок ниже, чем в «развитых» странах запада, и поэтому в черте города базовые станции никогда на полную мощность не работают. Тем самым, вреда от БС нет, если только вы не устраиваетесь позагорать на крыше в паре метров от них. Зачастую, с десяток точек доступа, установленных в квартирах жителей, а также микроволновые печи и сотовые телефоны (прижатые к голове) оказывают на вас намного большее воздействие, нежели базовая станция, установленная в 100 метрах за пределами здания.

Источник

Что такое мобильная точка доступа?

Нужен интернет в дороге? Значит, не обойтись без мобильной точки доступа Wi-Fi.

Те, кто работают вне офиса и любят путешествовать, наверняка хотя бы раз жалели об отсутствии интернета в рабочем устройстве. В таких случаях выручает мобильная точка доступа.

Что такое мобильная точка доступа?

Мобильная точка доступа – это небольшой девайс, который подключается к сотовой сети 4G или 5G и раздает интернет по технологии Wi-Fi на смартфон, ноутбук или планшет. Это своего рода мост между персональной электроникой и сотовой сетью.

Дома раздачей интернета по всем устройствам занимается маршрутизатор. Подведенный к нему широкополосный кабель служит каналом для передачи данных между абонентом и провайдером. В некотором смысле мобильная точка доступа похожа на маршрутизатор, только ей свойственны портативность и беспроводная связь.

Точка доступа удобнее домашнего маршрутизатора тем, что ей не требуется физическое соединение.

Типы мобильных точек доступа

Мобильные точки доступа существуют в трех видах – точка доступа в смартфоне, портативная точка доступа и устройство с USB. Все они предназначены для разных целей.

Точка доступа в смартфоне

Из всех устройств, которые могут выходить в интернет вне дома, первым на ум приходит смартфон. Сотовая связь уже давно не ограничивается одними только звонками и смс: почти во всех мобильных тарифах сегодня присутствует пакет гигабайтов. А в современных Android и iPhone есть режим точки доступа Wi-Fi.

Смартфон может не только потреблять трафик самостоятельно, но и перенаправлять его на другие устройства по Wi-Fi, то есть действовать как беспроводной маршрутизатор.

Для этого необходимо включить мобильную передачу данных и активировать режим точки доступа. В настройках этого режима задаются имя сети, пароль для защиты от посторонних и при желании лимит на объем данных. После этих нехитрых манипуляций к сети можно подключаться с другого смартфона или планшета.

Имея мобильный интернет на телефоне, вы можете в любой момент раздать его на планшет, ноутбук или другой смартфон, где мобильная передача данных не настроена или тариф слишком дорогой.

Портативная точка доступа

Обзор от покупателя на Wi-Fi точка доступа MIKROTIK RBCAPGI-5ACD2ND — интернет-магазин ОНЛАЙН ТРЕЙД.РУ

Если смартфона с режимом точки доступа нет или по какой-то причине вы не хотите его задействовать, на помощь придет портативная точка доступа. Это автономный девайс небольшого размера с батарейным питанием. Он подключается к сотовой сети и позволяет другим устройствам соединяться с ним посредством Wi-Fi.

Переносная точка доступа Wi-Fi, переносная мобильная точка доступа, туристический маршрутизатор, MiFi, карманный Wi-Fi – это все одно и то же устройство.

Как и смартфон, карманная точка доступа получает сигнал от сотовых вышек, поэтому для работы ей в обязательном порядке требуется сим-карта с тарифным планом, настроенным на мобильную передачу данных.

Автономное питание позволяет использовать ее где угодно – вне помещения, в авто, класть в любое место для получения наилучшего сигнала.

Портативную точку доступа можно без ущерба заменить смартфоном. Но в некотором смысле карманный Wi-Fi удобнее, так как дополнительная нагрузка ускоряет разряд батареи телефона.

Точка доступа с USB

Точка доступа c USB похожа на карманный Wi-Fi, только питается от USB-порта компьютера или ноутбука. По сути это тот же сотовый роутер, который работает с мобильной передачей данных.

USB-роутер с функцией точки доступа – это возможность выходить в интернет напрямую, минуя устройства-посредники типа домашних маршрутизаторов.

Стоит учитывать, что не все USB-роутеры имеют режим точки доступа.

Точку доступа USB лучше выбрать в том случае, если выход в интернет требуется только на ноутбуке. Это решение оптимально для путешествий. Дома она пригодится, если вы по какой-то причине не хотите, чтобы ноутбук получал интернет с домашнего маршрутизатора.

Существенный недостаток точки доступа USB заключается в негибкости подключения. Если карманный Wi-Fi можно легко перемещать в пространстве (например, положить на подоконник, если там сигнал лучше), то с ноутбуком так не получится.

Если на рабочем месте сигнал не слишком хороший, возможно есть смысл вместо портативного роутера USB выбрать аналогичный режим на смартфоне или приобрести карманный Wi-Fi.

Современные технологии позволяют взять Wi-Fi в дорогу

Для тех, кто много времени проводит в дороге и при этом пользуется несколькими персональными гаджетами, точка доступа Wi-Fi станет полезным приобретением. Но какой именно вариант выбрать – личное дело каждого. Иногда нужно перепробовать все опции по очереди, чтобы понять какие преимущества и недостатки играют существенную роль.

Если вы пользуетесь точкой доступа в авто, не забывайте о безопасности. Онлайн-музыка скрасит долгий путь, но отвлекаться на мессенджеры будучи за рулем – значит подвергать смертельному риску себя и своих пассажиров.

Источник



Базовая станция сотовой связи — описание оборудования, принцип работы

Наверно на территории России невозможно найти человека, никогда не звонившего по сотовому телефону. Но не каждый понимает, как функционирует эта связь. А тем более как устроены и работают базовые станции сотовой связи. Хотя они скорее всего попадаются на глаза каждый день всем жителям городов и сёл. Базовые сотовые станции стоят в чистом поле и близко от домов, практически на соседних крышах. Поэтому нелишним будет знать как они выглядят, работают и позволяют нам общаться с соседями через стенку и родственниками за тысячи километров.

p, blockquote 1,0,0,0,0 —>

Базовая станция сотовой связи

p, blockquote 2,0,0,0,0 —>

Общие сведения о базовой станции

Чтобы понять, что такое базовая станция, необходимо иметь представление из чего вообще состоят сотовые сети. Опыт развития мобильной технологии привёл к разделению функций и логической разбивке системы на три подсистемы. Каждая из которых это замкнутый элемент, выполняющий определенные обязанности. Это целесообразно, и позволяет эффективно контролировать работу, отслеживать неисправности и исправлять ошибки в процессе развития и эксплуатации мобильной связи.

p, blockquote 3,0,0,0,0 —>

Доступность, качество и непрерывность связи осуществляется благодаря трём подсистемам:

p, blockquote 4,0,0,0,0 —>

  • эксплуатации и технического обслуживания — Operation Subsystem или OSS.
  • коммутации — Switching Subsystem или SSS.
  • базовых сотовых станций — Base Station Subsystem или BSS.

В общей системе подсистема OSS контролирует качество обмена данными и управляет всеми компонентами. Устранение неисправностей, управление нагрузкой и контроль работы оборудования осуществляются автоматически или в ручном режиме обслуживающим персоналом.

p, blockquote 5,0,0,0,0 —>

Подсистема коммутации это скелет всей сети GSM. Она обеспечивает коммутацию, регистрацию домашнего и гостевого месторасположения, аутентификацию абонентов.

p, blockquote 6,0,0,0,0 —>

И наконец, подсистема базовых сотовых станций. В её состав входят:

Читайте также:  Вагоны метрополитена 81 717 6 714 6

p, blockquote 7,0,0,0,0 —>

  • Транскодеры — TRAU.
  • Контроллеры — BSC.
  • И непосредственно базовые сотовые станции BTS.

Транскодеры и контроллеры помогают функционировать подсистеме, а на отдельные станции возложены следующие обязанности:

p, blockquote 8,0,0,0,0 —>

  • Радиосвязь в определённой соте;
  • Контроль качества обмена данными (связи);
  • Обмен данными между собой;
  • Управление мощностью сигнала.

Каждая базовая сотовая станция это центр соты, обеспечивающая передачу данных и создающая регламентированную зону обслуживания (покрытия). Отсюда и появилось название — сотовая связь.

p, blockquote 9,0,0,0,0 —>

Сама базовая сотовая станция это комплекс из антенны (антенн), радио модуля и блока питания. Антенны принимают и передают, радио модуль обрабатывает и усиливает сигнал, а блок питания снабжает базу электроэнергией. Располагают базовые антенны на зданиях и сооружениях, возвышенностях, мачтах, вышках до 300 м высотой и просто на столбах. В любом случае, самая заметная и выделяющаяся из общего пейзажа часть — это мачта с несколькими антеннами. Они окружают нас , часто мы просто их не замечаем. Но мобильный телефон работает, значит приёмо-передатчик где-то рядом.

p, blockquote 10,0,0,0,0 —>

Виды базовых станций

Прежде всего, сотовые базовые станции различаются размерами. По этому параметру их можно поделить на:

p, blockquote 11,0,1,0,0 —>

  • фемтосоты
  • пико
  • микро
  • макро

Фемтосота – самая маленькая и её скорее можно назвать точкой доступа. Обычно оператор сотовой связи не имеет отношения к данному оборудованию, оно является собственностью потребителя, и обеспечивает связь для домохозяйства или предприятия. Устройство не требует вмешательства оператора, автоматически определяет радио параметры и подключения к сети операторов. Размещается внутри помещений и имеет размеры сопоставимые с домашними роутерами.

p, blockquote 12,0,0,0,0 —>

Фемтосота

p, blockquote 13,0,0,0,0 —>

Следующие по размеру устройства, это базовые сотовые станции маленькой мощности – Пикосоты. Устройство сравнимо по размеру с ноутбуком или даже портативным компьютером. Используются в местах потенциально большой концентрации пользователей интернета для распространения локального сигнала сети IP/Ethernet. Устанавливаются в больших офисных зданиях, гипермаркетах, выставочных, бизнес и ярмарочных комплексах. Хотя и устанавливаются мобильными операторами, но еще не являются полноценными базовыми сотовыми станциями.

p, blockquote 14,0,0,0,0 —>

Пикосоты

p, blockquote 15,0,0,0,0 —>

Следующей по размеру и уже вполне функциональная станция сотовой связи, это микросота. Обладая небольшими размерами и весом до 50 кг, обеспечивает связь в радиусе до 5 км.

p, blockquote 16,0,0,0,0 —>

Её габариты ограничивают количество поддерживаемых абонентов. Поэтому микросоты применяются в небольших населённых пунктах, для обеспечения локальных участков больших городов, там где нет необходимости в мощных излучателях или их некуда установить. Они практически незаметны на столбах. А в последнее время их научились еще и маскировать под деревья.

p, blockquote 17,0,0,0,0 —>

Микросота

p, blockquote 18,0,0,0,0 —>

И наконец полноценные, мощные базовые сотовые станции, которые смонтированы повсюду. Особенно актуальна их установка на возвышенностях в городах. За городом мощные станции устанавливают чтобы обеспечить как можно больший радиус покрытия, потому что установка каждой связана с созданием хотя бы минимальной инфраструктуры. Это линия электропередачи и возможность подъезда для монтажа и обслуживания. Поэтому проще поставить одну мощную чем несколько небольших станций сотовой связи.

p, blockquote 19,0,0,0,0 —>

Базовая станция

p, blockquote 20,0,0,0,0 —>

Зона действия каждой базовой сотовой станции зависит рельефа окружающей местности, высоты антенны, количества помех и препятствий в радиусе работы сотовой связи. Поэтому при планировании места установки радиус покрытия не всегда имеет первостепенную важность. Помимо перечисленных факторов учитывают ещё и возможный рост числа абонентов. Такой рост может спровоцировать ограничение на одновременное подключение сотовых телефонов. В этом случае операторам приходится уменьшать радиус действия установленной и дополнительно монтировать несколько станций сотовой связи.

p, blockquote 21,0,0,0,0 —>

Оборудование базовых станций сотовой связи

Структурно все базовые станции gsm и lte состоят из трех основных компонентов. Это антенна, радио блок и система питания.

p, blockquote 22,0,0,0,0 —>

Визуально расположение базовой сотовой станции можно определить по антеннам. Это обязательный элемент устройства. Именно антенны принимают и передают сигналы между собой и абонентами. Антенна это очень важная часть базы, от которой зависит качество мобильной связи. Такие вышки с антеннами уже привычно вписались в городские и сельские пейзажи.

p, blockquote 23,1,0,0,0 —>

Для связи с сетью (соседними станциями) проводят оптоволокно. Если это сделать затруднительно или вовсе не представляется возможным, то на мачте устанавливается ещё и антенна релейной связи. Она имеет вид тарелки и немного похожа на спутниковые антенны.

p, blockquote 24,0,0,0,0 —>

Базовая станция в виде спутника

p, blockquote 25,0,0,0,0 —>

С антенн сигнал поступает на радио блоки, которые устанавливаются открыто (наружно), либо в специальных помещениях.

p, blockquote 26,0,0,0,0 —>

Радио блоки в процессе работы греются. Поэтому установленные внутри аппаратных помещений требуют принудительного охлаждения с помощью кондиционера. Наружные охлаждаются естественным путём.

p, blockquote 27,0,0,0,0 —>

Специальные радиоблоки в помещениях

p, blockquote 28,0,0,0,0 —>

Третьей основной составляющей базовых станций является система питания. В неё входят преобразователь переменного тока в постоянный с управляющей и защитной аппаратурой. И конечно же аккумуляторы для бесперебойного питания.

p, blockquote 29,0,0,0,0 —>

Остальное оборудование обеспечивает нормальное функционирование основных систем, и находится в самом помещении либо рядом с ним в специальных шкафах или контейнерах. Это климат-контроль (кондиционер и обогреватель), система вентиляции и безопасности, противопожарные устройства и прочая вспомогательная аппаратура.

p, blockquote 30,0,0,0,0 —>

Принцип работы базовой станции, как они связываются между собой

Удобство пользования мобильной связью заключается в свободе передвижения. Мы можем идти пешком или ехать в автомобиле, при этом разговаривать по телефону. Мы передвигаемся, но связь не прерывается. Непрерывность обеспечивается за счет способности коммутатора или по другому Центра коммутации подвижной связи моментально переключать абонента из зоны действия одной базовой сотовой станции в другую. Это схематично видно на рисунке.

p, blockquote 31,0,0,0,0 —>

Принцип работы Базовой станции

p, blockquote 32,0,0,0,0 —>

При этом абонент может передвигаться не прерывая разговор не только между антеннами, но от одного контроллера к другому. Эффективные технологии базовых станций позволят проехать тысячи километров не прерывая беседы. Если конечно хватит средств на роуминг.

p, blockquote 33,0,0,0,0 —>

При этом коммутаторы обеспечивают не только непрерывную связь в сети, но и оптимальное распределение нагрузки на базовые антенны. Это делается, чтобы обеспечить качественный сигнал, исключить перегрузку отдельных сегментов (сот) и снизить вероятность поломки оборудования.

p, blockquote 34,0,0,1,0 —>

Все это происходит моментально, задержка бывает только при начальном соединении и может составлять до трёх секунд. Так происходит потому, что должна произойти цепочка событий. А именно:

p, blockquote 35,0,0,0,0 —>

  • Сигнал должен добраться до коммутатора.
  • Он передает звонок на сторону получателя (в международные или междугородные сети, в городскую АТС, или другому оператору мобильной связи). Это происходит быстро при помощи оптоволоконных кабелей или радиорелейных каналов.
  • Далее звонок поступает на коммутатор принимающей стороны. В этом коммутаторе уже есть данные о местонахождении вызываемого абонента. А именно — в какой соте находится и к какой базовой антенне ближе всего.
  • И вот уже адресату поступил вызов.

Коротко можно сказать, что абоненты общаются между собой через БС, а сотовые станции соединяет Центр коммутации.

p, blockquote 36,0,0,0,0 —>

Как определить базовую станцию на карте

Иногда возникают ситуации, когда связь пропадает, а данные невозможно передать. Такие случаи бывают из-за удаленности или маломощности базовых антенн или множества препятствий для сигнала. Хочется найти место для устойчивого приёма и комфортного разговора. Это достаточно легко сделать, если в руках есть смартфон или находитесь рядом с компьютером. С помощью приложений для телефонов и сайтов в интернете, определить местоположение базовых станций на карте и уровень сигнала не представляет труда.

p, blockquote 37,0,0,0,0 —>

Для телефонов разработаны множество программ, которые можно скачать с сайтов или в магазинах приложений. Приложение найдет базовую антенну на карте, определит уровень сигнала и координаты. Например, для андроид, будут полезными следующие приложения:

p, blockquote 38,0,0,0,0 —>

  • GSM Monitor
  • Gsm Signal Monitor
  • Antennas
  • Network Signal Strength
  • Cell Phone Coverage Map
  • Network Signal

p, blockquote 39,0,0,0,0 —>

Для устройств под руководством iOS выбор меньше, это:

p, blockquote 40,0,0,0,0 —>

  • Signal 2
  • Find Tower — Locate 4G antenna

Но с iPhone, так же как и с компьютера всегда можно выйти в интернет, и определить окружающие станции. Это можно сделать на сайтах операторов и популярных сторонних сервисах. Таких как англоязычный — opensignal.com или сайт на русском — netmonitor.ru или xinit.ru. Недостатком информации на сайтах является отсутствие сведений о силе сигнала ближайших базовых антенн.

p, blockquote 41,0,0,0,0 —>

Обслуживание базовых станций мобильной связи

Любое оборудование требует периодической профилактики и обслуживания. Обычная проверка включает снятие показаний электросчетчиков, тест блока питания, осмотр электроники, мачты, антенн и кабелей. При аварийных ситуациях обслуживающие инженеры действуют не в слепую. Для отслеживания неполадок существует дистанционная система мониторинга оборудования. Поэтому они заранее знают о возможных неполадках, и поломка какого-либо элемента не вызывает паники у сотрудников сотовых компаний. Современные сотовые станции собираются по модульной системе, блоки меняются достаточно легко и быстро. Обслуживание базовых станций сотовой связи выстроено таким образом, чтобы неполадки устранялись немедленно и абоненты всегда оставались на связи.

p, blockquote 42,0,0,0,0 —>

Для мониторинга общей работы сотовых сетей существует специальная аппаратура, которая обычно стационарно устанавливается в автомобиле. Такая лаборатория на колёсах служит для оценки качества сигнала в различных уголках городов и при выезде на открытую местность. Причем компании мониторят как свои, так и сети конкурентов.

p, blockquote 43,0,0,0,0 —>

Ещё один способ мониторинга своих сетей компании осуществляют с помощью имитатора базовой станции. Он нужен для поиска, идентификации и обнаружения устройств негласного съёма информации и прослушивания абонентов сотовой связи. Сотовики стремятся обезопасить себя и своих клиентов от негласного вторжения в обмен данными и прослушки телефонных звонков.

Читайте также:  Введение Технологического оборудования

p, blockquote 44,0,0,0,0 —>

Правила работы на высоте при обслуживании антенно-мачтовых сооружений

p, blockquote 45,0,0,0,0 —> p, blockquote 46,0,0,0,1 —>

Все хотят иметь хороший сотовый сигнал дома и вне его. Но немногие знают, что комфортное общение по мобильному телефону зависит от количества, расположения и мощности базовых антенн на металлических вышках и мачтах вокруг нас. Зная принцип работы, расположение и уровень сигнала ближайших сотовых станций, всегда можно найти место для комфортного разговора по мобильному телефону и обмена большими файлами.

Источник

Устройство сетей операторов связи

В зависимости от оператора сеть может быть организована на основе нескольких технологий. Зачастую используются технологии Ethernet и PON, все зависит от предпочтений провайдера, списка востребованных услуг, плотности абонентов и еще многих факторов. В нашей статье мы будем рассматривать классическую Ethernet сеть, развернутую в рамках города с высокой плотностью абонентов.

Для наглядности рассмотрим схему сети интернет провайдера, основанную на модели OSI, но заметим, что «в жизни» схема сети модифицируется и перерабатывается провайдером в рамках собственных задач и возможностей.

Сеть провайдера состоит из следующих уровней:

  1. Пограничный уровень – граница сети провайдера, стык с другими операторами. На этом уровне обычно ведется работа с магистральными операторами, которые предоставляют интернет трафик. Реализуется при помощи маршрутизатора или L3-коммутатора.
  2. Серверный уровень – представляет собой кластер серверов, необходимых для работы провайдера. Может быть реализован, как на серверных платформах, так и при помощи специализированного оборудования. В данный уровень входят: DHCP-сервер, DNS-сервер, сервер AAA (radius или diameter), биллинг-сервер, СОРМ, BRAS, сервисы развлечений для пользователей, серверы контента. Часто данный уровень сети объединяют с уровнем ядра сети.
  3. Уровень ядра сети – коммутаторы ядра сети, которые распределяют трафик по всей сети. Реализуется на маршрутизаторах или L3-коммутаторах.
  4. Уровень агрегации – это уровень распределения трафика между ядром сети и абонентами. Как правило, для организации данного уровня сети используются L3-коммутаторы.
  5. Уровень доступа – это точка клиентского доступа. Чаще всего в качестве активного сетевого оборудования используются простые L2-коммутаторы.

Как видно по схеме сеть провайдера весьма большая, и для ее реализации необходима масса разнообразного оборудования, начиная от маршрутизаторов и коммутаторов, заканчивая оптическими патч-кордами для стыковки трансиверов. Именно на примере такой сети можно показать и достаточно легко объяснить существующее множество модификаций трансиверов.

Уровень доступа

Начнем снизу сети – с уровня доступа. Это ближайший к конечным абонентам сегмент операторской сети. В качестве коммутатора доступа, расположенного на чердаке или в подвале многоквартирного дома, зачастую используются бюджетное и неприхотливое оборудование такое как L2-коммутатор, например D-Link XXX или его аналоги от компаний Cisco, Huawei, Eltex и так далее. Все эти модели объединяют схожие характеристики – 24 или 48 10/100Base-T портов для подключения абонентов (в последнее время становится востребована модификация с портами 100/1000Base-T) и двумя или четырьмя 1,25 Гбит/с SFP-портов для подключения к соседним коммутаторам доступа и к уровню агрегации.

Для организации соединений 1,25 Гбит/с зачастую используются оптические модули WDM SFP или одноволоконные трансиверы SFP. Для этого типа подключения выбираются именно одноволоконные модули в связи с удобством их инсталляции и обслуживания. Для образования соединения нужно только одно волокно, в качестве оптического коннектора используются простые и надежные коннекторы типа SC/UPC (Subscriber Connector). Реже используются трансиверы с разъемом LC/UPC (Lucent Connector), меньшая распространённость LC разъемов объясняется их недостаточной надежностью по сравнению с SC.

В связи с небольшой удаленностью коммутаторов доступа друг от друга и от уровня агрегации, используются SFP модули с дальностью передачи 3 км или 20 км. Также некоторыми провайдерами используется модификация WDM SFP трансивера на 10 км, которая представляет собой универсальное решение для организации каналов уровня доступа. Стандартные одноволоконные трансиверы ведут передачу на длинах волн 1310 нм и 1550 нм и работают парно, то есть один трансивер передает на длине волны 1310 нм, принимает на 1550 нм, а второй передает на 1550 нм и принимает на 1310 нм. Но иногда сети операторов связи, построены по принципу PON-сетей в рамках, когда по одному волокну передается интернет трафик и КТВ-сигнал. В таком случае используются нестандартные WDM SFP модули с длинами волн передачи 1310 нм и 1490 нм, это позволяет освободить длину волны 1550 нм, которая необходима для передачи КТВ.

Все вышеперечисленное по большей части относится к подключению физических лиц, юридические лица часто подключаются при помощи WDM медиаконвертера 10/100. Медиаконвертер позволяет организовать на удаленной площадке порт RJ45 с пропускной способностью 100Мб/с. Зачастую их используют для подключения отдельных объектов, на которых не требуется большой пропускной способности. Наиболее востребованы модификации конвертеров со средней дальностью передачи – до 20 км. Также существуют медиаконвертеры с SFP слотом, которые позволяют использовать нестандартные SFP модули для подключения абонента. На рынке встречаются модели, предполагающие установку 1,25 Гбит/с модулей или 100 Мбит/с модулей, также встречаются гибридные модели, работающие с обоими типами SFP трансиверов.

Уровень агрегации

Коммутаторы уровня агрегации подключаются к ядру сети по топологии «Звезда», реже применяется топология «Шина». Объем и скорость передаваемой информации на этом уровне сети заметно выше, чем на уровне доступа. Для организации каналов связи «агрегация – ядро сети» зачастую используются трансиверы со скоростью передачи 10 Гбит/с. В зависимости от схемы прокладки оптических кабелей и их волоконной емкости на уровне агрегации, могут применяться технологии спектрального уплотнения WDM и CWDM, в основном это вызвано дефицитом волокон и необходимостью их экономить. В случае, если уровень агрегации подключается к ядру сети по топологии «Звезда» с организацией одного канала 10 Гбит/с, с каждой точки агрегации логично использовать WDM трансиверы форм-фактора SFP+ или XFP (форм-фактор зависит от используемых коммутаторов агрегации).

В том же случае, если топология подключения уровня агрегации сложнее, чем классическая «Звезда» или же до каждой точки агрегации необходимо доставить больше одного канала 10 Гбит/с, то экономически оправданным является построение CWDM системы, которая позволяет организовать 9 дуплексных каналов связи в рамках одного оптического волокна. Необходимо отметить, что CWDM системы позволяют строить как простые трассы типа «точка-точка», так и трассы со сложной топологией «точка-многоточие» или «кольцо».

Вне зависимости от топологии сети, удаленность узлов агрегации от ядра сети может составлять от нескольких километров до нескольких десятков километров, редко расстояние превышает 20 км.

Уровень ядра сети

Уровень ядра сети самый ответственный, на нем важна и высокая производительность, и максимальная отказоустойчивость. Резервирование оборудования ядра сети производится с использованием топологии «каждый-с-каждым» и физическим резервированием каналов связи и сервисов. Расстояние между активным сетевым оборудованием на данном уровне может составлять как десятки метров и находиться в рамках одного здания, так и десятков километров с разнесением ядра сети на несколько площадок. Передаваемые скорости внутри ядра сети могут составлять 40 – 100 Гбит/с, все зависит от величины провайдера и объема его абонентской базы.

Соответственно, для организации соединений между коммутаторами ядра сети могут использоваться, как 10 Гбит/с трансиверы, так и высокоскоростные 40 и 100 Гбит/с трансиверы. В зависимости от удаленности сетевого оборудования соответственно применяются, как многомодовые трансиверы типа SR, так и высокопроизводительные системы уплотнения CWDM или DWDM с использованием транспондеров или мукспондеров для передачи высокоскоростных каналов связи.

Серверный уровень

Серверный уровень, по факту являясь неотъемлемой частью ядра сети, зачастую располагается недалеко, в пределах одного здания. Его подключение также требует резервирования для обеспечения бесперебойности работы сервисов. В связи с небольшими расстояниями между оборудованием, в пределах машинного зала или здания, на этом уровне сети распространены трансиверы для «коротких» соединений, такие как, DAC-кабели, AOC-кабели, всевозможные вариации Break-out кабелей и трансиверы типа SR и LRM. В основном все соединения имеют скорость передачи 10 Гбит/с и 40 Гбит/с, но с растущим объемом потребляемого трафика все чаще начинает использоваться связка 25 Гбит/с и 100 Гбит/с.

Трансиверы, обеспечивающие скорость передачи 25 Гбит/с это новый форм-фактор – SFP28. Являясь развитием форм-фактора SFP, новый тип трансиверов сохранил компактные габариты корпуса, при этом увеличил скорость передачи до 25 Гбит/с. Важной особенностью данного форм-фактора стала возможность соединения с трансиверами QSFP28 100G. Дело в том, что трансиверы QSFP28 являются четырёх поточными, т.е. номинальная скорость 100 Гбит/с образуется в результате объединения четырёх потоков по 25 Гбит/с. Таким образом, с одним трансивером QSFP28 можно агрегировать до четырёх потоков предаваемых трансиверами SFP28. Для этого нужно подобрать правильные модификации, например MT-QSFP-100G-DF-31-LR4-CD-MPO; при помощи breakout патчкорда можно соединить с модулями MT-SFP28-25G-DF-31-LR-CD. А любой двухволоконный QSFP28 можно соединять с SFP28 при помощи мультиплексоров, CWDM, DWDM или LWDM, в зависимости от модели.

Кроме трансиверов и кабелей на серверном уровне для организации соединений используются сетевые карты или NIC. На данный момент самыми распространёнными стали карты со скоростью передачи на один порт 10/25/40 Гбит/с, реже встречаются высокоскоростные 100Гбит/с. В зависимости от производителя сетевые карты могут быть построены на основе процессоров от Intel, Broadcom, Mellanox, Qlogic и других менее известных. По стечению обстоятельств в России массовую популярность завоевали карты на основе процессоров Intel, например, X520-DA2 на основе чипа Intel 82599ES. Такая популярность породила большой объем OEM продукции на основе оригинальных чипсетов от Intel.

Зачастую доустановка или смена сетевой карты в сервере вызвана увеличением пропускной способности сети, которую спровоцировало повышение запросов абонентов к качеству сервисов. По опыту, выход из строя сетевой карты маловероятен, так как заложенной прочности достаточно для безаварийной работы весь жизненный цикл сервера.

Пограничный уровень сети

Данный уровень сети не изображается на классической схеме сети, но представляет собой важный сегмент сети, а именно точку сопряжения с вышестоящим провайдером. Данный уровень представляет собой границу между локальной сетью провайдера и Интернетом.

На данном уровне используются высокоскоростные модули, дальность которых напрямую зависит от удаленности точки подключения маршрутизатора.

Источник