Меню

Зона обслуживания базовых станций

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:

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.

Читайте также:  Виды износа при оценке машин оборудования

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

Какое оборудование нужно для сотовой связи

Как устроена сотовая связь 3G/4G

Сотовая связь с недавних пор так прочно вошла в нашу повседневную жизнь, что трудно представить современное общество без нее. Как и многие другие великие изобретения мобильный телефон сильно повлиял на нашу жизнь, и на многие ее сферы. Трудно сказать каким было бы будущее, если бы не этот удобный вид связи. Наверняка таким же, как и в фильме «Назад в Будущее-2», где есть летающие авто, ховерборды, и многое другое, но нет сотовой связи!

Но сегодня в специальном репортаже для kak_eto_sdelano будет рассказ не о будущем, а о том, как устроена и работает современная сотовая связь.

Для того, чтобы узнать о работе современной сотовой связи в формате 3G/4G, я напросился в гости к новому федеральному оператору Tele2 и провел целый день с их инженерами, которые объяснили мне все тонкости передач данных через наши мобильные телефоны.

Но расскажу вначале немного об истории возникновения сотовой связи.

Принципы работы беспрводной связи были опробованы почти 70 лет назад — первый общественный подвижный радиотелефон появился в 1946 г. в Сент-Луисе, США. В Советском союзе опытный образец мобильного радиотелефона был создан в 1957 году, потом ученые других стран создавали подобные устройства с различными характеристиками, и только в 70-х годах прошлого века в Америке были определены современные принципы работы сотовой связи, после чего и началось ее развитие.

Мартин Купер — изобретатель прототипа портативного сотового телефона Motorola DynaTAC весом в 1,15 кг и размерами 22,5х12,5х3,75 см

Если в западных странах к середине 90-х годов прошлого века сотовая связь была распространена повсеместно и ей пользовалась большая часть населения, то в России она только начала появляться, и стала доступной для всех чуть более 10 лет назад.

Почему связь называется сотовой? Потому что территория, на которой обеспечивается связь, разбивается на отдельные ячейки или соты, в центре которых располагаются базовые станции (БС). В каждой «соте» абонент получает одинаковый набор услуг в определенных территориальных границах. Это означает, что перемещаясь от одной «соты» к другой, абонент не чувствует территориальной привязанности и может свободно пользоваться услугами связи.

Очень важно, чтобы была непрерывность соединения при перемещении. Это обеспечивается благодаря так называемому хэндовер (Handover), при котором соединение установленное абонентом как бы подхватывается соседними сотами по эстафете, а абонент продолжает разговаривать или копаться в соцсетях.

Вся сеть делится на две подсистемы: подсистема базовых станций и подсистема коммутации. Схематически это выглядит так:

В середине «соты», как было сказано выше находится базовая станция, которая обычно обслуживает три «соты». Радиосигнал от базовой станции излучается через 3 секторные антенны, каждая из которых направлена на свою «соту». Бывает так, что на одну «соту» направлены сразу несколько антенн одной базовой станции. Это связано с тем, что сеть сотовой связи работает в нескольких диапазонах (900 и 1800 МГц). Кроме того, на данной базовой станции может присутствовать оборудование сразу нескольких поколений связи (2G и 3G).

Но на вышках БС Tele2 стоит оборудование только третьего и четвертого поколения — 3G/4G, так как компания решила отказаться от старых форматов в пользу новых, которые помогают избегать обрывов голосовой связи и обеспечивают более стабильный интернет. Завсегдатаи соцсетей поддержат меня в том, что в наше время скорость интернета очень важна, 100-200 кб/с уже не достаточно, как это было пару-тройку лет назад.

Наболее привычным местом размещения БС является башня или мачта, построенная специально для нее. Наверняка вы могли видеть красно-белые вышки БС где-то в отдаленности от жилых домов (в поле, на холме), или там, где поблизости нет высоких зданий. Как вот эта, которая видна из моего окна.

Однако, в условиях городской местности трудно найти место под размещение массивного сооружения. Поэтому в крупных городах базовые станции размещаются на зданиях. Каждая станция ловит сигнал от мобильных телефонов на удалении до 35 км.

Это антенны, само оборудование БС находится на чердаке, или в контейнере на крыше, которое представляет из себя пару железных шкафов.

Некоторые базовые станции расположены там, где вы даже не догадаетесь. Как например на крыше этой парковки.

Антенна БС состоит из нескольких секторов, каждый из которых принимает/отправляет сигнал в свою сторону. Если вертикальная антенна осуществляет связь с телефонами, то круглая соединяет БС с контроллером.

В зависимости от характеристик, каждый сектор может обслуживать до 72 звонков одновременно. БС может состоять из 6 секторов, и обслуживать до 432 звонков, однако обычно на станциях устанавливают меньше передатчиков и секторов. Сотовые операторы, такие как Tele2, предпочитают ставить больше БС для улучшения качества связи. Как мне сказали, здесь используется самое современное оборудование: базовые станции Ericsson, транспортная сеть — Alcatel Lucent.

От подсистемы базовых станций сигнал передается в сторону подсистемы коммутации, где и происходит установление соединения с нужным абоненту направлением. В подсистеме коммутации есть ряд баз данных, в которых хранятся сведения об абонентах. Кроме того эта подсистема отвечает за безопасность. Если сказать проще, то коммутатор выполняет те же функции, что и девушки операторы, которые раньше руками соединяли вас с абонентом, только сейчас все это происходит автоматически.

Оборудование для этой базовой станции спрятано в этом железном шкафу.

Кроме обычных вышек есть также и мобильные варианты базовых станций, размещенные на грузовиках. Их очень удобно использовать во время стихийных бедствий или в местах массового скопления людей (футбольные стадионы, центральные площади) на время праздников, концертов и различных мероприятий. Но, к сожалению, из-за проблем в законодательстве широкого применения они пока не нашли.

Для обеспечения оптимального покрытия радиосигналом на уровне земли, базовые станции проектируются специальным образом, потому несмотря на дальность в 35 км. сигнал не распространяется на высоту полета самолетов. Однако некоторые авиакомпании уже начали устанавливать на своих бортах небольшие базовые станции, обеспечивающие сотовую связь внутри самолета. Такая БС соединяется с наземной сотовой сетью с помощью спутникового канала. Система дополняется панелью управления, которая позволяет экипажу включать и выключать систему, а также отдельные типы услуг, например, выключать голос на ночных рейсах.

Также я заглянул в офис Tele2, чтобы увидеть как специалисты контролируют качество сотовой связи. Если несколько лет назад такая комната была бы увешана до потолка мониторами показывающими данные сети (загруженность, аварии сети, и т.п.) то со временем надобность в таком количестве мониторов отпала.

Технологии со временем сильно развились и достаточно вот такой небольшой комнаты с несколькими специалистами, чтобы наблюдать за работой всей сети в Москве.

Источник

Базовая станция сотового оператора: трансформация под 5G и роль в работе MVNO

Базовые станции (БС) ─ одна из самых затратных статей в работе операторов связи. Причем затратная не только по финансам, но и про трудовым ресурсам. На “большую четверку” насчитывается больше 327 тысяч станций. В 2019 году их количество выросло на 36%, а в позапрошлом ─ на 50%. Поговорим о том, какую роль играют БС, как базовые станции операторов трансформируются в будущем и как они используются в работе MVNO.

Базовая станция сотового оператора сейчас

Часть населенного пункта или территории обслуживают несколько базовых станций, подключенных к контроллеру локальной зоны. Мобильные телефоны и БС поддерживают постоянный радиоконтакт. При приеме или инициировании вызова гаджет связывается с ближайшей базовой станцией для выделения голосового канала. Запрос отправляется от БС на контроллер, а оттуда ─ на коммутатор. После определения геолокации абонента звонок переводится на соответствующий коммутатор, и цепочка повторяется в обратном порядке.

Первые базовые станции операторов были громоздкими, малофункциональными, опутанными фидерными трассами. На смену первобытным фидерным БС пришли распределенные, которые занимают меньше места и не требуют отдельных помещений. Главные составляющие современной БС:

  • Базовый блок ─ BBU. В его ведении: протоколы взаимодействия БС с абонентским терминалом, взаимодействия БС с ядром сети, обработка сигналов.
  • Радиомодули ─ RRU. Отвечает за аналого-цифровое преобразование, усиление и фильтрацию сигнала, формирует радиочастотный тракт.
  • Оптика ─ CPRI.
  • Джампер.
  • Модуль спутниковой синхронизации GPS/Glonass. Использование GPS для синхронизации между БС снижает расходы на частотные калибровки. LTE и LTE Advanced GPS ─ важный компонент синхронного переключения блока обработки сигналов в режим приема или передачи.
  • Антенны. Для базовых станций операторы обычно используют секторные панельные антенны. Большинство антенн ─ широкополосные, поддерживают до трех диапазонов частот. Антенны базовых станций сотовых операторов меняют площадь радиопокрытия в зависимости от нагрузки на сеть.
Читайте также:  Вагоны метрополитена 81 717 6 714 6

В 2011-2013 годах, когда Минкомсвязи разрешил технологическую нейтральность для GSM/UMTS900 и GSM900/1800, к базовым станциям стали предъявляться более жесткие требования. БС постигла участь большинства гаджетов и технологического оборудования: меньше размер, больше функций. Одновременная работа в разных стандартах (GSM/UMTS/LTE) приемопередатчиков и системных модулей стала нормой. Так, оборудование на базовых станциях стало работать в режимах RF-sharing и single RAN.

Со временем началась тенденция замены локальных BBU облачными ─ их функциональность операторы связи стали переносить на виртуальные серверы ЦОД. Однако технология не сильно прижилась из-за требований к характеристикам CPRI каналов: допустимая задержка, уровень битовых ошибок, стабильность частоты и пропускная способность.

Виды базовых станций

БС сотовых операторов делят на несколько типов, отличающихся по мощности.

  • Макросота. Это стандартные базовые станции операторов сотовой связи, из которых строятся мобильные сети. Мощность макросот ─ 50W, радиус покрытия ─ до 100 км. Так как это БС полной комплектации, конструкция может весить до 300 кг.
  • Микросота. Компактный вариант базовой станции, который предпочитают современные операторы. Емкость поддерживаемых абонентов и мощность микросоты меньше, чем у макросоты, но этот тип БС идеально подходит для территорий, где эти параметры не столь важны, а возможности установить стандартную базовую станцию нет. Радиус покрытия микросоты ─ до 5 км, а масса ─ до 50 кг.
  • Пикосота. Базовая станция малой мощности, использующая в качестве транспортной сети IP/Ethernet. По размерам пикосота не больше ноутбука, и часто устанавливается в местах локальной концентрации абонентов ─ например, в кафе.
  • Small cell. Это относительно новый вид БС. По размерам он еще меньше, чем пикосота, однако вмещает в себя системный модуль, приемопередатчик, модуль GPS/Glonass и антенну. Small cell доступен для “простых смертных” ─ его может купить любой абонент.

Как изменятся базовые станции под 5G

Как распределенные станции сменили фидерные,так скоро AAS сменит современные БС. Под стандарт 5G придется перестроиться ─ чтобы подключить приемопередатчик к антенне через джампер, понадобится несколько десятков джамперов. На смену им придет активная антенная система. В составе БС формально останутся только три компонента: SM, CPRI и AAS. Но сама часть AAS будет состоять из антенны, джампера, приемопередатчика, RET и дуплексера.

Для увеличения пропускной способности базовых станций 5G операторы пробуют разные способы ─ к примеру, МТС тестировала подключение своих БС к к оптоволоконным сетям XGS-PON. Такой гибрид позволяет получить скорость передачи данных 10 Гбит/с и выше.

Скорее всего, идеология Cloud BBU для базовых станций все-таки найдет широкое применение при развертывании сетей 5G. 3GPP предлагает два основных сценария внедрения LTE и 5G:

  • Standalone ─ использование только одной технологии радиодоступа;
  • Non-Standalone ─ использование двух технологий одновременно, что упростит развертывание сетей нового поколения на первых этапах.

Модернизировать сети и БС операторы скорее всего будут все-таки постепенно, совмещая поддержку 4 и 5 поколений сети при максимальном переиспользовании инфраструктуры, узлов и сетевых элементов.Тогда зона покрытия и инвестирование в сети LTE не пострадает, а операторы тем временем смогут предоставлять абонентам новые 5G-услуги. Для воплощения в жизнь такого сценария нужно будет модернизировать БС сети 4G-LTE до уровня eLTE, чтобы поддерживать функционал взаимодействия с БС 5G. Еще один важный аспект: подключение пользовательских терминалов в состоянии RRC_CONNECTED одновременно к двум базовым станциям ─ Master eNb и Secondary eNb. При этом накладываются повышенные требования к пользовательским терминалам: одновременная работа модемов, увеличение буфера приема и дополнительная нагрузка на процессорные ресурсы PDCP.

Базовые станции и MVNO

С технической точки зрения MVNO ─ виртуальная сеть на основе радиопередающей инфраструктуры базовых операторов связи. “Материальная” часть остается в ведении хост-оператора, а виртуальному оператору остается HLR/AuC (БД с абонентами и центр аутентификации) и MSC (коммутирующий сервис). MSC виртуального оператора взаимодействует с контроллером базовой станции материнского оператора. Как правило, даже в модели Full MVNO базовые станции арендуются у оператора связи. Собственно, только они и арендуются ─ все остальное ложится на плечи MVNO. При этом виртуальный оператор может использовать базовые станции не только одного материнского сотового оператора, но и мощности нескольких операторов связи ─ такую схему часто используют MVNO с акцентом на международное обслуживание и роуминг.

Строительство собственных БС обойдется виртуальному оператору слишком дорого. 60% затрат на аренду транспортных сетей, оборудования фиксированной связи и прочего ─ аренда сайтов для размещения БС у различных арендодателей. Только на аренду площадок “большая четверка” ежегодно тратит более 70 млрд рублей. Закупка, монтаж и обслуживание базовых станций настолько дороги, что неподъемные затраты или недостаток БС становятся причиной банкротства зарубежных операторов. Операторы связи заинтересованы в том, чтобы по максимуму использовать самый дорогой ресурс, поэтому сдают в аренду наземную инфраструктуру или продают ее.

Кстати, примеры построения/выкупа виртуальными операторами собственных базовых станций все же есть. Например, первый российский MVNO-оператор “Корбина Телеком” сначала купил права на подключение к сети, а потом выкупил у “Вымпелкома” базовые станции стандарта DAMPS, когда хост-оператор спешно переходил на новый стандарт GSM. А японский MVNO на базе ритейлера Rakuten уже запустил 4400 базовых станций и даже обогнал мировых операторов по внедрению новшеств ─ он планирует обслуживать БС полностью удаленно с помощью дронов.

В целом, построение, монтаж и обслуживание сети БС ─ неоправданная трата для MVNO, особенно реализованного по модели Full. Такие виртуальные операторы и так максимально зависимы от хост-оператора: в их ведении и биллинг, и узлы мобильной связи, и обслуживание клиентов. К тому же, цифровой мир быстро меняется, а значит, придется постоянно модернизировать БС

и успевать за новыми поколениями сетей. По факту, собственные базовые станции переводят виртуального оператора уже в ранг обычного оператора связи.

Источник



Как устроена базовая станция сотового оператора

Хотите узнать, как устроена внутри базовая станция на примере «Мегафон»? Вот она, одна из 30 будочек, которые обеспечивают связью Новый город Ульяновска.

Вот они, «палочки» направленных (для связи сотовых телефонов с базовой станцией) и «бочки» релейных (для связи между базовыми станциями, если они не связаны оптикой) антенн:

По поводу вредности антенн: мощность сигнала принимающей антенны равна мощности самого передатчика, то есть вашего телефона 🙂 Чем ближе ваш телефон находится к базовой станции, тем меньшей мощности сигнал ему нужно генерировать — антенна же близко, зачем. Другое дело, что антенна все же держит связь со многими телефонами, поэтому обниматься с ней все же не стоит. Зачастую антенны ставят прямо на крыши жилых домов, что вызывает беспокойства у жителей. Но в России нормы СанПин одни из самых жёстких в мире — ЭМП в доступных для населения местах обычно не превышает установленных предельно допустимых значений.
Но тараканы всё же куда-то делись. 🙂

А вот по таким кабелям и идут ваши голоса и всякие «вконтактики» 🙂 Внутри ста одёжек находятся тонюсенькие и очень хрупкие световоды оптического кабеля. Мне как-то довелось участвовать в монтаже оптоволокна и я знаю, какое это интересное занятие — сварка кабеля 🙂 Выносят люди только с устойчивой психикой.

Собственно, вот в этой стойке и есть почти вся связь «соты». Это оборудование 3G и 4G.

Кабель от антенн входит в медиаконвертер, которой преобразует сигнал в оптический. Этот сигнал через мультиплексор (белый ящик с красными заглушками) по оптоволокну уходит за пределы базовой станции, где происходит коммутация с другими абонентами.

«Мегафон» использует оборудование в основном двух производителей: для каналов 3G и 4G — Huawei и для остальной, 2G-связи, Siemens.

Несмотря на развитие современных технологий связи, всё же основным стандартом передачи данных остается 2G. Дело в том, что радиус покрытия 2G-сигнала наибольший и технология связи более надёжная. На нём работает практически вся голосовая связь. Один такой шкаф рассчитан на максимальную нагрузку в 70 одновременных голосовых разговоров. Пиковая нагрузка случается на Новый год и в период, когда в Ульяновске взрываются арсеналы.

На этой базовой станции таких 2G-шкафа два. То есть, одна базовая станция может обеспечить не более 140 одновременных голосовых звонков. Я думал больше.

За порядком внутри вагончика следит MMS-камера. Внутри неё есть симка, с помощью которой девайс отправляет снимки на заданный номер сотового телефона через MMS-сообщения. Камера автоматически включается при движении внутри помещения.

В крошечном вагончике работает целых 2 кондиционера, которые поддерживают заданную температуру. За климатом следят несколько температурных датчиков. Вот этот, к примеру, следит за работой кондиционера 🙂 Зимой тут включают пару обогревателей.

Вот и всё. Скучно, да? Хотели что-то вроде рубки космического корабля? Самое большое место на базовой станции занимает шкаф для преобразования 220 вольт в 48, на котором работает всё оборудование.

А теперь самое интересное! Товарищи из «Мегафона» провели демонстрацию новой технологии передачи данных — LTE Advanced, Это беспроводной стандарт связи четвёртого поколения 4G. 25 февраля 2014 «Мегафон» уже запустил в пределах Садового кольца Москвы сеть LTE-Advanced с максимальной скоростью до 300 Мбит/с на загрузку к абоненту и 50 Мбит/с от абонента. А первой в мире это сделала компания Yota — еще в 2012 году.
В Ульяновске LTE Advanced работает пока только в тестовом режиме. На одной базовой станции уже установлено необходимое оборудование.

А вот так пока происходит подключение к сети LTE Advanced в Ульяновске:

Сотрудник «Мегафон» демонстрирует нам реальную скорость download и upload их оборудования. Измерение производится через сервис speedtest, где кое-кто своей рекламой решил потроллить наш «Мегафон» 🙂

А вот тот чудо-LTE Advanced-роутер, стоимостью 18 000 рублей и размером с полтора Mac Mini. Купите себе такой?

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.
Читайте также:  Виды и назначение периферийных устройств персонального компьютера

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:

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.

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