Виды элементов сотовой связи, обеспечивающих стабильное покрытие сети 5G

Современный мир невозможно представить без сотовой связи. Её устойчивую стабильную работу обеспечивает сеть антенно-мачтовых сооружений различных типов, на которых размещаются приемно-передающие антенны.

На заре сотовой эры передаваемые данные были всего двух типов: голосовая связь и короткие сообщения (смс) . Позже появились ММС, затем — мобильный интернет.

На данный момент наиболее востребованной технологией сотовой связи является 5G — технология, открывающая совершенно новые возможности. Трансляция видео 4К в режиме реального времени, использование приложений виртуальной реальности и интернет вещей — все это становится доступным благодаря внедрению стандартов 5G.

Для создания сети 5G необходимо использование новых типов базовых станций. Всего их существует шесть видов. И у каждого из них — свои особенности и своя роль.

1. Макросоты — самые большие соты, обеспечивающие покрытие на значительных территориях. Применяются, как правило, на открытой местности, а также в больших и малых городах.

2. Микросоты. Их габариты значительно меньше, чем у предыдущего типа опор. Для повышения эффективности они устанавливаются на опорах инженерных сетей (опорах двойного назначения) или крышах зданий. Необходимы для оптимизации работы макросотовых базовых станций.

3. Пикосоты. Компактный элемент сети 5G, обеспечивающий стабильную связь в труднодоступных местах (например, внутри зданий) . Подключение данных устройств выполняется непосредственно к высокоскоростному интернет-соединению.

4. Распределенные антенные системы — совокупность небольших антенн, установленных по всей территории, каждый участок которой необходимо обеспечить покрытием 5G. Установка происходит децентрализованно. Чаще всего РАС используются внутри крупных зданий: аэропортов, логистических центров, производственных объектов и т.д.

5. Антенны фемтосотовой связи. Применяются для создания сети 5G на небольших площадях: в квартире, офисе или доме. Передача данных осуществляется благодаря подключению этих устройств к высокоскоростному интернет-соединению пользователя.

6. Передвижные базовые станции — приемо-передающие устройства 5G, монтируемые на транспортные средства: автомобили, прицепы и т.д. Применяются для обеспечения сети в труднодоступных регионах, а также обеспечения бесперебойной работы и увеличения пропускной способности время чрезвычайных ситуаций и проведения массовых мероприятий.

Опоры макросот - сооружения, чья высота может достигать 60 метров. С целью увеличения зоны покрытия, такие опоры нередко устанавливаются на естественных возвышенностях рельефа. Являясь одним из ключевых элементов сети сотовой связи, башни макросот могут обслуживать значительное число клиентов (к примеру, небольшие города).

Их же применяют и для высокоскоростной передачи больших объемов данных. Однако при попытках использования макросотовых опор в рамках технологии 5G, возникли определенные трудности. Оказалось, что для эффективной работы базовые станции должны располагаться значительно ближе друг к другу. Это обусловлено тем, что в 5G используются более высокие частоты, эффективная передача которых возможна на расстояния, меньшие, чем в случае с сотовой связью или классическим мобильным интернетом.

Для того, чтобы избежать значительных капитальных и временных затрат, связанных с возведением большого числа дорогостоящих дополнительных макросотовых башень, прибегают к различным вариантам решения данной проблемы. Одним из них является дополнительная установка опор микросот, обеспечивающих стабильность покрытия за счет усиления и ретрансляции сигнала в густонаселенных районах или местах с плотной застройкой.

Другой способ заключается в модернизации самих макросотовых опор, в результате которой они получают способность к более эффективной обработке частот в высоком диапазоне. К примеру, используется технология множественного входа- множественного выхода, дающая возможность одной макросоте единовременно обрабатывать несколько потоков данных. Внедрение данной технологии обеспечивает стабильность работы и повышает эффективность базовой станции в густонаселенных регионах, где связью одновременно пользуется значительное количество людей.

Наибольшая эффективность макросотовых башен проявляется при их использовании для обеспечения связи на больших открытых пространствах. Поэтому их применение является оптимальным вариантом для организации покрытия 5G в местах с низкой плотностью населения и застройки, то есть, за городом.

Опоры малых сот (они же микросоты) имеют габариты, куда более скромные, чем опоры макросот. Из-за сравнительно невысокой мощности, они способны обеспечивать эффективное покрытие на площади, не превышающей окружность километрового диаметра. Именно поэтому их располагают значительно ближе друг к другу.

Несмотря на относительно небольшую мощность, в условиях города множество опор микроячеек оказываются гораздо эффективнее, чем макросотовые башни. Для улучшения качества связи опоры малых ячеек располагают как можно ближе к потребителям и размещают их на специальных опорах, крышах зданий и т.д. Таким образом, использование малых сот позволяет обеспечивать стабильное соединение там, где пропускной способности макросот может оказаться недостаточно: к примеру, в густонаселенных районах.

Определяя места установки антенн малых ячеек, следует учитывать и то, что расстояние распространения миллиметровых волн, используемых в стандарте 5G, зависит, в том числе, от погодных условий. К тому же, проходя через препятствия (такие, как стены зданий), сигнал значительно ослабевает. Именно поэтому для обеспечения стабильного покрытия располагать антенны малых ячеек следует гораздо плотнее, чем было бы возможно при идеальных условиях.

Микросоты интегрируются в общую сеть 5G, создаваемую макроячейками, при помощи оптоволоконных кабелей либо радиорелейной связи.

Установка на микросоты современного оборудования позволяет использовать их для передачи данных в формате 5G. Повышение эффективности микроячеек происходит также за счет внедрения и использования новых технологий. В их числе - виртуализация, позволяющая объединять несколько устройств в единое целое, тем самым оптимизируя функционал сети, а также формирование направленного сигнала, который концентрирует пропускные мощности на тех направлениях, где они наиболее востребованы.

Небольшие устройства, предназначенные для создания зоны покрытия внутри помещений: офисов, квартир или домов, торговых центров. При помощи кабеля или Wi-Fi они подключаются к пользовательскому высокоскоростному интернету, после чего по беспроводной сети начинают раздавать сигнал 5G на мобильные устройства. Использование подобных ретрансляторов дает возможность обеспечить стабильное и мощное покрытие на небольших территориях. Особенно актуальна данная технология в тех местах, где сигнал от макроячеек или малых сот очень слабый либо отсутствует вовсе (например, в подвальных помещениях или в зданиях с толстыми стенами).

Пикосоты - технология, созданная задолго до появления 5G. Ранее предшественники пикосот - репитеры применялись и для более ранних стандартов мобильной передачи данных. Но внедрение модернизированных компонентов позволяет успешно использовать их для передачи данных в миллиметровом диапазоне. В случае с пикосотами также нередко применяется технология виртуализации, что позволяет оптимизировать их работу и улучшает характеристики создаваемого покрытия (такие как площадь и пропускная способность).

Распределенные антенные системы (РАС), как и следует из названия, представляют собой множество небольших антенн малой мощности и ограниченного радиуса действия, которые устанавливаются на определенной территории. Данный подход дает возможность создавать надежную сеть именно там, где это необходимо.

Благодаря РАС можно создавать зону покрытия как на всей территории здания (школы, больницы и т.д.), так и в определенных зонах (например, на трибунах стадиона). Архитектура распределенных антенных систем выстраивается таким образом, что позволяет обеспечить покрытие именно в тех местах, где оно необходимо, экономя при этом ресурсы мощности.

Чаще всего РАС используют не как самостоятельный инструмент, а в комплексе с макро- и микроячейками. Распределенные антенные системы позволяют обеспечивать устойчивый сигнал в определенных местах, где существующее покрытие нестабильно.

Сложности внедрения

Применение распределенных антенных систем совместно с технологией 5G сопряжено с необходимостью решения целого ряда задач. Ключевой из них является высокая стоимость модернизации имеющейся инфраструктуры. Для интеграции РАС в систему 5G, требуется установка новых антенн, поддерживающих прием и передачу волн миллиметрового диапазона, прокладку дополнительных оптоволоконных кабелей и монтаж значительного числа сопутствующего оборудования.

Перечисленные выше сложности все же не являются непреодолимыми. Именно поэтому ряд компаний специализируется на развитии и модернизации РАС, приспосабливая их для работы по стандартам 5G.

Помимо значительного улучшений качества связи и расширения зоны покрытия сети 5G в определенных районах, распределенные антенные системы принимают на себя часть трафика, тем самым снижая нагрузку на макроячейки. Это, в свою очередь, дает возможность увеличить общую производительность сети 5G за счет увеличения покрытия и более эффективной работы макросотовых ячеек.

Фемтосоты представляют собой миниатюрные устройства приема-передачи радиоволн, имеющие ограниченный радиус действия. Одно такое устройство способно обеспечить покрытие небольшой площади: жилого дома или офиса.

Фемтосота подключается к пользовательскому высокоскоростному интернету, после чего передает получаемую информацию на мобильные устройства, находящиеся в радиусе действия. В местах, где сигнал от макро- или микроячеек отсутствует или является слабым, фемтосоты становятся оптимальным решением для организации зоны покрытия на ограниченной территории. При этом речь идет не только об удаленных регионах, но и о городских помещениях, где в силу архитектурных особенностей (толстые стены или расположение ниже уровня земли) сигнал недостаточно мощный или отсутствует вовсе.

Благодаря тому, что фемтосоты подключаются к широкополосному интернет-соединению, они также в некоторой степени способствуют снижению нагрузки на вышки макро- и микроячеек, разгружая существующую сеть и повышая ее производительность.

Для интеграции фемтосот в систему 5G, требуется использование оборудования, способного поддерживать связь на более высоких частотах. Поскольку функционирование фемтосот обеспечивается IP-технологиями, они могут быть легко модернизированы под стандарты 5G.

Помимо применения модернизированных аппаратных средств, эффективность фемтосот можно повысить за счет внедрения нового программного обеспечения. В частности, речь идет об увеличении производительности с помощью метода пространственного кодирования сигнала MIMO (множественных входов и выходов), а также формирования направленного луча.

Кроме того, фемтосоты позволяет реализовывать функцию разделения сети, благодаря которой операторы дифференцируют сетевые ресурсы, по мере необходимости переключая их на те или иные услуги. Поскольку в сети 5G предполагается значительное число услуг, требующих обеспечения различной пропускной способности и времени задержки, данный фактор становится особенно актуальным.

Передвижные базовые станции представляют собой опоры сотовой связи, смонтированные на различные виды транспорта. Благодаря мобильности, такие устройства могут быть оперативно перемещены и развернуты с целью обеспечения устойчивой связи в требуемой локации.

Как правило, монтаж телескопической опоры связи производится на базу автомобиля либо автоприцепа. Их отличие в том, что первые могут перемещаться самостоятельно, а для транспортировки вторых необходимо дополнительное использование джипа либо грузового автомобиля.

Основной сферой применения мобильных антенн являются сельские районы либо территории, пострадавшие от терактов, техногенных катастроф, стихийных бедствий и т.д. Кроме того, нередко их применяют для организации связи во время массовых мероприятий: концертов, спортивных матчей, массовых мероприятий, а также в карьерах и удаленных производствах. Это обусловлено тем, что передвижные базовые станции способны обеспечить одновременное обслуживание большого числа пользователей.

Для того, чтобы мобильные приемо-передающие станции могли поддерживать формат 5G, требуется использование аппаратных средств, способных работать на более высоких частотах.

Поскольку передвижные базовые станции являются мобильными, они позволяют оперативно организовывать зону покрытия 5G там, где на данный момент отсутствует соответствующая инфраструктура. В ситуациях, требующих наладить связь на какое-то определенное время, это позволяет избежать значительных временных и материальных затрат на развертывание стационарной инфраструктуры 5G. В частности, передвижные базовые станции являются оптимальным решением для организации высокоскоростной связи с минимальным временем задержки: например, для управления сельскохозяйственными дронами или проведения операции посредством телемедицины.

Для увеличения пропускной способности и охвата, снижения времени отклика, в передвижных базовых станциях могут применяться те же технологии, что и для их стационарных аналогов: формирование направленного луча, система множественных входов- множественных выходов и т.д. Достигается это путем использования соответствующих программных средств. Передвижные станции производства предприятия Строммонтаж высотой от 10,5 до 18 метров обеспечивают размещение необходимого операторского оборудования, дизель генератора и источника бесперебойного питания.

Мы рассмотрели шесть видов ячеек сотовой связи: макро-, микро-, пико-, РАС, фемто- и передвижных. У каждой из них свои особенности, позволяющие занимать определенную нишу в создании зоны покрытия сети 5G.

Все операторы сотовой связи стремятся к модернизации существующей инфраструктуры с тем, чтобы сделать ее пригодной для работы с технологией 5G. Тем не менее, глубокая модернизация требует колоссальных материальных и временных затрат. В частности, необходимо обеспечить наличие значительных объемов оптоволоконных кабелей и антенного оборудования.

Несмотря на перечисленные сложности, можно быть уверенным, что по мере внедрения высокоскоростной связи 5G, нас ждет не только революция в стандартах информационных технологий и передачи данных. Неизбежно появление новых подходов и основанных на них технологий создания самих приемо-передающих устройств, ориентированных на работу с технологией 5G.

#мобильная_связь #5g #4g #операторы_связи #операторы #башни #опоры