Базовые станции: как все начиналось

в 10:32, , рубрики: 2G, 3g, LTE, базовые станции, Блог компании МТС, БС, МТС, Разработка систем передачи данных, Разработка систем связи

Первые ископаемые останки базовых станций семейства мобильных телесистем московского региона датируются 1994 годом. Это были настоящие динозавры – огромные и с маленьким объемом головного мозга функционала. Внешне они походили на большой холодильник, работали только в одном стандарте и в одном частотном диапазоне. Первая базовая станция МТС в Москве работала в стандарте GSM и только в диапазоне частот 900 МГц.

image

Из чего же состояли «динозавры» сотовой связи и как они эволюционировали до сегодняшнего дня расскажет эксперт отдела архитектуры сети радиодоступа компании МТС Константин Лучков. Передаем ему слово.

Привет! Давайте сразу заглянем в этот «холодильник».

image
image

На верхней полке вмонтированы блоки питания, платы управления и транспортная карта. Чуть ниже, в «морозильном отделении», штабелями лежат приемопередатчики и дуплексеры.
А вот и типичная малогабаритная (но очень уютная) «кухня» тех времен, в которой жил наш «динозавр».

image

«Кухня» была плотно заставлена телекоммуникационным оборудованием. Это и система питания, система кондиционирования, стойка с транспортным оборудованием (например, радиорелейное оборудование). Каждая из этих систем, соизмеримая по размерам с БС, представляла собой отдельный шкаф. Кстати, на каждой «кухне» были стол и стул (слева на фото).

image

Но вернемся к нашему «динозавру». От верхней крышки базовой станции тянулись толстые фидера (в два пальца толщиной), которые выходили из контейнера к антеннам. Типичная длина фидерной трассы была порядка 70 метров, к каждой антенне подводились два фидера (использовался разнесенный прием). Антенн на типичной однодиапазонной станции было три. То есть на первых станциях прокладывали шесть фидерных трасс, а позже (при появлении нового диапазона GSM1800) еще шесть.

image

Одним из основных недостатков применения фидерных трасс были потери мощности сигнала, которые прямо пропорциональны длине фидерной трассы и используемому диапазону частот. Эти недостатки подтолкнули эволюцию оборудования базовых станций на новый виток развития.

Через десять лет после появления первой базовой станции сотовой связи в московском регионе, в 2004 году, произошли критические изменения в телекоммуникационной среде обитания. Появился новый интерфейс взаимодействия контроллера с радиомодулями БС — CPRI (Common Public Radio Interface).

Глава 2. Настоящее

На смену старым «холодильникам» пришел новый тип базовой станции — с распределенной архитектурой. Стали не нужны громоздкие фидерные трассы. Базовая станция распалась на системный модуль (мозг БС) размером с кейс офисного менеджера и приемопередатчик (он же RRU – remote radio unit), связанные между собой по оптической линии через радиоинтерфейс CPRI. От фидера остались только рудименты в виде коротких джамперов (1-3 метра), связывающие приемопередатчик с антенной. В дополнение к существующему GSM были внедрены стандарты UMTS и LTE. Появились базовые станции outdoor-исполнения, для размещения которых более не требовалось помещение («кухня»).

image

Распределенные БС оказались гораздо более приспособленными к жизни. Они стали меньше, и их стало легче размещать. Сократилось потребление электроэнергии, так как пропали потери мощности в фидере. Появился новый функционал.

До определенного времени для работы каждого стандарта требовалось свое оборудование – отдельные приемопередатчики (RRU), отдельные системные модули (SM), отдельные антенны. По прошествии еще почти десяти лет, в 2013 году, Минкомсвязь России разрешила технологическую нейтральность, что позволяло реализовывать стандарт LTE на частотах GSM900/1800. Также следует отметить, что еще раньше, в 2011 году, была разрешена техническая нейтральность GSM/UMTS900. К оборудованию базовой станции были предъявлены новые требования, которым нужно было соответствовать – размеры станций уменьшались, а мозг функционал рос.

Приемопередатчики научились поддерживать работу в трех стандартах: GSM/UMTS/LTE. Сейчас типичным случаем является одновременная работа приемопередатчика в двух стандартах, например, в GSM/LTE1800. Такой режим работы называется RF-sharing.

Затем появилась необходимость одновременной работы в разных стандартах системных модулей. Данный функционал называется single RAN (единое оборудование радиоподсистемы для нескольких стандартов) и он уже реализован на сети МТС.

Появление новых стандартов (таких как LTE), а также более сложного функционала привело к повышению требований к точности синхронизации. Потребовалась точность фазовой (она же временная) синхронизации, что незамедлительно сказалось на составе базовой станции. В ее состав добавился модуль спутниковой синхронизации GPS/Glonass.

Появился новый подвид компактных базовых станций – small cell. Он представляет собой компактную базовую станцию размером не больше коробки из-под кроссовок, объединяющей в едином корпусе системный модуль, приемопередатчик, модуль GPS/Glonass и, как правило, антенну.

image

Компактность small cell позволила МТС устанавливать станции практически в любом месте: в вагонах метро, кафе и офисных зданиях. Кстати, при желании, компактную базовую станцию может купить каждый абонент МТС. К ядру сети станция подключится автоматически при подсоединении к интернету.

Глава 3. Будущее

Светлое будущее сотовой связи — стандарт 5G (про него вы можете прочитать подробее здесь). Базовым станциям неизбежно придется измениться еще раз, так как стандарт 5G подразумевает использование бОльших порядков MIMO, что делает невозможным подключение приемопередатчика к антенне через джампер. Слишком много джамперов понадобится: 16, 32, а, может быть, 64. Радиомодуль будет интегрирован в антенну. Такое решение называется активной антенной системой (AAS – active antenna system).

image

По внешнему виду AAS не отличим от обычной антенны сотовой связи, но посмотрите, сколько элементов базовой станции находится у нее внутри.

image

Базовая станция, реализованная на решении AAS, теперь представляет из себя системный модуль (SM), подключенный к «антенне» (к AAS). Возможен и гибридный вариант, когда активная антенная система включает несколько активных диапазонов (несколько приемопередатчиков активных диапазонов) и одновременно с этим поддерживает подключение нескольких пассивных диапазонов. При этом для пассивных диапазонов используются отдельные RRU, не входящие в состав активной антенной системы.

Но на этом эволюция оборудования базовых станций, наверняка, не остановится. Одним из возможных сценариев в будущем может стать переход к облачной (cloud) архитектуре оборудования базовой станции. Возможно, в один прекрасный момент мы сможем полностью отказаться от использования системного модуля. На базовой станции останется только один блок — активная антенная система с интегрированным функционалом системного модуля, которая будет подключаться по оптической транспортной линии в ядро сети.

В заключении хочу с гордостью отметить, что компания МТС занимает передовые позиции в тестировании 5G и уже сейчас активно использует на сети:

• оборудование БС 5G-ready;
• оборудование БС cloud-ready;
• оборудование AAS (сеть нескольких городов России полностью реализована на AAS).

Автор: info_habr

Источник

Поделиться