Часто задаётся вопрос: какие же огромные средства нужны будут на развёртывание инфраструктуры 5G, если количество базовых станций там должно быть на несколько порядков больше, чем в сетях предыдущих поколений?

Да, действительно, традиционная сетевая 3G/4G инфраструктура имеет много ограничений. Технология 5G решает многие проблемы скорости передачи данных, надёжности и задержек. Чтобы обеспечить более широкополосный сигнал и расширить зону охвата для большего количества пользователей, технология 5G должна будет использовать концепцию малых сот (small cells).

Что такое small cells в 5G?

Малые соты — это базовые станции с малым энергопотреблением, которые охватывают небольшую зону или применяются внутри помещений. Однако малые соты имеют все основные характеристики обычных базовых станций и способны обрабатывать высокие скорости передачи данных для отдельных пользователей. В сетях LTE advanced и 5G малые соты будут играть важную роль для мобильного ШПД и приложений, где нужна малая задержка сети.

Малые соты делятся на три основные категории в зависимости от зоны покрытия и количества пользователей, которых она может поддерживать.

Фемтосоты

Фемтосоты – это небольшие мобильные базовые станции, предназначенные для покрытия внутри жилых и рабочих помещений. Проблема низкого уровня сигнала от базовых макро-станций для широких зон, которые располагаются вне зданий (а это было чуть не не главным недостатком в 3G), может быть решена с помощью фемтосот внутри зданий. Фемтосоты, подключенные через проводной Интернет,  могут использоваться для разгрузки сети, в случае перегрузки мобильного ШПД, создавая обходной канал через Интернет, а также для расширения зоны покрытия и увеличения трафика данных для пользователей внутри помещений.

Фемтосота для помещения показана на фото:

Пикосоты

Пикосоты также относятся к категории малых сот, они применяются, главным образом, для небольших предприятий для расширения покрытия сети в труднодоступных местах и для увеличения пропускной способности сети доступа.

Пример пикосоты показан на фото.

Технические характеристики пикосот

Микросоты

Микросоты предназначены для поддержки большего числа пользователей, по сравнению с фемтосотами и пикосотами. Благодаря большей мощности передачи, они способны покрывать большие зоны и подходят для применения, например, в «умных городах», «умном метро» и пр.

Технические характеристики микросот

Зачем нужны малые соты в 5G?

Три основные цели создания 5G:

• Усовершенствованный мобильный широкополосный доступ eMBB (enhanced MBB)
• Сверхнадёжные коммуникации с низкой задержкой ULLRC (Ultra Low Latency Reliable Communication)
• Массивные межмашинные коммуникации Massive IoT/IIoT, мMTC (massive Machine Type Communication)

На основе этих трёх генерализованных видов функционала строится всё многообразие услуг и возможностей сетей 5G, наиболее характерные из которых показные на рисунке выше.

Традиционные мобильные сеть имеют ограничения технологий, частотного спектра (полосы пропускания) и инфраструктуры. Каждая сота имеет ограниченное количество пользователей и ёмкость передачи данных. В технологии 5G используются передовые технологии, такие как массивный MIMO и формирование луча (Beamforming), для увеличения скорости передачи данных и эффективности использования спектра. Эти функции, и большое количество малых сот позволяют многим пользователям 5G получать большой трафик без перегрузки соты и с низкой задержкой отклика.

Как работает маленькая сота?

Маленькие соты работают так же, как и обычные соты, но используют новые технологии, такие как множественность антенн передачи и приёма (MIMO), формирование луча (Beamforming), и миллиметровые волны (5G New Radio). Базовые станции малой мощности могут легко разворачиваться. Кроме того, устройства с малыми сотами спроектированы так, чтобы снизить сложность, и, следовательно, их установка и запуск будут происходить быстрее и проще.

Небольшие базовые станции могут быть закреплены на стене для применения внутри помещений, а небольшие мачты или фонарные столбы можно использовать для наружного применения малых сот. Транзитные соединения могут быть выполнены с использованием оптоволоконных или проводных соединений, а также через микроволновые каналы. Конфигурация малой соты не сложна, её просто нужно закрепить на столбе и подключить к транспортной сети и источнику питания (см. фото ниже).

Виртуализация в беспроводных сетях

Раннее поколение базовых станций было конструктивно сложным и требовало большого количества аппаратного обеспечения (BBU – базовый блок, RRU – радиопередающий блок и пр.). В LTE и более поздних версиях беспроводных технологий централизованные сети радиодоступа C-RAN заменили распределённые RAN. В C-RAN блоки BBU и RRU виртуализированы и располагаются в ближайших дата-центрах на границе сети. Сложная задача обработки сигналов выполняется на центральной облачной станции, виртуализированной в дата-центре, и расположенной вдали от местоположения соты. Сама сота представляет собой только матричную антенну MIMO и занимается только приёмом и передачей радиосигнала.

Будущие применения маленьких сот

• Основными применениями маленьких сот являются сети LTE-Adnvanced и сети доступа 5G для мобильной широкополосной связи в густонаселённых районах, чтобы избежать перегрузок трафика и обеспечить лучшее воспринимаемое пользователем качество услуг.
• Поддержка критически важных служб, требующих малой задержки и высокой надёжности сети.
• Различные приложения Интернета вещей, такие как промышленный IoT (IIoT), Умное здравоохранение, Умный город, Умный дом и пр.
• Поддержка огромного количества пользователей во время специальных мероприятий, таких как спортивные состязания и игры, при быстром развёртывании дополнительных сот
• Приложение по борьбе со стихийными бедствиями, например, базовые станции на автотранспорте COW (Cell On Wheel) и дронах.

Преимущества маленьких сот

• Маленькие соты могут обеспечить более высокую скорость передачи данных до нескольких гигабит в секунду
• Менее сложные технические решения, которые могут легко разворачиваться
• Экономическая эффективность
• Более быстрое развёртывание сетей доступа 5G
• Требования к местоположению минимальны (удобно для развёртывания в помещении и на улице)

Недостатки маленьких сот

• Ограничение покрытия из-за низкой мощности
• Количество пользователей в одной ячейке ограничено
• Большой бюджет для большого количества развертываний (сотни тысяч сот)

Заключение

Концепция малых сот — это хорошее решение для предоставления пользователям расширенной мобильной широкополосной связи, малой задержки и надёжного обслуживания, что требуется в 5G. Методы модуляции высоких порядков, технология MIMO и спектр миллиметровых волн обеспечат хорошее качество услуг при развёртывании малых сот.