Ликбез 17. Малые соты (Small Cells) для мобильных сетей.

Малые соты (Small Cells) – это портативные недорогие антенные системы с радиоблоком для сотовой связи, которые имеют минимальное энергопотребление и могут размещаться на расстоянии нескольких десятков или сотен метров друг от друга. Такие плотно размещенные соты дают возможность обеспечить качественную связь в любом районе города. Они легко передают обслуживание движущегося пользователя с соты на соту (хэндовер) и с высокой скоростью передают данные для пользователя, пермещающегося между ними.

Хотя в традиционных сотовых сетях также растет число базовых станций и размер соты уменьшается, в сетях 5G эта тенденция многократно усиливается за счёт очень большого числа подключённых устройств и перехода на высокочастотные диапазоны 5G-NR (New Radio). Достижение хорошей пропускной способности сетей при помощи традиционной структуры базовых станций приводит к огромным затратам. Однако, антенны в маленьких сотах 5G могут быть гораздо меньше обычных антенн, поскольку они работают в диапазоне миллиметровых волн. Уменьшение размера антенн приводит к тому, что их можно размещать на обычных фонарных столбах, стенах домов и пр. таким образом, значительно упрощая и удешевляя инфраструктуру радиосети. Более того, такая инфраструктура позволяет гораздо лучше использовать радиочастотный спектр.

Следует учесть, что, хотя использование малых сот в городской среде очень эффективно, в сельской и пригородной области эффективность такого решения падает.

На рисунке ниже показан пример Small Cell (слева) по сравнению с обычной базовой станцией[1].

Рис. 1. Сравнение Small Cell (слева) с обычной базовой станцией традиционной сотовой сети
(источник: http://www.digitalfuturealliance.com).

Решение Small Cells также помогает решить проблему покрытия сети внутри помещений[2].

Рис. 2. Решение проблемы покрытия внутри помещений при помощи решения Small Cell (источник: http://www.ibwave.com).

Малые 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).

Рис. 3. Малая сота уличного исполнения.

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.


[1] https://www.digitalfuturealliance.com/article/the-200-ft-5g-hurdle

[2] http://www.ibwave.com/media-and-events/blog/post/the-technological-future-of-small-cells

About Алексей Шалагинов

Независимый эксперт
This entry was posted in Ликбез and tagged , , , , , , . Bookmark the permalink.

1 Response to Ликбез 17. Малые соты (Small Cells) для мобильных сетей.

  1. Это очень хороший твой блог

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google photo

You are commenting using your Google account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.