Инфраструктура базовой станции: новые вызовы в свете развития LTE

Олег Фаломкин, ведущий специалист по разработке технических решений департамента мобильного ШПД, Ericsson в регионе Северная Европа и Центральная Азия

Юрий Крючков, ведущий специалист по разработке технических решений департамента мобильного ШПД, Ericsson в регионе Северная Европа и Центральная Азия.

Развитие сетей сотовой связи не стоит на месте: появляются новые стандарты и технологии мобильной связи, осваиваются новые диапазоны частот. Только пять-шесть лет назад российские операторы начали активное внедрение 3G. Сети третьего поколения все еще строятся и развиваются, а уже началось развертывание нового стандарта – LTE. Внедрение новой технологии связи равноценно строительству новой сети, поэтому требует большого объема инвестиций. Для того чтобы строить сети LTE экономически и технически эффективно, необходимы новые технические решения, а возможно, и новые бизнес-модели по развитию и эксплуатации сетей. В этой статье мы рассмотрим основные проблемы, с которыми сталкиваются операторы при развитии LTE, и варианты их решения.            

Необходимость размещения все большего объема оборудования на площадках

Наиболее капиталозатратная часть в строительстве сетей сотовой связи – радиоподсистема: для реализации качественного покрытия требуется большое количество базовых станций. Строительство новой базовой станции – длительный и сложный процесс: для того чтобы разместить оборудование, необходимо найти подходящую площадку (сайт), заключить договор аренды с собственником площадки, подготовить соответствующую инфраструктуру, провести строительно-монтажные и проектные работы. В целях снижения затрат операторы стремятся использовать одну площадку для размещения оборудования базовых станций всех используемых технологий сотовой связи. Добавление на сайт новой технологии помимо установки активного оборудования часто требует и установки дополнительных антенн или модернизации существующих. Как правило, на площадке уже установлены антенны секторов GSM/WCDMA, а несущая способность антенных опор ограничена, как и место на площадке. Проблема усугубляется тем, что из-за недостатка подходящих мест размещения оборудования (например, в крупных городах) на одной площадке часто располагаются БС сразу нескольких операторов. Подобные перегруженные площадки не украшают внешний облик города, более того, арендодатель может просто отказать в продлении сроков аренды площадки в процессе согласования установки дополнительного оборудования.

Рис. 1

В связи с этим для операторов становятся особенно актуальными технические решения, позволяющие минимизировать количество антенн и оборудования на площадках. Одно из таких решений – применение мультидиапазонных антенн. В таком случае одна антенна обеспечивает работу нескольких технологий, например GSM 1800, WCDMA 2100, LTE 2600. На рынке представлено большое количество многодиапазонных антенн различных типов, что позволяет операторам выбрать оптимальный вариант с точки зрения радиопланирования. Пример реализации подобной архитектуры АФУ: одна антенна заменяет потребность в установке трех, что экономит место на площадке и снижает стоимость арендной платы.

Рис. 2

Использование диплексеров дает возможность подключить еще большее количество активного оборудования.

Рис. 3

К недостаткам такого решения можно отнести малую гибкость с точки зрения планирования радиосети: для всех технологий и диапазонов, использующих единую антенну, ориентация азимута сектора и высота подвеса будут одинаковыми. Но этими ограничениями можно пожертвовать в случаях, когда высота подвеса антенны оптимальна для технологий LTE и WCDMA (весьма чувствительных к внутрисистемной интерференции) и, следовательно, обеспечивает хорошую изоляцию и четкую границу сот. Выбранные с точки зрения радиопланирования направления секторов на площадке зачастую будут одинаковыми для любой технологии радиодоступа, а ограничивать зону обслуживания соты конкретной технологии можно электрическим углом наклона вертикальной ДН антенны, при этом угол регулируется независимо для каждой пары портов антенны (диапазона).

Еще одно решение, которое позволяет не только уменьшить объем оборудования на площадке, но и повысить производительность сети LTE, – активные антенны, представляющие собой устройство, сочетающее в едином корпусе секторную антенну и активное радиочастотное оборудование. Это обеспечивает ряд преимуществ:

  • меньше оборудования на площадке – добавление LTE на сайт c сохранением прежней арендной платы;
  • снижение ветровой нагрузки – за счет интеграции радиомодуля в антенну;
  • высокая скорость и низкая стоимость монтажа благодаря простоте – отсутствует необходимость в подключении РЧ-джамперов, герметизации разъемов и т. д.

Государственная комиссия по радиочастотам (ГКРЧ) 11 декабря 2013 г. приняла решение о введении принципа технологической нейтральности. Так у сотовых операторов в России появилась возможность внедрения LTE в диапазоне 1800 МГц. Наиболее реалистичный сценарий развертывания LTE 1800 – выделение части полосы под нужды новой технологии, а оставшийся частотный ресурс продолжать использовать для GSM1800. С точки зрения реализации эффективной архитектуры АФУ и размещения оборудования на площадке при внедрении LTE 1800 оператору наиболее выгодно использовать мультистандартные базовые станции. Они позволяют реализовать режим, при котором обеспечивается одновременная работа радиочастотного оборудования сразу в нескольких технологиях (например, GSM и LTE). Выигрыш для оператора очевиден: для развертывания LTE требуется меньше оборудования, переиспользуются установленные антенны секторов GSM1800, что приводит к снижению капитальных затрат оператора.Что это??? Не прочитались никакие ни знаки, ни буквы.

Рис. 4

Рост трафика. Изменение топологии сети. Необходимость поиска новых площадок БС

Помимо увеличения количества оборудования на площадках наблюдается еще одна тенденция – потребность в новых местах размещения БС, особенно в крупных городах. Начиная с 2010 г. происходит стабильный рост трафика мобильной передачи данных, за последний год (в период с I квартала 2013 г. по I квартал 2014 г.) зафиксирован рост в 1,65 раза, а по расчетам аналитиков, в период с 2013 г. по 2019 г. объем трафика увеличится в десять раз. Этот рост закономерен: с каждым годом возрастает количество абонентов, пользующихся смартфонам и планшетами, кроме того, появляется все больше новых устройств, обеспечивающих возможность доступа к мобильным сетям передачи данных, появляются новые приложения – все это приводит к тому, что увеличивается потребность в высоких скоростях передачи данных, качестве работы сети и ее емкости.

Рис. 5 (В ТЕКСТЕ РИС. «I квартал 2014 г., с I квартала 2013 г.» и т. д. Кроме того, «Десятикратный…»)

Для того чтобы обеспечить абонентам высокие скорости, оператор вынужден увеличивать емкость своей сети. При ограниченном частотном ресурсе (а этот ресурс всегда ограничен) основной способ поднять пропускную способность – увеличение количества БС при более плотном их размещении. Но чем меньше расстояния между БС, тем сложнее обеспечить изолированность сот. Во избежание возникновения сильной внутрисистемной интерференции перекрытие сот разных БС должно быть минимизировано, в идеальном случае перекрытие должно быть только для того, чтобы обеспечивалась бесшовность сети.

Рис. 6

Таким образом, при уплотнении сети оператор вынужден менять топологию сети, ограничивая зону обслуживания сот. Радиус сот в крупных городах уменьшается до 100–200 м, для борьбы с интерференцией приходится регулировать углы наклона ДН антенн, уменьшать высоты подвеса антенн для новых и существующих площадок. Как правило, уплотнение и соответственно увеличение емкости требуется в мегаполисах, т. е. именно там, где существует проблема с наличием площадок для размещения БС. При этом площадка должна отвечать следующим требованиям: находиться в зоне концентрации трафика, иметь достаточную несущую способность и позволять установить антенны на нужной высоте (как правило, ниже уровня общегородской застройки). В связи с этим операторы вынуждены размещать антенны на фасадах зданий, использовать в качестве антенно-мачтовых сооружений городскую инфраструктуру, например столбы освещения, рекламные щиты.

Есть более изящные решения, например Zero Site, – продукт, разработанный компанией Ericsson совместно с Philips (презентовано в рамках Всемирного мобильного конгресса в Барселоне 24–27 февраля 2014 г.). Решение представляет собой фонарный столб, оборудование размещается под землей, антенны и радиомодули – сверху в радиопрозрачном кожухе. Благодаря тому что решение хорошо вписывается в городской пейзаж, не смущает своим внешним видом жителей города, оно будет лояльно встречено городскими властями в ходе согласования вопросов аренды и места размещения.

Рис. 7

Zero Site позволит операторам сотовой связи находить места для установки БС в крупных городах, реализуя подход по изменению топологии сети – внедрению микроуровня для увеличения производительности своей сети.

Помимо поиска мест размещения очень остро стоит задача по оптимизации затрат на аренду. Обычно на каждой площадке устанавливается контейнер или выгородка-аппаратная, где размещается оборудование, предназначенное для работы внутри помещений. С увеличением количества площадок такой подход становится неэффективным: в городах операторам требуются решения, которые позволяют монтировать все оборудование вне помещений, с возможностью крепежа на опоры и стены, это позволяет уменьшить площадь, занимаемую оборудованием, и соответственно арендную плату, а также снизить стоимость строительства базовой станции. Именно поэтому новое оборудование базовых станций оптимизируется под нужды операторов, которые мы упомянули: малые размеры, уличное исполнение, высокая производительность. Все это касается и инфраструктурного оборудования: систем питания постоянного напряжения, резервного питания и транспортного оборудования.

Существуют и миниатюрные решения, позволяющие точечно добавлять покрытие и емкость на необходимых участках сети. Форм-фактор таких БС обеспечивает возможность установки на большинстве городских сооружений и является идеальным решением для обеспечения покрытия и увеличения емкости сетей WCDMA или LTE в местах сосредоточения трафика.

Рис. 8

Рис. 9

Indoor. Необходимость модернизации распределенных антенных систем для поддержки LTE

Отдельно хочется коснуться вопроса обеспечения качественного покрытия внутри помещений, ведь большая часть трафика сосредоточена именно там. Основным способом организации связи внутри зданий является установка пассивной распределенной антенной системы (Рassive Distributed Antenna System – DAS). В системе DAS покрытие обеспечивается indoor антеннами, которые равномерно расположены по всему зданию и через единую распределенную фидерную линию подключены непосредственно к базовой станции. Как правило, монтаж подобных систем – дорогостоящий и сложный процесс, ведь необходимо протянуть по всему зданию коаксиальный кабель, установить множество антенн, не повредив при этом внутреннюю отделку помещения (в новых зданиях операторы стараются согласовать проект и приступить к строительству DAS-системы еще на этапе строительства здания и проведения отделочных работ). В LTE в целях увеличения спектральной эффективности применяется технология MIMO, которая предполагает использование двух приемопередающих ветвей, поэтому стоимость систем DAS с поддержкой LTE увеличивается примерно в два раза. Чаще LTE требуется «добавить» в уже существующую систему DAS, которая обеспечивает в здании 2G/3G покрытие. В этом случае оператор столкнется с необходимостью модернизации существующей системы, которая будет заключаться в прокладке второй ветви фидерной линии и добавлении антенн.

Рис. 10

Стоимость такой модернизации примерно равна стоимости еще одной DAS-системы, возможен и отказ собственника здания в проведении подобных монтажных работ.

Совместное использование сетей операторами. Новые бизнес-модели для эффективного развития

С развитием и внедрением LTE все более актуальной становится модель совместного использования операторами инфраструктуры радиосети (RAN Sharing). Как уже было сказано, внедрение LTE требует больших инвестиций со стороны оператора. Зачастую объем инвестиций обусловлен не экономической целесообразностью, а требованием регулятора по обеспечению лицензионного покрытия. Рост численности населения в крупных городах и лавинообразное возрастание трафика в конечном итоге требуют пропорционального наращивания емкости сети, но не приводит к пропорциональному увеличению выручки оператора. В таких условиях снижение CAPEX и OPEX при развертывании сетей LTE становится для операторов важной проблемой, и RAN Sharing может стать ключом для ее решения. Различают совместное использование пассивной и активной инфраструктур (Passive RAN Sharing и Active RAN Sharing).

Операторы уже давно практикуют совместное применение пассивной инфраструктуры, по крайней мере в рамках совместного использования площадок. В городах это обусловлено недостаточным количеством подходящих мест размещения, а в области – большими капитальными затратами на строительство башен. При этом все еще часто можно встретить расположенные подряд АМС разных операторов связи, что говорит о неэффективности использования инфраструктуры.

Рис. 11

Active RAN Sharing предполагает совместное использование операторами активного оборудования радиосети, в LTE это непосредственно базовые станции. Применяя Active RAN Sharing, операторы автоматически задействуют и модель Passive RAN Sharing, получая дополнительный экономический выигрыш: наряду со снижением затрат на строительство инфраструктуры сокращаются инвестиции в оборудование радиосети. Второй плюс в том, что один из механизмов Active RAN Sharing предполагает совместное использование спектра. Таким образом, если каждый из операторов обладает частотным каналом LTE шириной 10 МГц и эти частотные каналы расположены смежно, в модели Active RAN Sharing их можно объединить в несущую шириной 20 МГц, обеспечив более эффективное использование спектра, а также бóльшую емкость и пиковые скорости для своих абонентов. Раньше модель Active RAN Sharing была запрещена в России регулятором, сейчас ситуация изменилась: приказ Минкомсвязи России № 39 от 11.03.2014 описывает правила применения базовых станций в режиме совместного использования сети радиодоступа, что открывает возможность применения данной бизнес-модели российским операторам. Ведущие аналитики отрасли прогнозируют, что к 2015 г. 90% операторов будут в той или иной форме применять модель RAN Sharing.

С технической точки зрения реализация RAN Sharing – задача относительно несложная, основная трудность для операторов – найти взаимовыгодную схему совместной работы, распределить ответственность и объем инвестиций, перестроить внутренние процессы в связи с переходом на совместную эксплуатацию и развитие сети. Поэтому новым трендом может стать создание инфраструктурных операторов, которые профильно занимались бы строительством и обслуживанием АМС. При таком подходе необходимо, чтобы планы развития радиосети были согласованны между операторами связи и инфраструктуры. В противном случае возможна ситуация, когда построенная АМС в целях размещения оборудования трех операторов будет востребована только одним из них, что в итоге потребует от инфраструктурного оператора дополнительных инвестиций одновременно с увеличением арендной платы.

Рис. 12

Еще одна бизнес-модель, которая становится все более востребованной, – привлечение управляющей компании, которая возьмет на себя ответственность не только за строительство и развитие пассивной и активной инфраструктур, но и за эксплуатацию сети, оказывая услуги доверительного управления с предоставлением доступа к объектам радиосети операторам. В такой модели подразумевается активное участие производителя оборудования в развитии и повышении эффективности сети. Подобный подход уже активно используется в других сферах бизнеса, таких как логистика (операторы грузоперевозок), автомобилестроение, авиаперевозки, дополнительная утилизация опор ЛЭП для прокладки ВОЛС. Ожидается, что данная модель будет наиболее интересна для операторов с точки зрения капитальных и операционных затрат при внедрении новых технологий и развития сети.

Рис. 13 (В ТЕКСТЕ РИС. НАДО УБРАТЬ ПЕРЕД ПРОЦЕНТАМИ ЗНАК ~, Т. К. ЕСТЬ СЛОВО «ОКОЛО»)

Грамотное применение новейших технических решений, а также переход на эффективные бизнес-модели по совместному использованию инфраструктуры сети позволяют решить основные проблемы мобильных операторов, возникающие при развертывании сетей LTE, оптимизировать затраты на развитие и эксплуатацию сетей, обеспечив при этом высококачественный сервис для абонентов.

Поделиться:
Спецпроект

ИТАПК – впервые в режиме онлайн

Подробнее
Спецпроект

Форум «ИТОПК-2020» оценил потенциал господдержки

Подробнее

Подпишитесь
на нашу рассылку