Базовые станции: как все начиналось +17



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. Его ник Luchkov 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 подробнее 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).

Вы можете помочь и перевести немного средств на развитие сайта



Комментарии (13):

  1. eisaev
    /#10525794 / +1

    5G и вот это вот всё упирается в непробиваемую стену, когда нужно решить проблему. В салонах и офисах отлично умеют продавать, но как только доходит до какой либо нестандартной задачи сотрудники пасуют и отправляют на 0890 (0990), а там: «Время ожидания специалиста составляет более 10 минут...». По опыту попыток дозвона можно с уверенностью говорить о том, что «более 10 минут» — это примерно от нескольких часов до вечности.

    • info_habr
      /#10526248

      Добрый вечер! А у вас остались нерешенные вопросы?

      • eisaev
        /#10526274

        Да. Сегодняшняя попытка решить проблему началась с обычных «более 10 минут», после 20 минут пошёл обратный отчёт оставшихся «10 минут». Примерно на 32 минуте робот сообщил, что осталась одна минута, а следом «может быть более 1 минуты». Дальше робот угомонился и осталась только, сводящая с ума, зацикленная фоновая мелодия. Ровно через час после начала звонок просто прервался. При такой поддержке вопросы и не смогут никогда решиться.

        • info_habr
          /#10526348

          Напишите, пожалуйста, нам в личку контакт, по которому мы можем связаться с вами

          • eisaev
            /#10526378

            Оставил контакт в личке.

  2. KopoBko
    /#10526246

    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.

    к кому можно обратиться по приобретению small cell?

  3. kirillaristov
    /#10526478

    Одна из проблем МТС, что у вас нельзя сделать защищенную симку — симку от мтс легко восстановит любой оператор салона в половине нашей страны. В Мегафоне, например, достаточно написать заявление, и восстановить симку можно будет только в центральном офисе.
    А еще, дико слышать из уст делового человека (клиента) в салоне обслуживания "дайте тариф <...> безлимитище" — как сленг какой-то, вульгарщина. И да, креатив так и зашкаливает.

    • info_habr
      /#10526634

      Почему любой оператор? Восстановить симку может только владелец договора или его доверенное лицо. Можно поставить запрет действий по доверенности.

      • ktotomskru
        /#10526758

        речь идёт о недобросовестном сотруднике дополнительно офиса продаж/обслуживания, который имеет техническую возможность "восстановить" сим-карту абонента без его желания

      • kirillaristov
        /#10527042

        До последнего времени считал, что для восстановления сим-карты только в центральном офисе достаточно поставить галку в договоре "не передавать информацию третьим лицам", да и сотрудники подтверждали, что при таких условиях восстановить сим-карту можно будет только в той точке обслуживания, являющейся тем же юридическим лицом, с которым заключался договор (то есть ПАО "МТС").


        Каково же было мое разочарование, когда тестовую симку без проблем (и особого изучения моего паспорта) восстановил сотрудник офиса обслуживая (АО РТК, то есть совсем другое юридическое лицо).


        Что же тогда значит "третье лицо" и как сделать так, чтобы по России не было разбросано 100500 точек потенциального восстановления сим-карты?

  4. roller
    /#10526652

    Расскажите про такое московское явление как «серверная на столбе». Как сертефицировано такое оборудование для непогоды? Кто такое разрешил? Не воруют ли со столбов коммутаторы?

    • pan-alexey
      /#10527424

      Как то мне довелось слышать историю о том что в БС появились жители. Но вместо того чтобы дебоширить, они установили там кровать и телевизор, и поддерживали чистоту. Их место жительство никто бы и не потревожил, если бы БС не легла)))