Устройство базовых станций сотовой связи
Как известно, покрытие любой сети сотовой связи представляет собой ячеистую (сотовую) структуру, образованную с помощью базовых станций (БС). Каждая базовая станция может обслуживать одну и более сот в зависимости от конфигурации сети и потребности в емкости и качестве покрытия в заданной области. Оборудование базовой станции в наиболее общем случае может быть разделено на 3 составляющих: приемопередатчики, антенно-фидерное устройство (АФУ) и вспомогательное оборудование (системы кондиционирования, электроснабжения, пожаротушения, охранный комплекс и др.). Возможных способов реализации БС не счесть. В зависимости от поколения, емкости, используемого стандарта, области покрытия БС может быть выполнена как в отдельно стоящем контейнере в сочетании с 72-х метровой мачтой, так и в виде небольшого компактного кейса для покрытия внутри зданий – femto сота. Рассмотрим наиболее типичные случаи реализации полномасштабных БС для покрытия как в городских условиях, так и за городом.
Самым типичным способом размещения оборудования БС является установка специальной башни или мачты, у подножия которой располагаются один или несколько контейнеров для приемопередающего оборудования. Основная цель установки антенно-мачтового сооружения является размещение антенно-фидерного устройства. Оно включает в себя комплекс антенн для создания радио покрытия всенаправленного, но чаще секторного типа, а также фидеров, которые связывают антенны с приемопередающим оборудованием. Кроме того, в загородной местности часто вместе с антеннами используются усилители сигнала в направлении uplink – МШУ (малошумящие усилители), которые расширяют зону действия БС. Также башня необходима для размещения транспортного оборудования, если используются РРЛ (радиорелейные линии связи). В их состав обычно входит направленная параболическая антенна, радио модуль, преобразующий низкочастотный сигнал в высокочастотный для передачи к удаленной стороне и отдельный фидер, передающий низкочастотный сигнал от оборудования БС или отдельного транспортного модуля внутри аппаратной.
Контейнер вмещает приемопередатчики, транспортное оборудование, а также оборудование, предназначенное для обеспечения бесперебойной работы БС и безопасности. Приемопередающее оборудование обычно сочетает в себе блок управления, приемопередатчики (TRX) и комбайнеры, которые сочетают радиосигнал от различных антенн и TRX в разных конфигурациях. В аппаратной может быть расположено оборудование, работающее в нескольких частотных диапазонах или даже различных стандартах и поколениях (2G и 3G). На БС, расположенных вдали от крупных населенных пунктов обычно используют РРЛ для образования транспортных каналов к контроллеру базовых станций. Однако в некоторых случаях используются ВОЛС, электрические проводные линии связи или спутниковую связь. Неотъемлемым элементом оборудования БС является система энергоснабжения. Обычно это специальный источник постоянного тока 48В, запутываемый переменным напряжением 220 или 380В. Он также осуществляет переключение на АКБ (аккумуляторные батареи) в случае пропадания внешнего питания и обеспечивают их подзарядку — после возобновления. Любая аппаратная БС оборудуется системой поддержания рабочих значений температуры и влажности воздуха. Обычно это сплит-система, одна или две работающие либо попеременно, либо как активный/резервный. Обычно любое высотное сооружение должно быть обозначено специальными заградительными огнями, обеспечивающими его обнаружение пилотами авиации в условиях плохой видимости или ночью. Поэтому в аппаратной также можно найти дополнительный источник питания и комплект АКБ для питания системы освещения башни.
Для размещения БС в городах редко устанавливают отдельные башни, т.к. это и дорого, и не эффективно. Поэтому обычно антенны устанавливают на жилых и промышленных зданиях и сооружениях, а также дымовых трубах и других существующих конструкциях башенного типа. Главное требование, что место размещения соответствовало всем гигиеническим нормам установки таких объектов. Такой способ размещения оборудования обычно не меняет состав БС. Контейнер при этом обычно заменяется выгородкой на чердаке или техническом этаже или отдельным помещением в здании, а антенны и фидеры часто маскируются под облик здания, чтобы не портить его внешний вид.
Кроме контейнерного способа размещения оборудования, многие производители предлагают устанавливать специальные outdoor БС. Для их размещения не требуется отдельного помещения, а все оборудование помещается в специальных термобоксах и может крепиться в любом удобном месте: стене, крыше, чердаке и т.п. Это значительно экономит операционные затраты компании. Однако главный минус таких БС заключается в невысокой емкости и сложности расширения их емкости. Поэтому они не находят столь же широко применения как и БС с контейнером.
Также в последнее время многие производители предложили, так называемые, бесфидерные решения. При этом приемопередающее оборудование разделяется на две части: одна устанавливается в контейнере БС и служит основным блоком управления и обработки сигнализации, а также предоставляет интерфейсы к контроллеру базовых станций. Другая часть устанавливается в непосредственной близости от антенн и преобразует сигнал, принятый от блока управления в высокочастотный радио сигнал, передаваемый к антеннам по фидерам. Обе части между собой соединятся обычно с помощью оптического патчкорда или реже витой пары. При этом экономия на длине фидера может достигать десятки раз, что соответственно значительно уменьшает затухание и упрощает прокладку. Особенно широкое распространение такая схема получила для реализации БС 3G.
Читайте также:
При использовании материалов ссылка на сайт обязательна
—С автором сайта можно связаться по e-mail: ipleto@gmail.com
Базовая приемопередающая станция
Расскажу про базовые станции (БС, BTS) компании Huawei, с которыми имею честь работать.
Базовая приемопередающая станция (Base transceiver station (BTS)) является одним из компонентов, входящих в состав радиооборудования подсистемы базовых станций (BSS).
Как видно, BTS является оборудованием приемопередачи, обслуживающим определенную соту под управлением BSC (контроллера базовых станций).
BTS выполняет преобразование протокола между радиоканалами (по которым осуществляется связь между мобильной станцией и базовой станцией – так называемый интерфейс Um) и между проводными каналами (связь между BTS и BSC – интерфейс Abis).
Говоря более развернуто, BTS выполняет следующие функции:
-Обеспечение интерфейса связи с BSC;
-Управление радиоканалами;
-Функция управления и технического обслуживания;
-Функция обработки протокола сигнализации.
Есть несколько серий БС:
1)внутреннего исполнения большой емкости
Статив такой базовой станции в полной конфигурации содержит 12 TRX (приемопередатчиков);
2)серия оборудования микросотовых BTS
Преимущественно используются в местах большого скопления людей, таких как офисные здания, универмаги и места проведения спортивных соревнований;
3)серия оборудования BTS внешнего исполнения
Пригодны для использования в удаленных областях;
4)серии BTS контейнерного типа;
Оборудование BTS такого типа представляет собой полностью оборудованный автозал.
BTS состоит из общего блока (блока управления и связи), блока несущих частот и антенно-фидерной системы.
Структурная схема оборудования BTS
Рисунок основного статива
Рассмотрим функции, выполняемые каждым блоком:
•Общий блок
Состоит из блока синхронизации/передачи и управления (TMU), блока распределения синхронизации (TDU), дополнительного блока передачи (TEU), блока питания дополнительного блока передачи (TES), блока мониторинга работы вентилятора (FMU), блока электропитания (PSU), блока мониторинга электропитания и состояния окружающей среды (PMU), блока распределения электропитания (SWITCH BOX), блока вентилятора (FAN BOX) и воздухозаборника (AIR BOX).
1) Блок синхронизации/передачи и управления (TMU) является основным компонентом BTS. Его функции — синхронизация BTS, осуществление передачи по Abis-интерфейсу и управление базовой станцией. Одна плата TMU оснащена 4 интерфейсами E1.
2) Блок распределения синхронизации (Time distributing unit — TDU), основная функция которого — прием синхросигнала, его обработка и управление синхронизацией BTS.
3) Дополнительный блок передачи (Transmission extension unit — TEU) представляет собой встроенный блок расширения возможностей системы передачи для BTS.
4) Блок питания дополнительного блока передачи (TES) обеспечивает питание блока TEU.
5) Блок мониторинга состояния вентиляторов (FMU) расположен на полке вентилятора (FAN BOX) и осуществляет управление работой двух вентиляторов этой полки и выдает аварийные сигналы.
6) Блок электропитания (PSU) представляет собой встроенный в BTS модуль электропитания, обеспечивающий два вида преобразования — преобразования переменного тока в постоянный ток и преобразование уровня напряжения постоянного тока (DC/DC).
7)Блок мониторинга электропитания и состояния окружающей среды (PMU) отвечает за управление блоком электропитания и ведет мониторинг 24 цифровых и 8 аналоговых параметров.
8) Блок распределения электропитания (SWITCH BOX) осуществляет распределение напряжения питания по всем платам.
9) Воздухозаборник (AIR BOX) обеспечивает охлаждение оборудования.
•Блок несущих частот
Оборудование BTS имеет модульную структуру, то есть все блоки (блок обработки низкочастотного сигнала, блок RF, блок электропитания), обеспечивающие прием и передачу на определенной несущей частоте (carrier), интегрированы в один съемный модуль – TRX. Он получает от платы TMU разнообразную информацию управления и конфигурирования, передавая ей назад различную информацию о состоянии и аварийную сигнализацию. Со стороны Um-интерфейса в обратном направлении (up-link) TRX принимает радиосигнал от мобильной станции (через антенну и CDU), затем производит демодуляцию этого сигнала, разделяет его на речевую и сигнальную информацию, и передает ее дальше (в направлении BSC). В прямом направлении (down-link) речь и сигнальная информация после обработки на TRX в виде единого сигнала передается на CDU и далее через антенну на мобильную станцию.
•Антенно-фидерная система
Антенно-фидерная система базовой станции состоит из антенны, фидера, переходников, устройства молниезащиты, мачтового усилителя (tower top amplifier), устанавливаемого по желанию. Основная функция АФС – передача модулированных радиосигналов и прием сигналов от мобильной станции, а также выдача аварийной сигнализации.
Антенна характеризуется мощностью (способность по излучению в определенном направлении), направленностью (описывает направление излучения), поляризацией (описывает плоскость колебаний электромагнитной волны). Для снижения потерь на передаче, используются кабели с низким затуханием в радиодиапазоне – фидера. Чтобы предотвратить влияние атмосферного разряда на центральный проводник фидера используют устройство молниезащиты.
CDU осуществляет объединение и фильтрование сигнала на передаче, а также фильтрование, усиление и распределение сигнала на приеме. Кроме этого он обеспечивает питание мачтового усилителя постоянным током.
Надеюсь, мне удалось внести некоторую ясность в структурную особенность базовой станции. Это было лишь поверхностное рассмотрение, т.к. каждый из блоков имеет свои функциональные и структурные особенности, про которые в одной статье не напишешь.
Виды базовых станций сотовой связи
Виды базовых станций сотовой связи 13.01.2022 15:05
За сравнительно небольшой в исторических масштабах промежуток времени произошел настоящий прорыв в развитии сотовой связи. С технологическим прогрессом постоянно растут и потребности пользователей, а операторы работают над расширением географии покрытия, повышением пропускной способности радиоканалов, совершенствованием оборудования.
Базовая станция сотовой связи в беспроводной телефонии – это установка, которая состоит из ретрансляторов и приемо-передатчиков, обеспечивающих связь между абонентами. В стандарте GSM, в котором работают все мобильные телефоны, станция состоит из 12 передатчиков, каждый из которых поддерживает связь с 8 абонентами. Сота – это блок, состоящий из определенного количества базовых станций. При помощи коммутаторов базовые станции подключены к контроллерам. Взаимодействие этого оборудования поддерживает возможность общения по беспроводным телефонам в любых локациях.
Классификация базовых станций
Фемтосоты и пикосоты – это компактные устройства, которые применяются в частных домовладениях или на частных предприятиях для внутренних потребностей, например для внутренней «раздачи» интернет трафика или для улучшения сигнала на станциях метро. Для обеспечения связи между абонентами операторы используют микросоты и макросоты. Их ключевые особенности:
- Вес – 50 кг для микросоты и до 300 кг для макросот;
- Радиус – до 5 и до 100 км соответственно;
- Мощность макросоты до 50 W.
Способы монтажа
Способ установки зависит от конкретных условий, ландшафта. В городской черте это могут быть фасады зданий, фонарные столбы. Но в большинстве случаев для установки используют отдельные металлоконструкции – опоры сотовой связи. Это могут быть башни, вышки или мачты, но которых одновременно могут устанавливаться соты, навигационные станции, антенны спутникового и эфирного телевидения. Дополнительно можно устанавливать метеорологическое оборудование, осветительные приборы, элементы грозозащиты. Опоры оснащаются лестницами и промежуточными площадками или корзинами для удобного обслуживания.
Устройство базовых станций сотовой связи (БС)
Сеть сотовой связи – сложная многоуровневая система, обеспечивающая работу стандартов 2G, 3G, 4G, с интеграцией с сетями Интернет и общего телефонного пользования (ТФОП). Одним из крайних узлов сети мобильной связи, предоставляющий непосредственно радиодоступ абонентских устройств, является базовая станция сотовой связи (БС).
Базовая станция представляет собой приемопередающее оборудование с одной стороны, связанное с контроллером базовых станций или непосредственно с ядром сети (EPC в случае LTE), а с другой стороны предоставляет абонентские устройства радиодоступа в канал в одном из стандартов сотовой связи GSM, DCS, UMTS, LTE и др.
Если говорить обобщенно о топологии сетей сотовой связи, то она является ячеистой. Каждая БС представляет собой некий центр ячейки (соты), обеспечивающий передачу радиочастотного сигнала и создающий ограниченную зону облуживания абонентов того или иного оператора (зону покрытия). Топология сети и явилась основой понятия «сотовая связь».
Построение системы связи в каждой соте обеспечивается одним из следующих образов:
· На открытых пространствах с помощью антенных башен базовых станций (мачтовых, столбовых, крышных позиции);
· Внутри помещений с помощью распределённых антенных систем;
Устройство базовой станции сотовой связи предполагает наличие передатчиков, мощность которых рассчитывается планировщиками в зависимости от зоны обслуживания абонентов, высоты подвеса антенны и определенного стандарта санитарных норм.
Работа базовой станции
При развертывании базовых станций вводится понятие «сайта» — площадки БС, в виде совокупности следующих основных блоков: оборудование базовых станций, компоненты и устройства антенно-фидерного тракта, системы электропитания и кондиционирования.
В зависимости от способа построения, а именно будь то внешний или внутренний сектор, сайт может оборудоваться набором вспомогательных устройств, компонентов устройств, систем пожаротушения.
Вышка сотовой связи и ее устройство
Одной из самых типичных форм оснащения БС является установка так называемой башни, в нижней части которой размещается один или несколько контейнеров с ретрансляторной аппаратурой.
Основная предпосылка для базирования антенно-мачтового типа в устройстве сотовых вышек и терминалов – установка системы передачи информации, использующей свободное распространение радиоволн.
Антенна подключается к приемнику или передатчику, а ее функция заключается в транслировании частотных волн. Само подключение осуществляется с помощью линей передачи энергии (фидерного тракта). Взаимосвязь антенны и фидера рассматривается как единое антенно-фидерное устройство (АФУ).
В пересеченной местности устройство сотовой вышки предполагает совместно с антеннами использование малошумящих усилителей сигнала: приборы для увеличения дальности и качества связи и уменьшения потерь фидер-линии.
В городах, как правило, не строят отдельные башни в силу их неэффективности и дороговизны. Поэтому устройство антенны в комплексе с базовой станцией располагается на существующих объектах башенного типа. В этом случае аппаратура располагается в технической зоне здания.
Интеграция с окружающей средой
Для мимикрии БС часто используются специальные камуфлирующие кожухи и конструкции, покраска или имитация под окружающий ландшафт.