Решения для экономичного радиопокрытия (old)

Мы разработали линейку экономичных решений стандарта GSM, предназначенных
для районов с низкой плотностью населения, в которых строительство базовых
станций для операторов экономически нецелесообразно. Отсутствие радиопокрытия
в таких районах, а также на участках вдоль железных дорог и автомагистралей
приводит к “цифровому неравенству” и препятствует выполнению государственных
проектов «ЭРА ГЛОНАСС» и «Система-112». Для решения этой проблемы
АО “Интеллект Телеком” предлагает операторам Систему связи с переносом
ёмкости

 

 

 

Система сотовой связи с переносом ёмкости (СРЕ) предназначена для использования в сельских, удаленных и малонаселенных районах, вдоль автомобильных и железных дорог, во всех зонах, в которых развёртывание традиционных радиоподсистем признано экономически неэффективным. Преимуществами системы являются: сокращение капитальных и эксплуатационных расходов на сайт, значительное снижение энергопотребления, поддержка совместного использования двумя операторами (RAN sharing), возможность создания “гиперсот” радиусом до 30 км.
 
Система СРЕ построена на основе комплекса оборудования ретрансляторов с переносом емкости (РПЕ), обеспечивающего радиопокрытие в сетях GSM без использования базовых станций, радиорелейных или оптоволоконных линий. Ретранслятор (Relay) – радиоустройство, которое принимает сигналы определенных радиоинтерфейсов, усиливает их и передает дальше. Ретрансляторы обычно применяются для расширения зоны или устранения пробелов в покрытии. Простота оборудования и отсутствие линий подключения к сети определяют низкую стоимость его эксплуатации. Существенным недостатком ретрансляторов является то, что зона покрытия обеспечивается частью ёмкости БС, с которой они работают, поскольку ретрансляторы выполняют лишь функции усиления сигналов, передаваемых между абонентами и базовыми станциями. Кроме того, из-за отсутствия координации при неправильном планировании излучаемые ими сигналы способны создавать значительные внутрисистемные помехи.
Новый тип ретрансляторов, получивших название ретрансляторы с переносом емкости (РПЕ), и сеть сотовой связи на их основе функционально полностью заменяют традиционные базовые станции, не «поглощая» ёмкость соседних станций.
 
Система CPE состоит из:

  • конвертора (Кн),
  • репитера с переносом емкости типа 1 (РПЕ1),
  • репитера с переносом емкости типа 2 (РПЕ2).


Комплекс используется для построения сетей сотовой связи стандарта GSM 900 и обеспечивает последовательную ретрансляцию радиосигналов базовых станций (БС) по цепочке между Кн, РПЕ1, РПЕ2 и мобильными станциями (МС) абонентов. Комплекс оборудования предоставляет связь в режиме приема-передачи сигналов GSM (GPRS, EDGE) мобильной станции в зоне ретрансляции.  Принципиально новым в системе сотовой связи с переносом ёмкости является применение радиоинтерфейса GSM для передачи данных в полосах частот ретрансляции, не относящихся к стандартным полосам GSM 900, что позволяет исключить использование радиорелейных линий для соединения базовых станций между собой.
Сравним структуру стандартной сети сотовой связи GSM 900 и системы сотовой связи с переносом емкости при обеспечении радиопокрытия вдоль трассы.

 

Стандартная система сотовой связи GSM 900

На рисунке 1 показан пример покрытия автомобильной или железнодорожной трассы базовыми станциями GSM, каждая базовая станция (БС) включает два приемопередатчика (TRX), цифровой блок (DU) и источник питания (PSU). Базовая станция БС1 соединяется с контроллером базовых станций (BSC) через волоконно-оптическую линию (FO).

 

                           Рис 1. Система сотовой связи со стандартными базовыми станциями

 

Базовые станции соединяются между собой радиорелейными линиями. Все БС на сайтах идентичны, установлены в контейнере рядом с башней, на вершине которой размещаются приёмные и передающие антенны GSM, а также оборудование радиорелейной линии и её антенны.Вариант размещения базовых станций в контейнере требует значительных капитальных затрат. Кабельные соединения TRX базовой станции, установленной в контейнере, с антеннами вносят значительные затухания сигналов при их передаче и приёме, для компенсации которых необходимо увеличивать мощность передатчика базовой станции. Потребляемая мощность на сайт, с учетом кондиционера, устанавливаемого в контейнере, составляет 3…5 кВт. Применение распределенных базовых станций с размещением высокочастотных блоков рядом с антеннами и установкой цифровых блоков в климатическом шкафе позволяет сократить потребляемую мощность на сайтах до 1…2 кВт.

 

 

Системы сотовой связи с переносом емкости стандарта GSM 900


На рисунке 2 показана схема покрытия той же трассы с использованием системы с переносом ёмкости. Базовая станция БС1 дополнена 6 приемопередатчиками GSM сигналов, которые переносятся в диапазон частот вне полос частот GSM. Перенос GSM сигнала на частоты ретрансляции FR осуществляется конвертором (Кн) – преобразователем частоты. Применение отдельного конвертора в рассматриваемой схеме ретрансляции позволяет использовать базовые станции любого производителя в стандартной конфигурации и обеспечить независимо от поставщика базовых станций производство репитеров.

 

 Рис 2. Система сотовой связи с переносом емкости со стандартной базовой станцией и конвертором частот

 

На следующей в цепочке сайтов башне (2) на её вершине размещается репитер РПЕ1-1, состоящий из 6 приемопередатчиков:

     - два приемопередатчика (X3, X4) РПЕ1-1 – переносят GSM сигнал с частот FR (6 ГГц) в стандартную полосу частот GSM 900 и формируют зону покрытия GSM по обе стороны от башни,       
       эквивалентную базовой станции  в);

     - четыре приемопередатчика (X5…X8) РПЕ1-1 – переносят GSM сигналы с одних номиналов частот FR на другие номиналы частот полосы FR , продолжая цепочку ретрансляции.

На башне (3) установлен репитер РПЕ1-2, включающий 4 приемопередатчика: два из них (X5, X6) обеспечивают перенос сигнала GSM с частот FR в полосу GSM 900 для формирования зон покрытия по обе стороны от башни (3), два других приемопередатчика РПЕ1-2 (X7, X8) продолжают цепочку ретрансляции.

На башне (4) устанавливается самый простой репитер – РПЕ2, который замыкает цепочку ретрансляции.

В зависимости от требуемой нагрузки сети в БС и РПЕ может использоваться большее или меньшее количество каналов ретрансляции, большее или меньшее количество РПЕ.

Возможно формирование еще одной аналогичной линейки ретрансляции GSM сигнала влево от БС. Общая протяженность трассы с одной базовой станцией и шестью ретрансляторами при размере соты R0 = 6…8 км составит 42…56 км.

В рассмотренной схеме на рисунке 2 (а, в) ёмкость сети равна ёмкости стандартной сети GSM, показанной на рисунке 1 (а, в).

Рассматриваемая схема сети сотовой связи с ретрансляцией ёмкости позволяет заменить 6 базовых станций и 6 радиорелейных линий на 6 репитеров. Кроме того, при замене стандартных БС на РПЕ
возможна установка более дешевых башен. Потребляемая мощность на сайт при использовании репитеров в рассматриваемой схеме при мощности двух передатчиков по 10 Вт составляет до 400 Вт, что позволяет использовать солнечные батареи или другие альтернативные источники электропитания для репитеров.

На рисунке 3 а, в качестве примера, показана конфигурация сети сотовой связи GSM с переносом ёмкости для населенных пунктов. В схеме используется однопролетная ретрансляция GSM сигнала, позволяющая заменить 8 базовых станций на РПЕ простейшего вида (РПЕ2). При диаметре соты 4 км диаметр зоны покрытия в данной схеме может составить около 12 км, ёмкость сети может быть обеспечена необходимым количеством TRX на базовой станции и соответствующим количеством каналов ретрансляции.

На рисунке 3 в показан вариант системы сотовой связи с переносом ёмкости для населенных пунктов, заменяющий 24 базовые станции. При размерах соты 4 км, диаметр зоны покрытия составит около 20 км.

Однопролетные репитеры (РПЕ2) могут использоваться для обеспечения покрытия в зданиях. Линейная схема ретрансляции может быть также использована для обеспечения связи в туннелях.

 

                   Рис 3. Система сотовой связи с переносом емкости для населенных пунктов

 

 

Система с переносом ёмкости - полностью российская разработка, не имеющая мировых аналогов. Производство оборудования осуществляется с 2015 года на отечественных предприятиях с использованием элементной базы общего применения. Уникальная конструкция оборудования позволяет использовать его одновременно несколькими операторами без взаимного влияния друг на друга (RAN Sharing). Применение Системы СПЕ решает проблему импортозамещения базовых станций сотовой связи иностранного производства, открывает возможность построения замкнутых, изолированных, защищенных стационарных и подвижных сетей радиотелефонной связи и передачи данных