Устройство базовых станций сотовой связи. Что такое базовая станция и зачем она нужна

И вновь немного общеобразовательного материала. На этот раз речь пойдет о базовых станциях. Рассмотрим различные технические моменты по их размещению, конструкции и дальности действия, а также заглянем внутрь самого антенного блока.

Базовые станции. Общие сведения

Так выглядят антенны сотовой связи, установленные на крышах зданий. Эти антенны являются элементом базовой станции (БС), а конкретно - устройством для приема и передачи радиосигнала от одного абонента к другому, и далее через усилитель к контроллеру базовой станции и другим устройствам. Являясь наиболее заметной частью БС, они устанавливаются на антенных мачтах, крышах жилых и производственных зданий и даже дымовых трубах. Сегодня можно встретить и более экзотические варианты их установки, в России их уже устанавливают на столбах освещения, а в Египте их даже "маскируют" под пальмы.

Подключение базовой станции к сети оператора связи может производиться по радиорелейной связи, поэтому рядом с "прямоугольными" антеннами блоками БС можно увидеть радиорелейную тарелку:

С переходом на более современные стандарты четвертого и пятого поколений, для удовлетворения их требований подключать станции нужно будет исключительно по волоконной оптике. В современных конструкциях БС оптоволокно становится неотъемлемой средой передачи информации даже между узлами и блоками самой БС. К примеру, на рисунке ниже показано устройство современной базовой станции, где оптоволоконный кабель используется для передачи данных от RRU (выносные управляемые модули) антенны до самой базовой станции (показано оранжевой линией).

Оборудование базовой станции располагается в нежилых помещениях здания, либо устанавливается в специализированные контейнеры (закрепленные на стенах или столбах), ведь современное оборудования выполняется довольно компактно и может запросто поместиться в системный блок серверного компьютера. Часто радиомодуль устанавливают рядом с антенным блоком, это позволяет уменьшить потери и рассеивание передаваемой в антенну мощности. Так выглядят три установленных радиомодуля оборудования базовой станции Flexi Multiradio, закрепленные прямо на мачте:

Зона обслуживания базовых станций

Для начала следует отметить, что бывают различные типы базовых станций: макро, микро, пико и фемтосоты. Начнем с малого. И, если кратко, то фемтосота не является базовой станцией. Это, скорее, Access Point (точка доступа). Данное оборудование изначально ориентируется на домашнего или офисного пользователя и владельцем такого оборудования является частное или юр. лицо, не относящееся к оператору. Главное отличие такого оборудования заключается в том, что оно имеет полностью автоматическую конфигурацию, начиная от оценки радиопараметров и заканчивая подключением к сети оператора. Фемтосота имеет габариты домашнего роутера:

Пикосота - это БС малой мощности, принадлежащая оператору и использующая в качестве транспортной сети IP/Ethernet. Обычно устанавливается в местах возможной локальной концентрации пользователей. Устройство по размерам сравнимо с небольшим ноутбуком:

Микросота - это приближенный вариант реализации базовой станции в компактном виде, очень распространено в сетях операторов. От "большой" базовой станции ее отличает урезанная емкость поддерживаемых абонентом и меньшая излучающая мощность. Масса, как правило, до 50 кг и радиус радиопокрытия - до 5 км. Такое решение используется там, где не нужны высокие емкости и мощности сети, или нет возможности установить большую станцию:

И наконец, макросота - стандартная базовая станция, на базе которой строятся мобильные сети. Она характеризуется мощностями порядка 50 W и радиусом покрытия до 100 км (в пределе). Масса стойки может достигать 300 кг.

Зона покрытия каждой БС зависит от высоты подвеса антенной секции, от рельефа местности и количества препятствий на пути до абонента. При установке базовой станции далеко не всегда на первый план выносится радиус покрытия. По мере роста абонентской базы может не хватить максимальной пропускной способности БС, в этом случае на экране телефона появляется сообщение "сеть занята". Тогда оператор со временем на этой территории может сознательно уменьшить радиус действия базовой станции и установить несколько дополнительных станций в местах наибольшей нагрузки.

Когда нужно увеличить емкость сети и снизить нагрузку на отдельные базовые станции, тогда и приходят на помощь микросоты. В условиях мегаполиса зона радиопокрытия одной микросоты может составлять всего 500 метров.

В условиях города, как ни странно, встречаются такие места, где оператору нужно локально подключить участок с большим количеством трафика (районы станций метро, крупные центральные улицы и др.). В этом случае применяются маломощные микросоты и пикосоты, антенные блоки которых можно располагать на низких зданиях и на столбах уличного освещения. Когда возникает вопрос организации качественного радиопокрытия внутри закрытых зданий (торговые и бизнес центры, гипермаркеты и др.) тогда на помощь приходят пикосотовые базовые станции.

За пределами городов на первый план выходит дальность работы отдельных базовых станций, так установка каждой базовой станции в удалении от города становится все более дорогостоящим предприятием в связи с необходимостью построения линий электропередач, дорог и вышек в сложных климатических и технологических условиях. Для увеличения зоны покрытия желательно устанавливать БС на более высоких мачтах, использовать направленные секторные излучатели, и более низкие частоты, менее подверженные затуханию.

Так, например, в диапазоне 1800 МГц дальность действия БС не превышает 6-7 километров, а в случае использования 900-мегагерцового диапазона зона покрытия может достигать 32 километров, при прочих равных условиях.

Антенны базовых станций. Заглянем внутрь

В сотовой связи чаще всего используют секторные панельные антенны, которые имеют диаграмму направленности шириной в 120, 90, 60 и 30 градусов. Соответственно для организации связи во всех направлениях (от 0 до 360) может потребоваться 3 (ширина ДН 120 градусов) либо 6 (ширина ДН 60 градусов) антенных блоков. Пример организации равномерного покрытия во всех направлениях показан на рисунке ниже:

А ниже вид типовых диаграмм направленности в логарифмическом масштабе.

Большинство антенн базовых станций широкополосные, позволяющие работать в одном, двух или трех диапазонах частот. Начиная с сетей UMTS, в отличие от GSM, антенны базовых станций умеют изменять площадь радиопокрытия в зависимости от нагрузки на сеть. Один из самых эффективных методов управления излучаемой мощностью - это управление углом наклона антенны, таким способом изменяется площадь облучения диаграммы направленности.

Антенны могут иметь фиксированный угол наклона, либо имеют возможность дистанционной регулировки с помощью специального программного обеспечения, располагаемого в блоке управления БС, и встроенных фазовращателей. Существуют также решения, позволяющие изменять зону обслуживания, от общей системы управления сети передачи данных. Таким образом, можно регулировать зону обслуживания всего сектора базовой станции.

В антеннах базовых станций применяется как механическое управление диаграммой, так и электрическое. Механическое управление проще реализуется, но часто приводит к искажению формы диаграммы направленности из-за влияния конструктивных частей. Большинство антенн БС имеет систему электрической регулировки угла наклона.

Современный антенный блок представляет собой группу излучающих элементов антенной решетки. Расстояние между элементами решетки выбирается таким образом, чтобы получить наименьший уровень боковых лепестков диаграммы направленности. Наиболее часто встречаются длины панельных антенн от 0,7 до 2,6 метров (для многодиапазонных антенных панелей). Коэффициент усиления варьируется от 12 до 20 dBi.

На рисунке ниже (слева) представлена конструкция одной из наиболее распространенных (но уже устаревающих) антенных панелей.

Здесь излучатели антенной панели представляют собой полуволновые симметричные электрические вибраторы над проводящим экраном, расположенные под углом 45 градусов. Такая конструкция позволяет формировать диаграмму с шириной главного лепестка 65 или 90 градусов. В такой конструкции выпускаются двух- и даже трехдиапазонные антенные блоки (правда, довольно крупногабаритные). Например, трехдиапазонная антенная панель такой конструкции (900, 1800, 2100 МГц) отличается от однодиапазонной, примерно в два раза большим размером и массой, что, конечно же, затрудняет ее обслуживание.

Альтернативная технология изготовления таких антенн предполагает выполнение полосковых антенных излучателей (металлические пластины квадратной формы), на рисунке выше справа.

А вот еще один вариант, когда в качестве излучателя используются полуволновые щелевые магнитные вибраторы. Линия питания, щели и экран выполняются на одной печатной плате с двухсторонним фольгированным стеклотекстолитом:

С учетом современных реалий развития беспроводных технологий, базовые станции должны поддерживать работу 2G, 3G и LTE сетей. И если блоки управления базовых станций сетей разных поколений удается вместить в один коммутационный шкаф без увеличения габаритного размера, то с антенной частью возникают значительные трудности.

Например, в многодиапазонных антенных панелях количество коаксиальных соединительных линий достигает 100 метров! Столь значительная длина кабеля и количество паяных соединений неизбежно приводит к потерям в линиях и снижению коэффициента усиления:

С целью снижения электрических потерь и уменьшения точек пайки часто делают микрополосковые линии, это позволяет выполнить диполи и систему запитки всей антенны по единой печатной технологии. Данная технологиях проста в производстве и обеспечивает высокую повторяемость характеристик антенны при ее серийном выпуске.

Многодиапазонные антенны

С развитием сетей связи третьего и четвертого поколений требуется модернизация антенной части как базовых станций, так и сотовых телефонов. Антенны должны работать в новых дополнительных диапазонах, превышающих 2.2 ГГц. Более того, работа в двух и даже трех диапазонах должна производиться одновременно. Вследствие этого антенная часть включает в себя довольно сложные электромеханические схемы, которые должны обеспечивать должное функционирование в сложных климатических условиях.

В качестве примера рассмотрим конструкцию излучателей двухдиапазонной антенны базовой станции сотовой связи Powerwave, работающей в диапазонах 824-960, МГц и 1710-2170, МГц. Ее внешний вид показан на рисунке ниже:

Этот двухдиапазонный облучатель состоит из двух металлических пластин. Та, что большего размера работает в нижнем диапазоне 900 МГц, над ней расположена пластина с щелевым излучателем меньшего размера. Обе антенны возбуждаются щелевыми излучателями и таким образом имеют единую линию запитки.

Если в качестве излучателей используются дипольные антенны, то необходимо ставить отдельный диполь для каждого диапазона волн. Отдельные диполи должны иметь свою линию запитки, что, конечно же, снижает общую надежность системы и увеличивает энергопотребление. Примером такой конструкции является антенна Kathrein для того же диапазона частот, что и рассмотренная выше:

Таким образом, диполи для нижнего диапазона частот находятся как бы внутри диполей верхнего диапазона.

Для реализации трех- (и более) диапазонного режимов работы наибольшей технологичностью обладают печатные многослойные антенны. В таких антеннах каждый новый слой работает в довольно узком диапазоне частот. Такая "многоэтажная" конструкция изготавливается из печатных антенн с индивидуальными излучателями, каждая антенна настраивается на отдельные частоты рабочего диапазона. Конструкция поясняется рисунком ниже:

Как и в любых других многоэлементных антеннах в такой конструкции происходит взаимодействие элементов, работающих в разных диапазонах частот. Само собой это взаимодействие оказывает влияние на направленность и согласование антенн, но данное взаимодействие может быть устранено методами, применяемыми в ФАР (фазированных антенных решетках). Например, одним из наиболее эффективных методов является изменение конструктивных параметров элементов путем смещения возбуждающего устройства, а также изменение размеров самого облучателя и толщины разделительного диэлектрического слоя.

Важным моментом является то, что все современные беспроводные технологии широкополосные, и ширина полосы рабочих частот составляет не менее 0,2 ГГц. Широкой рабочей полосой частот обладают антенны на основе взаимодополняющих структур, типичным примером которых являются антенны типа "bow-tie" (бабочка). Согласование такой антенны с линией передачи осуществляется подбором точки возбуждения и оптимизацией ее конфигурации. Чтобы расширить полосу рабочих частот по согласованию "бабочку" дополняют входным сопротивлением емкостного характера.

Моделирование и расчет подобных антенн производят в специализированных программных пакетах САПР. Современные программы позволяют моделировать антенну в полупрозрачном корпусе при наличии влияния различных конструктивных элементов антенной системы и позволяют тем самым произвести достаточно точный инженерный анализ.

Проектирование многодиапазонной антенны производят поэтапно. Сначала рассчитывают и проектируют микрополосковую печатную антенну с широкой полосой пропускания для каждого рабочего диапазона частот отдельно. Далее печатные антенны разных диапазонов совмещают (наложением друг на друга) и рассматривают их совместную работу, устраняя по возможности причины взаимного влияния.

Широкополосная антенна типа "бабочка" может быть удачно использована как основа для трехдиапазонной печатной антенны. На рисунке ниже изображены четыре различных варианта ее конфигурации.

Приведенные конструкции антенн отличаются формой реактивного элемента, который применяется для расширения рабочей полосы частот по согласованию. Каждый слой такой трехдиапазонной антенны представляет собой микрополосковый излучатель заданных геометрических размеров. Чем ниже частоты - тем больше относительный размер такого излучателя. Каждый слой печатной платы отделен от другого с помощью диэлектрика. Приведенная конструкция может работать в диапазоне GSM 1900 (1850-1990 МГц) - принимает нижний слой; WiMAX (2,5 - 2,69 ГГц) - принимает средний слой; WiMAX (3,3 - 3,5 ГГц) - принимает верхний слой. Подобная конструкция антенной системы позволит принимать и передавать радиосигнал без использования дополнительного активного оборудования, не увеличивая тем самым габаритных размеров блока антенны.

И в заключении немного о вреде БС

Порой, базовые станции операторов сотовой связи устанавливают прямо на крышах жилых домов, чем конкретно деморализуют некоторых их обитателей. У хозяев квартир перестают "рожать кошки", а на голове у бабушки начинают быстрее появляться седые волосы. А тем временем, от установленной базовой станции жители этого дома электромагнитного поля почти не получают, ибо "вниз" базовая станция не излучает. Да и, к слову сказать, нормы СаНПиНа для электромагнитного излучения в РФ на порядок ниже, чем в "развитых" странах запада, и поэтому в черте города базовые станции никогда на полную мощность не работают. Тем самым, вреда от БС нет, если только вы не устраиваетесь позагорать на крыше в паре метров от них. Зачастую, с десяток точек доступа, установленных в квартирах жителей, а также микроволновые печи и сотовые телефоны (прижатые к голове) оказывают на вас намного большее воздействие, нежели базовая станция, установленная в 100 метрах за пределами здания.

15 ноября 2011 в 14:24

Мобильная базовая станция на КАМАЗе

• Блог компании ВымпелКом (Билайн)

Мобильная базовая станция - это почти обычная сота, установленная на автошасси и снабженная кучей устройств для обеспечения автономности работы. У «Билайна» несколько таких мобильных станций на платформах различной грузоподъёмности. Они активно используются для создания покрытия или его уплотнения там, где это позарез нужно.

Что внутри машины?

• Приёмо-передающие устройства (на 900 МГц, 1800 МГц или 2100 МГц). Проще говоря, абонентская .
• Радиорелейное или спутниковое оборудование для связи с основной инфраструктурой «Билайна».
• Телескопическая гидравлическая, либо сборно-разборная антенная опора, на которой устанавливаются приемо-передающие антенны.
• Дизель-генератор, позволяющий работать автономно. Когда есть возможность, станция подключается к местной электросети, когда нет - работает автономно. Четверо суток для маленькой станции (чаще больше) и 12 суток для КАМАЗа в «автономке» - это норма.
• Кондиционеры и устройства нагрева воздуха для обеспечения нормального терморежима для оборудования и персонала (потому что мобильные станции могут работать и в сильный мороз, и в жару).

Есть ещё такие штуки?

Это первое отечественное действительно мобильное решение. Да, до неё оборудование устанавливали на машинах, но оно отличалось рядом особенностей, например, очень долгим развёртыванием на месте. Наша, благодаря гидравлической опоре для антенны, разворачивается за 15 минут где угодно (большие станции разворачиваются за 40-50 минут). Сейчас у «Билайна» несколько мобильных базовых станций: в Москве на КАМАЗе, в регионах - на прицепах.

Зачем нужна МБС?

Во-первых , для локального увеличения ёмкости сети сотовой связи. Обычно - на массовые мероприятия, где нужно улучшить сервис. В таком раскладе станция способна «раздавать» вокруг себя как обычное голосовое покрытие, так и обеспечивать 3G-Интернет и другие сервисы.
Примеры: авиасалон «МАКС» в Подмосковье, Финал Лиги Чемпионов УЕФА на стадионе «Лужники» в Москве в мае 2008 г., ежегодные празднования Дня Победы, Дня Города, ежегодные Новогодние массовые празднования в парках отдыха и на городских площадях.

Во-вторых , машина может работать там, где сотового покрытия нет и не планируется, причём достаточно далеко от инфраструктуры оператора и обжитых мест вообще.
Например, на месте трагедии, связанной с затоплением теплохода «Булгария» в акватории Куйбышевского водохранилища в Республике Татарстан, на сабантуе в Башкортостане.

А подробнее?

6-7 июля 2011 В Учалинском районе республики Башкортостан проходит праздник весны (Сабантуй) в деревне Калканово на берегу озера Калкан. Сотовая связь на территории празднования отсутствует у всех операторов. Население деревни 395 человек, ориентировочное количество людей, посетивших праздник - 2000 человек. За две недели до праздника начинаются согласования, затем станция выезжает на место и в течение часа развёртывается и переходит в полностью функциональный режим. Экипаж - два человека: водитель-механик и инженер. Живут они непосредственно в машине, где есть два спальных места. Питаются едой и сухпайками «из дома», купленными на «командировочные», плюс имеют средства закупать горячую еду непосредственно на празднике. Фазовые центры антенн находятся на высоте 10-15 метров над землёй, поэтому на уровне машины плотность излучения в сотни раз ниже допустимого по стандарту, а внутри уменьшается ещё в сотни раз, и носить не нужно. За время работы БС суммарный трафик составил 385,14 Эрланг, причём пару раз были перегрузки (1 Эрланг – это один час разговора абонента в сети с учётом времени дозвона, то есть в общей сложности абоненты говорили примерно 16 суток за 2 дня: разумеется, это распределение было неравномерным).

Сколько бумажек нужно подписать, чтобы выехать из гаража?

Перед включением в эфир оборудования МБС необходимо рассчитать, а затем согласовать место установки, стандарт, диапазон, количество необходимых радиочастот, высоту антенн с регулятором, ввиду того, что в эпицентре событий могут проводить работы базовые станции других операторов и оборудование иных ведомств. Потом нужно внести данные в оборудование БС и сконфигурировать его, чтобы работа МБС должна быть интегрирована в существующую сеть оператора. Штатное использование предполагает пару недель на выезд, разведку и все согласования. Аварийные случаи – около двух-трёх суток. Теоретически этот процесс может быть форсирован до 1 дня. «Мгновенная» установка базовой станции в новом месте технологически возможна, но нелегальна, так как требуется разрешение на частоты: если делать без него, это грозит отзывом лицензии.

Как насчёт конкретных ТХ?

Например, у нас есть КамАЗ-53229, где в изотермическом кузове-фургоне находится антенна с опорой высотой 17 метров. Шасси предназначено для движения только по твёрдому покрытию (дороги, поле и т.п.), развёртывается без растяжек. На опоре находятся 3 секторные антенны высотой 1,3 метра, антенна РРС диаметром 0,6 метра. Опора оборудована устройством дистанционной юстировки антенны РРС, на крыше кузова установлена дополнительная трубостойка для монтажа антенны РРС. Изотермический кузов имеет три отсека – отсек аппаратной БС, отсек оборудования антенной опоры и отсек дизель-электрического генератора. В аппаратном отсеке кузова размещается 8 стоек технологического оборудования высотой до 1,9 м (стойки БС, ЭПУ с аккумуляторами, систем передачи). Высота отсека
аппаратной БС 2,5 метра. В составе имеет перевозимую земную станцию спутниковой связи (ПЗССС) с антенной диметром 1,2 метра с системой автоматического наведения на борт спутникового ретранслятора. ПЗССС обеспечивает привязку МБС к сети коммутации посредством четырех цифровых потоков 2 Мб/с.

Аппаратный отсек кузова оборудован системами кондиционирования, обогрева и приточно-вытяжной вентиляции. В составе имеет систему автономного электроснабжения – дизельэлектрический генератор мощностью 16 кВт с топливными баками. Время автономной работы в обычном режиме не менее 12 суток. Плюс кабели длиной 140 метров для подключения МБС к трехфазной сети внешнего
электроснабжения. Аппаратная БС оборудована рабочим местом оператора, а также двумя спальными местами (в помещении аппаратной БС и кабине автомобиля). Экипаж МБС – 2 человека. Имеется возможность использовать для подключения атмосферные лазеры, но в текущей конфигурации они не установлены. Станция приспособлена для российских условий: стойка к жаре, холоду, медведям и вандалам.

Растёт ли ёмкость сети при развёртывании рядом мобильной БС?

В общем случае – да, растёт. Но, например, если развернуть БС в районе, где покрытие уже достигло теоретического максимума по частотному распределению (центр мегаполиса, например), улучшится только уровень сигнала, но не количество одновременно звонящих абонентов.

Что дальше?

Скорее всего, скоро можно будет добиться большей автономности базовой станции, в частности, за счёт ёмких элементов питания или альтернативной энергии (у нас есть стационарные 17 августа 2010

Знаете ли вы, что происходит после того, как вы набрали номер друга на мобильном телефоне? Как сотовая сеть находит его в горах Андалусии или на побережье далекого острова Пасхи? Почему иногда неожиданно разговор прерывается? На прошлой неделе я побывал в компании Beeline и попытался разобраться, как устроена сотовая связь...

Большая площадь населенной части нашей страны покрыта Базовыми Станциями (БС). В поле они выглядят как красно-белые вышки, а в городе спрятаны на крышах нежилых домов. Каждая станция ловит сигнал от мобильных телефонов на удалении до 35 километров и общается с мобильным телефоном по служебным или голосовым каналам.

После того, как вы набрали номер друга, ваш телефон связывается с ближайшей к вам Базовой Станцией (БС) по служебному каналу и просит выделить голосовой канал. Базовая Станция отправляет запрос на контроллер (BSC), а тот переадресует его на коммутатор (MSC). Если ваш друг является абонентом той же сотовой сети, то коммутатор сверится с Home Location Register (HLR), выяснит, где в данный момент находится вызываемый абонент (дома, в Турции или на Аляске), и переведет звонок на соответствующий коммутатор, откуда тот его переправит на контроллер и затем на Базовую Станцию. Базовая Станция свяжется с мобильным телефоном и соединит вас с другом. Если ваш друг абонент другой сети или вы звоните на городской телефон, то ваш коммутатор обратится к соответствующему коммутатору другой сети.

Сложно? Давайте разберемся подробнее.

Базовая Станция представляет из себя пару железных шкафов, запертых в хорошо кондиционируемом помещении. Учитывая, что в Москве было на улице +40, мне захотелось немного пожить в этом помещении. Обычно, Базовая Станция находится либо на чердаке здания, либо в контейнере на крыше:

2.

Антенна Базовой Станции разделена на несколько секторов, каждый из которых "светит" в свою сторону. Вертикальная антенна осуществляет связь с телефонами, круглая соединяет Базовую Станцию с контроллером:

3.

Каждый сектор может обслуживать до 72 звонков одновременно, в зависимости от настройки и конфигурации. Базовая Станция может состоять из 6 секторов, таким образом, одна Базовая Станция может обслуживать до 432 звонков, однако, обычно на станции установлено меньшее количество передатчиков и секторов. Сотовые операторы предпочитают ставить больше БС для улучшения качества связи.

Базовая Станция может работать в трех диапазонах:

900 МГц - сигнал на этой частоте распространяется дальше и лучше проникает внутрь зданий
1800 МГц - сигнал распространяется на более короткие расстояния, но позволяет установить большее количество передатчиков на 1 секторе
2100 МГц - Сеть 3G

Вот так выглядит шкаф с 3G оборудованием:

4.

На Базовые Станции в полях и деревнях устанавливают передатчики 900 МГц, а в городе, где Базовые Станции натыканы как иглы у ежика, в основном, связь осуществляется на частоте 1800 МГц, хотя на любой Базовой Станции могут присутствовать передатчики всех трех диапазонов одновременно.

5.

6.

Сигнал частотой 900 МГц может бить до 35 километров, хотя "дальность" некоторых Базовых Станций, стоящих вдоль трасс, может доходить до 70 километров, за счет снижения числа одновременно обслуживаемых абонентов на станции в два раза. Соответственно, наш телефон с его маленькой встроенной антенной также может передавать сигнал на расстояние до 70 километров…

Все Базовые Станции проектируются таким образом, чтобы обеспечить оптимальное покрытие радиосигналом на уровне земли. Поэтому, несмотря на дальность в 35 километров, на высоту полета самолетов радиосигнал просто не посылается. Тем не менее, некоторые авиакомпании уже начали устанавливать на своих самолетах маломощные базовые станции, которые обеспечивают покрытие внутри самолета. Такая БС соединяется с наземной сотовой сетью с помощью спутникового канала. Система дополняется панелью управления, которая позволяет экипажу включать и выключать систему, а также отдельные типы услуг, например, выключать голос на ночных рейсах.

Телефон может измерять уровень сигнала от 32 Базовых Станций одновременно. Информацию о 6-ти лучших (по уровню сигнала) он отправляет по служебному каналу, и уже контроллер (BSC) решает, какой БС передать текущий звонок (Handover), если вы находитесь в движении. Иногда телефон может ошибиться и перебросить вас на БС с худшим сигналом, в этом случае разговор может прерваться. Также может оказаться, что на Базовой Станции, которую выбрал ваш телефон, все голосовые линии заняты. В этом случае разговор также прервется.

Еще мне рассказали о так называемой "проблеме верхних этажей". Если вы живете в пентхаусе, то иногда, при переходе из одной комнаты в другую, разговор может прерываться. Это происходит потому, что в одной комнате телефон может "видеть" одну БС, а во второй - другую, если она выходит на другую сторону дома, и, при этом эти 2 Базовые Станции находятся на большом удалении друг от друга и не прописаны как "соседние" у сотового оператора. В этом случае передача звонка с одной БС на другую происходить не будет:

Связь в метро обеспечивается так же, как и на улице: Базовая Станция – контроллер – коммутатор, с той лишь разницей, что применяются там маленькие Базовые Станции, а в тоннеле покрытие обеспечивается не обычной антенной, а специальным излучающим кабелем.

Как я уже писал выше, одна БС может производить до 432 звонков одновременно. Обычно этой мощности хватает за глаза, но, например, во время некоторых праздников БС может не справиться с количеством желающих позвонить. Обычно это случается на Новый Год, когда все начинают поздравлять друг друга.

SMS передаются по служебным каналам. На 8 марта и 23 февраля люди предпочитают поздравлять друг друга с помощью SMS, пересылая смешные стишки, и телефоны зачастую не могут договориться с БС о выделении голосового канала.

Мне рассказали интересный случай. Из одного района Москвы стали поступать жалобы от абонентов о том, что они не могут никуда дозвониться. Технические специалисты стали разбираться. Большинство голосовых каналов было свободно, а все служебные были заняты. Оказалось, что рядом с этой БС находился институт, в котором шли экзамены и студенты беспрерывно обменивались эсэмэсками.

Длинные SMS телефон делит на несколько коротких и отправляет каждое отдельно. Сотрудники технической службы советуют отправлять такие поздравления с помощью MMS. Это будет быстрее и дешевле.

С Базовой Станции звонок попадает на контроллер. Выглядит он так же скучно, как и сама БС - это просто набор шкафов:

7.

В зависимости от оборудования, контроллер может обслуживать до 60 Базовых Станций. Связь между БС и контроллером (BSC) может осуществляться по радиорелейному каналу либо по оптике. Контроллер осуществляет управление работой радиоканалов, в т.ч. контролирует передвижение абонента, передачу сигнала с одной БС на другую.

Гораздо интереснее выглядит коммутатор:

8.

9.

Каждый коммутатор обслуживает от 2 до 30 контроллеров. Он занимает уже большой зал, заставленный различными шкафами с оборудованием:

10.

11.

12.

Коммутатор осуществляет управление трафиком. Помните старые фильмы, где люди сначала дозванивались до "девушки", а затем она уже соединяла их с другим абонентом, перетыкивая проводки? Этим же занимаются и современные коммутаторы:

13.

Для контроля за сетью у Билайна есть несколько автомобилей, которые они ласково называют "ежики". Они передвигаются по городу и измеряют уровень сигнала собственной сети, а также уровень сети коллег из "Большой Тройки":

14.

Вся крыша такого автомобиля утыкана антеннами:

15.

Внутри стоит оборудование, осуществляющее сотни звонков и снимающее информацию:

16.

Круглосуточный контроль за коммутаторами и контроллерами осуществляется из Центра Управления Полетами Центра Контроля Сети (ЦКС):

17.

Существует 3 основных направления по контролю за сотовой сетью: аварийность, статистика и обратная связь от абонентов.

Так же, как и в самолетах, на всем оборудовании сотовой сети стоят датчики, которые посылают сигнал в ЦКС и выводят информацию на компьютеры диспетчеров. Если какое-то оборудование вышло из строя, то на мониторе начнет "мигать лампочка".

ЦКС также отслеживает статистику по всем коммутаторам и контроллерам. Он анализирует ее, сравнивая с предыдущими периодами (часом, сутками, неделей и т.д.). Если статистика какого-то из узлов стала резко отличаться от предыдущих показателей, то на мониторе опять начнет "мигать лампочка".

Обратную связь принимают операторы абонентской службы. Если они не могут решить проблему, то звонок переводится на технического специалиста. Если же и он оказывается бессильным, то в компании создается "инцидент", который решают инженеры, занимающиеся эксплуатацией соответствующего оборудования.

За коммутаторами круглосуточно следят по 2 инженера:

18.

На графике показана активность московских коммутаторов. Хорошо видно, что ночью практически никто не звонит:

19.

Контроль за контроллерами (простите за тавтологию) осуществляется со второго этажа Центра Контроля Сети:

22.

21.

Понимаю, что у вас осталась куча вопросов о том, как устроена сотовая сеть. Тема сложная, и я попросил специалиста из "Билайн" помочь мне отвечать на ваши комментарии. Единственная просьба - придерживайтесь темы. А вопросы типа "Билайн редиски. Украли у меня 3 рубля со счета" - адресуйте абонентской службе 0611.

Завтра будет пост о том, как передо мной выпрыгнул кит, а я не успел его сфотографировать. Stay Tuned!

Основой каждой сети сотовой связи является ячейка (сота) в центральной части которой находится базовая станция (БС). Размер ячейки зависит от вида сети, мощности БС и других факторов. Радиус соты составляет от 0,5 до 10 километров. Благодаря такому расположению, абонент, еще не выйдя из зоны действия одной БС, попадает в зону действия другой БС, и так до прекращения зоны действия сети.

Мощность базовой станции сотовой связи

Всем известно, что радиус действия базовой станции ограничен, соответственно мощность работы передатчиков относительно невысока. Мощность базовой станции зависит от размера соты, применяемого стандарта и места, где она установлена. Находится эта величина в диапазоне от 5 Вт до 20 Вт.

Мощность базовой станции, находящейся в городе и покрывающей зону радиусом в 2 километра, составляет около 10 Вт. Но такая величина только на выходе передатчиков, потому что из-за направленного действия антенн мощность излучения может достигать 100 Вт. В сельской местности мощность может быть еще больше, из-за установленных усилителей.

Самая большая мощность на выходе передатчика может достигать до 30 Вт, но из-за воздействия различных препятствий (железобетонные строения, кроны деревьев) сигнал ослабевает.

Исходя из того, что условия распространения сигналов разнообразны, было принято решение, что мощность базовых передатчиков будет адаптироваться к условиям (мощность может увеличиваться и уменьшаться).

Антенны для базовой станции сотовой связи

Антенна является элементом базовой станции, именно это устройство принимает и передает сигнал от одного абонента другому. Антенна является важной частью БС, от нее во многом зависит качество связи.

В настоящее время для сетей GSM/UMTS/4G используют панельные антенны с кроссполяризацией и антенны с вертикальной поляризацией.

Антенны с кроссполяризацией применяют для открытого пространства, а с вертикальной поляризацией — внутри помещения.

Специфика сетей UMTS заключается в изменении площади покрытия в зависимости от нагрузки, а самым эффективным инструментом оптимизации площади покрытия является регулировка антенны. В антеннах UMTS можно менять угол наклона, как механической, так и электрической регулировкой.

Размещение базовых станций сотовой связи

Существует несколько типов базовых станций: макро, микро, пико.

1. Макросота — это стандартная базовая станция, которую применяют мобильные сети. Радиус покрытия этой станции составляет до 100 километров, вес около 300 кг. Такие базовые станции размещают в нежилых помещениях.
2. Микросота — это компактная базовая станция, распространенная в сетях операторов. От стандартной станции она отличается излучаемой мощностью и количеством поддерживаемых абонентов. Радиус покрытия достигает до 5 километров, вес — до 50 кг. Станцию размещают в контейнере и крепят к столбу.
3. Пикосота — это базовая станция малой мощности, которая принадлежит оператору и используется в качестве сети. Такая станция устанавливается в местах наибольшего скопления пользователей. Размерами напоминает ноутбук.

Базовые станции могут располагаться на крышах зданий, фонарных столбах. Внутри помещений (торговые центры, развлекательные центры) применяют пикосоты.

Строительство базовых станций сотовой связи

Территория города оптимально подходит для возведения БС сотовой связи, благодаря плотной застройке высокими зданиями. Но есть и ряд неудобств: железобетонные здания мешают эффективности сигнала, либо место, выделенное под строительство станции, сложно монтирования конструкции.

За чертой города, как правило, отсутствуют объекты, подходящие для установки станции. В этом случае требуется возвести антенно - мачтовое сооружение.

Станции размещают не только на вышках сотовой связи и высотках, но и на таких сооружениях, как трубы и элеваторы. Благодаря тому, что задействуют площади высотных конструкций, происходит существенная экономия на строительстве вышки, ведь порой высота вышки достигает 85 метров. Да и не всегда можно получить разрешение на строительство в желаемом районе.

Более простым и экономически выгодным остается вариант размещения специальной конструкции для установки базовой станции на готовом высотном объекте.

Монтаж и обслуживание базовых станций сотовой связи

Базовые станции сотовой связи - важнейший этап построения всей системы сотовой связи для передачи сигнала на заданной территории. Для обеспечения бесперебойной работы требуется правильно расположить и смонтировать базовую станцию. Этот процесс можно доверить только настоящим профессионалам своего дела.

Компании, обслуживающие станции сотовой связи

При выборе компании, обслуживающей станции сотовой связи, следует отдать предпочтение, тем, кто уже много лет работает в этой сфере.

Компания «Интеграция» на рынке строительства сетей с 2012 года. Компания устанавливает и обслуживает базовые станции в городе и за городом. Компания монтирует антенно - мачтовые сооружения, строит радиорелейные линии связи. При монтаже станции на жилых домах или высотных сооружениях выполняет согласование с жильцами и контролирующими органами.

Компания «Передовые технологии связи» - подразделение крупнейшего в России телекоммуникационного холдинга. Компания выполняет проектирование, монтаж, сервисное, гарантийное обслуживание и ремонт объектов. Заказчиками компании являются - «МТС», «МегаФон», «Tele2».

Производители и поставщики комплектующих для станций сотовой связи

Некоторые компании по производству комплектующих для станций сотовой связи сами занимаются проектированием и монтажом станций.

Компания «Телеконта» основана в 2001 году. Располагает собственным лабораторно - измерительным комплексом и производственной базой, где производит элементы антенно - фидерного тракта. Обладает патентами на антенны. Клиентами «Телеконта» являются - «МТС», «Мегафон», «СМАРТС» и другие компании.

ООО «ГРАУНДТЕХ» - производит и поставляет системы молниезащиты, аппаратов для бесперебойной передачи электрической энергии.

ООО «ГРАУНДТЕХ» является дистрибьютором Словенской компании производящей устройства защиты от импульсных перенапряжений.

На сегоднешний день в нашей стране почти каждый пользуется мобильной связью, но при этом далеко не все понимают, как именно она функционирует. О том, что мобильная связь и это прежде всего сеть базовых станций, мы задумываемся лишь тогда, когда замечаем возле своего дома или офиса один из таких объектов.

Значительное количество базовых станций и отсутствие достоверной информации относительно установки и работы БС становятся причинами обеспокоенности населения. Ведь отсутствие информации, как известно, мгновенно порождает слухи, домыслы и мифы, приводящие в результате к панике и радиофобии - боязни возможного негативного излучения от базовых станций. Так давайте разберемся, что представляет из себя базовая станция.

Базовая станция — это комплекс радиопередающей аппаратуры (ретрансляторы, приёмо-передатчики), которые осуществляют связь с конечным абонентским устройством — сотовым телефоном. Одна базовая станция стандарта GSM обычно способна поддерживать до 12 передатчиков, а каждый передатчик способен одновременно поддерживать связь с 8-ю общающимися абонентами. Зона покрытия от антенн базовой станции образует соту, или группу сот. Базовые станции соединены с коммутатором сотовой сети через контроллер базовых станций.

Базовые станции сотовых операторовБС являются приемо-передающими радиотехническими объектами, работающими в УВЧ диапазоне (300-3000 МГц). Кроме того, каждая БС дополнительно оснащена комплектом приемо-передающего оборудования радиорелейной связи, работающим в диапазоне 3-40 ГГц, отвечающим за интеграцию данной БС в сеть в целом. Мощность передатчиков БС обычно не превышает 5-10 Вт на несущую.

В основном применяются два типа передающих (приемо-передающих) антенн БС:

слабонаправленные с круговой диаграммой направленности (ДН) в горизонтальной плоскости — тип "Omni" и направленные (секторные) с углом раствора (шириной) основного лепестка ДН в горизонтальной плоскости обычно 60 или 120 градусов

Вредна ли сотовая связь?

В настоящее время достоверно подтвержден только косвенный вред антенн сотовой связи, установленных в населенных пунктах. Немецкие ученые протестировали работу 231 модели кардиостимуляторов при воздействии на них электромагнитного излучения сотовой связи стандартов NMT-450, GSM 900 и GSM 1800. Согласно результатам их исследования, более 30% кардиологических аппаратов испытывают помехи от телефонов, работающих в стандартах NMT-450 и GSM 900. Влияние телефонов стандарта GSM 1800 на кардиостимуляторы обнаружено не было.

Радиочастотный (РЧ) диапазон электромагнитных полей, на котором работает современная сотовая связь, лежит в пределах от 450 МГц до 1,9 ГГц. При обсуждении возможных неблагоприятных для здоровья эффектов от воздействии РЧ-полей необходимо подчеркнуть, что такие поля, в отличие от ионизирующего излучения (гамма-, рентгеновские лучи, коротковолновый ультрафиолет), независимо от их мощности не могут вызывать ионизацию или вторичную радиоактивность в организме.

Доказанным эффектом волн РЧ-диапазона с частотой выше 1 МГц является нагревание тканей, вследствие поглощения ими энергии ЭМП. Поля высокой интенсивности способны локально повышать температуру тканей на 10 °С. Даже менее значительное изменение температуры живых тканей может приводить к таким последствиям, как нарушение развития плода, понижение мужской фертильности, изменению гормонального фона. По данным ВОЗ, нагревание, вызываемое РЧ-полями с интенсивностью удовлетворяющей международным стандартам для сотовых телефонов и базовых станций, нивелируется за счет нормальной терморегуляции организма и не может вызывать какие-либо патологические изменения в клетках.

Эксперименты на кошках и кроликах показали, что РЧ-поля низкой интенсивности, не вызывая перегрева тканей, способны модулировать активность нервных клеток, за счет изменения проницаемости клеточных мембран для ионов кальция, что может негативно сказываться на работе центральной нервной системы. Имеются также данные о способности РЧ-полей повышать скорость пролиферации, изменять ферментативную активность и воздействовать на ДНК клеток.

Описанные эффекты ЭМП изучаются на животных более полувека, однако их последствия для здоровья человека остаются невыяснены. По заявлению Майка Репачоли, координатора Комитета по радиации и защите здоровья человека и окружающей среды ВОЗ, пока нет достоверных свидетельств вредного воздействия мобильной связи на здоровье человека.

SAR - удельный коэффициент поглощения

На сегодняшний день мировые стандарты, регламентирующие безопасность сотовых телефонов, характеризуют уровень излучения параметром SAR (Specific Absorption Rates - удельный коэффициент поглощения), который измеряется в ваттах на килограмм. Эта величина определяет энергию электромагнитного поля, выделяющуюся в тканях за одну секунду.

В Европе допустимое значение излучения составляет 2 Вт/кг. В США ограничения более жесткие: федеральная комиссия по связи (FCC) сертифицирует только те сотовые аппараты, SAR которых не превышает 1,6 Вт/кг. Такой уровень излучения не приводит к существенному нагреванию тканей, утверждают специалисты финского Центра радиационной и ядерной безопасности. Как сообщалось ранее, проведенное в этом научном институте исследование показало, что уровень SAR у 28 протестированных моделей телефонов находится в пределах от 0,45 до 1,12 Вт/кг.

В России допустимая интенсивность электромагнитных полей регламентируется санитарными правилами и нормами. Ограничения, наложенные СанПиН, измеряются в принципиально иных единицах по сравнению с общемировыми - ваттах на квадратный сантиметр, определяя при этом энергию, «входящую» в ткань за одну секунду. Причем электромагнитные волны в зависимости от их частоты и вида живой ткани, с которой они взаимодействуют, будут поглощаться по-разному.

Нормы СанПиН нельзя перевести в единицы SAR простым расчетным путем. Для того, чтобы определить соответствие новой модели сотового телефона российским стандартам, необходимо проводить лабораторные измерения. Эксперты отмечают, что российские требования фактически устанавливают более жесткие ограничения на мощность передатчиков сотовых телефонов, чем рекомендуют нормы Всемирной Организации Здравоохранения (ВОЗ). Однако, по мнению ВОЗ, такое завышение стандартов не имеет за собой никаких научных предпосылок.

Мобильники излучают меньше нормы

Исследование, проведенное финскими учеными, показало, что излучение самых популярных на сегодняшний день в мире мобильных телефонов примерно совпадает с уровнем, заявленным производителями, и намного ниже допустимых норм.

В ежегодном отчете финского Центра радиационной и ядерной безопасности (STUK) рассматриваются 16 новых моделей мобильников от ведущих мировых производителей, включая местную компанию Nokia, американскую Motorola, южнокорейскую Samsung Electronics, шведско-японскую Sony Ericsson и немецкую Siemens. Как пишет Reuters, в предыдущем отчете Центра, выпущенном в 2003 году, рассматривались 12 моделей телефонов.

Излучение всех рассмотренных моделей мобильников было значительно ниже так называемого удельного коэффициента поглощения (Specific Absorption Rate, SAR), допустимое значение которого в Европе составляет 2 ватта/кг. Такой уровень излучения не приводит к существенному нагреванию тканей или каким-то еще негативным последствиям для здоровья человека, утверждают специалисты STUK. По их словам, уровень SAR во всех 28 моделях, протестированных на сегодняшний день, находится в пределах от 0,45 до 1,12 ватт/кг.

В конце 2004 года были обнародованы результаты четырехлетнего исследования под названием Reflex, финансируемого Европейским союзом. Несмотря на вывод, что электромагнитное излучение в пределах SAR между 0,3 до 2 ватт/кг повреждает ДНК в лабораторных условиях, ученые не смогли однозначно доказать, что мобильники угрожают здоровью человека в реальной жизни. Они считают, что для подобных заключений необходимы дальнейшие исследования вне стен лаборатории — на животных и людях-добровольцах.

Однозначных научных доказательств вреда мобильников нет, но с каждым днем появляется все больше свидетельств того, что они все-таки представляют собой угрозу здоровью человека. Так, новые данные, опубликованные ирландскими медиками, свидетельствуют о том, что в этой стране уже каждый двадцатый ее житель стал жертвой излучения мобильных телефонов. Симптомами переоблучения, по данным ирландских специалистов, являются: усталость, спутанность сознания, головокружение, бессонница или нарушение сна, тошнота, раздражение кожи. По мнению ирландских медиков, подобная симптоматика зарегистрирована в большинстве стран, где мобильная связь получила широкое распространение.

Результаты других аналогичных исследований также внушают немалую тревогу. Так, сообщалось о том, что мобильные телефоны могут провоцировать астму и экзему, разрушают клетки крови и наносят вред мужскому здоровью. Опасность, которую мобильный телефон представляет для развивающегося организма детей, в настоящее время мало кем оспаривается — дошло до того, что в Великобритании была прекращена продажа мобильников, предназначенных специально для детей.

«Также важно, чтобы в будущем нормы излучения мобильных телефонов и базовых станций основывались на самых современных и научно доказанных данных, подтверждающих эффект от воздействия излучения на здоровье», — говорит Кари Йокела (Kari Jokela) из STUK. Финские ученые отмечают, тем не менее, что некоторые исследования Центра выявили некоторые признаки того, что СВЧ-излучение телефонов может вызывать небольшие изменения жизнедеятельности клеток, однако этих фактов недостаточно для выводов о влиянии излучения мобильников на здоровье человека.