Методы улучшения электромагнитной обстановки в местах размещения базовых станций систем сотовой связи
24 февраля 2015
Рубрика: Мобильная связь, Связь и телекоммуникации.
Автор: Бобур Шодиев.

За последние десятилетия мы являемся свидетелями бурного развития систем подвижной радиосвязи. Опыт эксплуатации действующих систем показал их несомненную перспективность в плане их дальнейшего усовершенствования. Системы сотовой связи (ССС) являются одним из наиболее перспективных сегментов международного рынка телекоммуникаций и динамично развиваются во всех странах мира. Сегодня это массовая система радиотелефонной связи с подвижными объектами, использующаяся в более чем 160 странах на всех континентах. Число абонентов сотовой связи в мире превысило 4 млрд. и продолжает расти. И этот рост сотовых систем позволяет в настоящее время уверенно планировать поэтапный переход от технологий 3G к новым технологиям 4G во всем мире.

Проблема увеличения пропускной способности каналов связи становится в последнее время основной для сотовых операторов, столкнувшихся при переходе на высокоскоростные протоколы связи с лавинообразным увеличением объемов передачи данных. Вместе с тем проблемы, возникающие при переходе от технологий GSM к LTE, операторы традиционно решали путем деления микросот на сектора или использованием более мелких сот, то есть переходом на микро- и пикосотовую структуру сетей. Это, в свою очередь, обеспечивало переход от громоздких башен на земле к более часто расположенным модульным опорам, как части инфраструктуры населенных пунктов. В результате неэффективного, нецелесообразного планирования и проектирования сетей, густонаселенные города и мегаполисы могут превращаться в своего рода антенные полигоны, не только усложняя электромагнитную обстановку этих районов, но и ухудшая внешний облик городов.

В этих условиях одной из важнейших задач радиочастотных органов становится обеспечение электромагнитной совместимости, действенного технического контроля за использованием радиочастотного спектра и эксплуатацией радиоэлектронных средств. Управление использованием спектра представляет собой сочетание административных, технических и экономических процедур, направленных на обеспечение эффективной работы оборудования и служб радиосвязи без создания вредных помех.

Проектирование — один из наиболее сложных и ответственных этапов развертывания ССС, поскольку оно должно обеспечить наиболее близкое к оптимальному построение сети по критерию «функциональная эффективность–стоимость». При проектировании ССС необходимо определить места установки базовых станций (БС) и распределить имеющиеся частотные каналы между ячейками (составить частотно-территориальный план в соответствии с принципом повторного использования частот) таким образом, чтобы обеспечить обслуживание сотовой связью заданной территории с требуемым качеством связи при минимальном числе БС, т.е. при минимальной стоимости инфраструктуры сети. На практике эта задача является далеко не простой. С одной стороны, чрезмерно частая расстановка БС невыгодна, так как влечет за собой неоправданные затраты. С другой стороны, слишком редкое расположение БС может привести к появлению необслуживаемых участков территории, то есть снижению качества обслуживания, что также недопустимо. Задача дополнительно осложняется трудностью аналитической оценки характеристик распространения сигналов и расчета напряженности электромагнитного поля, а также необходимостью учета неравномерности трафика в пределах обслуживаемой территории.

В проектируемой сети обязательно проводятся экспериментальные измерения характеристик электромагнитного поля, и по результатам измерений схема сети также корректируется. Необходимый объем экспериментальных измерений и частота их повторения определяются на основании опыта проекти­ровщиков. Окончательно качество проекта оценивается уже на этапе эксплуатации сети, где также неизбежны его корректировка и доработка, особенно в самом начале работы, когда проводятся настройка и оптимизация сети. Этот этап работы фактически оказывается наиболее трудоемким. Доработки проекта требуются по мере развития и совершенствования сети, для повышения ее качества.

Качество услуг, предоставляемых ССС, во многом определяется характеристиками ее сети радиодоступа, в частности, подсистемы базовых станций. В процессе планирования подсистемы БС решаются следующие задачи:

  • обеспечение радиопокрытия территории, на которой должны предоставляться услуги связи;
  • построение сети, емкости которой будет достаточно для обслуживания создаваемого абонентами трафика с допустимым уровнем перегрузок и учетом часов наибольшей нагрузки;
  • оптимизация решения указанных выше задач (с использованием минимального числа сетевых подсистем и элементов) на протяжении всего цикла сети.

На протяжении всего жизненного цикла сети число ее абонентов, объем трафика и его распределение по обслуживаемой территории и даже сами территории обслуживания постоянно претерпевают изменения. Кроме того, существуют сезонные (периодические) изменения объема трафика и его территориального распределения. Следовательно, конфигурация подсистемы БС должна достаточно оперативно адаптироваться к происходящим изменениям, поэтому ее планирование — это непрерывный и систематический процесс. В нем можно выделить несколько этапов:

  • планирование зон радиопокрытия;
  • планирование абонентской емкости;
  • частотное и территориальное планирование;
  • анализ работы и оптимизация сети.

На этапе планирования радиопокрытия определяется минимально необходимое число БС (сот), их оптимальное расположение на местности и их радиотехнические параметры для обеспечения радиопокрытия заданной территории с требуемым уровнем мощности радиосигнала, принимаемым мобильным терминалом.

При этом задача обеспечения оптимального радиопокрытия может различаться в зависимости от характера обслуживаемой местности.

  1. Например, в сельских местностях главная задача — это обеспечить большие зоны охвата за счет высокой мощности передачи и больших высот антенн (обычно ненаправленных антенн).
  2. В городах, где нагрузка интенсивная, главная задача — это обеспечение максимальной емкости сети и компактных размеров ячеек с небольшой мощностью и низко размещенными антеннами (часто с помощью направленной антенны и секторных ячеек). В городских районах целесообразно использовать «зонтичные» базовые станции, т.к. они охватывают и такие районы, которые недостаточно охвачены малыми ячейками.

Надо также отметить, что при развертывании ССС на заданной территории несколькими операторами сотовый связи, вышеуказанные задачи и проблемы усложняются в несколько раз.

В этой связи актуальными становятся задачи обеспечения электромагнитной обстановки и улучшения электромагнитного фона в районах размещения БС, облегчение процесса проектирования и эксплуатации сетей сотовой связи и снижение затрат на антенно-мачтовые сооружения, а также улучшения внешнего облика больших городов за счет более грамотного размещения антенн БС. В качестве мер достижения этих целей на нынешнем этапе развития ССС можно выделить следующие:

  1. Использование адаптивных, интеллектуальных антенн (Smart Antennas) на основе технологий MIMO и AAS.
  2. Использование единых универсальных антенн для обслуживания двух и более БС разных операторов.
  3. Размещение антенн БС разных операторов на единой мачте.
  4. Установка антенн БС на столбах уличного освещения и других имеющихся высотных сооружениях в центральных районах городов для сохранения их эстетичного вида.
  5. Объединение операторов сотовой связи на базе единой сети радиодоступа для обеспечения высокой эффективности эксплуатации сетей и использования радиочастотного спектра.
  6. Соединение элементов сети радиодоступа на основе волоконно-оптических линий связи (технология Radio on Fibre, RoF), что позволит обеспечить прозрачную взаимосвязь между БС и антенными устройствами по волоконно-оптическим кабелям.

Реализация вышеуказанных мер должна обеспечить достижение следующих результатов:

  • улучшение электромагнитной обстановки в местах размещения БС;
  • более эффективное и целесообразное использование радиочастотного ресурса;
  • сокращение уровня электромагнитного излучения, пагубно влияющего на здоровье человека;
  • уменьшение количества антенно-мачтовых сооружений на крышах зданий в центральных районах городов и улучшение их внешнего облика;
  • упрощение процесса проектирования и развертывания сетей сотовой связи;
  • сокращение капитальных и эксплуатационных затрат операторов сотовой связи;
  • совершенствование процедуры регулирования работы операторов сотовой связи со стороны управляющих и радиочастотных органов;
  • ускорение темпов внедрения и развития новых технологий в сфере мобильной связи и поддержка операторов в их технологическом развитии.

В заключение можно отметить, что в мире уже имеется практика применения многих из приведенных выше мер улучшения электромагнитной обстановки в местах размещения базовых станций сотовой связи, и в настоящее время ведутся активные исследования в этих направлениях. Задача представителей отрасли мобильной связи в нашей стране — быть в курсе происходящих совершенствований и, по возможности, максимально быстро внедрять их на практике. Важнейшую роль в этом процессе призваны сыграть регулирующие органы страны при активном участии научно-исследовательских и проектных организаций.

Orphus system
Подписывайтесь на канал infoCOM.UZ в Telegram, чтобы первыми узнавать об ИКТ новостях Узбекистана
В Telegram
В WhatsApp
В Одноклассники
ВКонтакте