Сегодня основные операторы сотовой связи в США планируют запуск услуг LTE в диапазоне 700 МГц. И уже на этапе планирования сетей, операторы нацеливаются на их построение по микросотовой технологии. Кроме того, операторы намереваются использовать распределенные антенные системы (DAS), чтобы расширить зону действия таких систем, одновременно сокращая проблемы с частотным диапазоном и транспортными сетями (вот здесь не понял автора). Все эти действия сигнализирую - основную проблему в США видят в повышении емкости сети, не в покрытии. Впрочем, эта повышенная емкость будет требоваться в намного большем числе точек, чем это было с сетями 3G.

Какое влияние оказывает LTE на емкость сети


Говоря в общем, чем ниже частота, тем лучше проникновение радиоволн, например, через стены помещений. Запуск LTE в диапазоне 700 МГц - осознанный выбор, после того опыта, который был получен в сетях 3G с их частотными диапазонами 1900 и 2100 МГц. Автоматически операторы обеспечивают лучшее покрытие внутри помещений. Но, как уже сказано выше, не покрытие является основной проблемой LTE, а емкость сетей. Учитывая тех пользователей, которые найдутся в помещениях, куда попадет сигнал LTE, оператору придется иметь дело с гораздо более населенной территорией, чем если бы внутреннее покрытие отсутствовало. Отсюда автоматически следует, что размер сот должен быть небольшим или даже маленьким, чтобы система могла обеспечить необходимую пропускную способность. 

Опубликованные расчеты Verizon и других основных операторов дают такие опорные цифры - скорость, которая окажется доступна каждому абоненту сети будет колебаться в диапазоне 5-12 Мбит/с для скачивания данных и 2-5 Мбит/с при передаче. Это существенно больше, чем достижимые в среднем скорости 0.8-1.2 Мбит/с и 0.2-0.4 Мбит/с в сетях 3G (EV-DO, UMTS, HSPA). Из этого следует, что на каждого абонента LTE потребуется планировать примерно в 5-10 раз большую пропускную способность соты.

Да, кое-что удастся получить за счет большей эффективности протокола LTE, за счет использования антенн 2x2 MIMO. Но этого не будет достаточно, чтобы обеспечить в 5-10 раз большую полосу на абонента. А значит, соты должны стать намного меньше, чем сегодняшние.

Как небольшие соты могут помочь нарастить пропускную способность сети

Разделение сот или разбиение больших сот на меньшие - это обычная практика, которой операторы пользовались несколько лет там, где требовалось повысить емкость сети. Типичные ситуации - отдельные точки в городе с плотным людским траффиком, например, аэропорты, стадионы. Проблемы решали, например, разделением этих зон на сектора с тем, чтобы у каждого сектора получилась бы необходимая емкость. Однако, в зонах, где трафик был плотным, а секторизацию не проводили, абоненты могли сталкиваться с обрывами вызовов, длительным установлением вызовов, медленным откликом сети, даже в случаях, когда телефон показывал высокий уровень сигнала. Это как раз и были случаи, когда обеспечивается покрытие, но нет необходимой емкости. 

В случае с LTE, который "заточен" под беспроводную передачу данных, проблемы с емкостью нужно будет решить для куда большего числа точек. Кроме стадионов и транспортных узлов, мы неминуемо столкнемся с проблемами с емкостью сети в городских центрах, пригородных торговых центрах, офисных зданиях, университетах, госпиталях и во многих других локациях. Но за счет развертывания множества небольших сот, операторы смогут предоставить всем желающим адекватную емкость. Ключевой вопрос при этом - каким же способом лучше всего обеспечить архитектуру небольших сот?

Проблема с небольшими сотами

Традиционно, мобильные операторы просто строят соты (устанавливая их на башнях, на крышах и т.п.), всюду, где им нужно покрытие или пропускная способность. Новое поколение пикосот или фемтосот еще меньше и еще дешевле, и такие устройства можно ставить практически без технических затруднений.  Их использование - еще одна возможность, которую получают операторы, задумывающиеся от строительстве сетей LTE. Но если предположить, что сеть LTE потребует развертывания примерно в 3 раза большего числа баз, нежели сеть 2G/3G.... (если не в 4-5), то нетрудно догадаться, что операторов ожидает немало сложностей в строительстве сети, не важно, какие именно базы они будут в ней использовать. Вот примерный список:

Каждая базовая станция, образующая пико- или фемтосоту, может работать на одной частоте, при этом  оператору может понадобиться поддерживать работу соты на нескольких частотах в одном и том же месте и в одно и то же время. Это означает, что под каждую полосу частот потребуется уникальная базовая станция, что неминуемо окажет негативное влияние на экономику такого решения, как с точки зрения стоимости покупки оборудования, так и в перспективе его обслуживания. 
 

• Каждая пико- или фемто-станция будет требовать собственного подключения к опорной сети, что также негативно влияет на стоимость проекта. 
• Существующим операторам 2G/3G придется торговаться за площадки под установку, аренду помещений, подведение электропитания и решать иные вопросы, связанные с необходимостью создания множества новых площадок. 
• Во многих городах уже есть серьезные проблемы с получением площадок, пригодных для размещения крупных сайтов сотовой связи (в западных странах это могут быть архитектурно-дизайновые ограничения, например). 
• Увеличения числа сот на 300-500% вызывает пропрорциональный рост сложности управления сетью и операционных затрат
• Базовые станции обеспечивают, как емкость, так и покрытие, поэтому операторам придется обеспечить большую зону покрытия, даже если они этого и не особенно хотят, чтобы добиться необходимой емкости. 

На рисунке показан городской центр с инфраструктурой 3G. На втором рисунке показана инфраструктура LTE. Оба примера подразумевают, что для обеспечения покрытия и емкости используются только базовые станции. 

Использование DAS улучшает архитектуру небольших сот

Распределенная антенная система (DAS) расширяет покрытие соты, за счет доставки сигнала базовой станции соты с помощью набора небольших удаленных антенн. Эти антенны могут устанавливаться внтури зданий, на парковках, в метро и в других городских структурах, либо их можно размещать на улице, там, где требуется улучшить покрытие.

В отличие от базовых станций, которые требуют тщательного конфигурирования и опыта установки, DAS просто раскидывают сигнал от базы туда, где это требуется - они могут излучать сигналы разных частот - все, что придет к ним от базовой станции, а более "продвинутые" DAS умеют выдавать одинаково высокий сигнал в каждую антенну, независимо от того, насколько она удалена от базовой станции. Единожды установленные, DAS виртуально прозрачны для сети и практически не требуют обслуживания. Их небольшие антенны легко могут закрепляться непосредственно на стенах зданий, на потолке офисных помещений или даже на различной уличной фурнитуре, не вызывая критики со стороны городских архитекторов. 

Случай, когда оператор использует DAS для расширения покрытия и емкости, показан на рис. 3.

Такое решение предлагает оператору ряд преимуществ:
 

• Использование DAS доставляет сигнал ближе к потребителю, что улучшает равномерность и качество покрытия по сравнению с использованием обычных "централизованных" АФУ.
• Использование DAS делает возможным легкое и экономичное добавление емкости (за счет подключения новых базовых станций, устанавливаемых на существующих площадках, либо даже создание централизованных "отелей для базовых станций", либо наращивание покрытия, за счет увеличения рамеров DAS.
• DAS делает возможным использование меньшего  числа базовых станций, что упрощает управление и снижает стоимость развертывания и стоимость опорной сети, снижает общую сложность сети.
• Использование небольших антенн DAS помогает преодолеть запреты архитекторов, радеющих за эстетический вид городов и ускоряет развертывание сети.
• Использование DAS повышает спектральную эффективность, поскольку направленные антенны позволяют манипулировать конфигурацией покрытия, что уменьшит интерференцию на соседних секторах и каналах. 
• Использование DAS упрощает внедрение поддержки MIMO, что влечет за собой дальнейшее улучшение покрытия или пропускной способности, что нужнее в данной точке.

На сегодня DAS видится, как простая мера для решения проблем  с емкостью или покрытием сети в местах особенной загрузки. Но по мере развития LTE и роста требований к пропускной способности сети, DAS может стать наиболее эффективным по цене и гибким способом обеспечения надлежащей пропускной способности.