Автор: Андрей Абрамов, начальник отдела сетевых решений Восточная Европа и Центральная Азия, компания "Эрикссон"

Если спросить о том, "что такое система сотовой связи" студента первого курса института сотовой связи, то, вероятнее всего, он ответит, что это ему хорошо известно, - это система, позволяющая передавать радиосигналы без проводов. Если о том же самом спросить  директора сети сотовой связи, он, вероятно, ответит - "это такой механизм, который позволяет заработать больше, чем потратить".

Если следовать первой логике, то радиооборудование сети сотовой связи, это набор соединенных по определенной схеме радиодеталей, позволяющий передавать радиосигналы без проводов, подчиняясь законам Кирхгофа и Ома. Это позволяет относиться к такому оборудованию, как к commodity, т.е. к чему-то, не имеющему отличительных особенностей. Базовые станции и контроллеры, в рамках такой логики, это  продукты типа муки, сахара или хлеба, когда зачастую не имеет принципиального значения, кем и где произведен такой продукт.

В логике второго ответа, базовая станция - это "бизнес-машина", позволяющая оператору строить доходный бизнес.

Многие вендоры до сих пор продвигают оборудование для строительства радиоподсистемы, как набор "железных шкафов", напирая на отсутствие каких-либо отличий между продуктами различных производителей. Между тем, такие отличия существуют и в лекции, предлагаемой вашему вниманию, речь пойдет о базовых станциях Ericsson, в терминах "бизнес-машины".

Как было отмечено в предыдущей лекции, есть решения, позволяющие увеличить покрытие и есть решения, позволяющие увеличить емкость сети

В рамках второй логики, оборудование сайта - это "бизнес-машина", применение которой позволяет оператору зарабатывать деньги.

Один и тот же блок dTRU базовой станции Ericsson может быть использован в различных конфигурациях

С технической точки зрения, базовая станция должна обеспечивать двустороннюю радиосвязь - в направлении от мобильного терминала к базовой станции (uplink) и от базовой станции - к терминалу (downlink).

Есть способы, позволяющие добиться выигрыша (в терминах "бизнес-машины") от использования сайта, за счет повышения мощности базовой станции и ее чувствительности при приеме сигналов мобильных терминалов, а также манипулировать понятиями емкость-покрытие.

На слайде показаны основные из таких способов: использование комбинированного (или некомбинированного) режима работы передатчиков, примение когерентного режима работы, что позволяет достигать роста мощности сигнала базовой станции, а следовательно улучшать покрытие, манипулируя емкостью сайта, а также использование приема с пространственным разнесением, что позволяет добиться роста чувствительности, т.е. опять-таки улучшить покрытие. Все эти способы позволяет задействовать серийное оборудование базовой станции компании Ericsson.

На фото справа - сдвоенный приемопередатчик Ericsson, который уже почти два года поставляется в том числе и в Россию, и позволяет на практике реализовать все перечисленные выше режимы работы оборудования.

Первые три способа включения оборудования можно чередовать даже дистанционно, управляя выбором режима работы из центра управления и обслуживания сети сотовой связи. 

Основное внимание мы уделим режиму работы передатчиков в когерентном режиме.

Идея повышения мощности сигнала, излучаемого базовой станцией, для того, чтобы добиваться большей площади покрытия, не нова. Разница существует в способах, которые могут быть для этого использованы.

Очевидный способ - "просто" сделать передатчик более мощным. Известны даже вендоры, которые идут этим путем, создавая в рамках линейки своих продуктов, передатчики более высокой мощности. Между тем, до 80% базовых станций сегодня установлена в городах и пригородах, где избыточная мощность передатчиков, как правило, не только не нужна, но и вредна! На какие только ухищрения не идут операторы сотовой связи, чтобы снизить мощность сигнала городской соты - и устанавливают антенны ниже, наклоняя их так, чтобы ограничить распространение сигнала узким сектором, зачастую не превышающим сотни метров, и программно ограничивают мощность сигнала, выдаваемого передатчиком на вход антенны.  

Но там, где установлены 20% базовых станций, т.е. в относительно малонаселенных районах с невысокой плотностью трафика, задача совсем иная - антенны поднимаются выше, а от соты требуется как можно большая мощность сигнала.

Как разрешить это противоречие? Можно, конечно, выпускать различные приемопередатчики "для города" и для "деревни". Но практика показывает, что такая бизнес-модель не выдерживает конкуренции с решениями, основанными на серийном оборудовании (как с точки зрения производства, так и с точки зрения расходов на эксплуатацию). Можно пойти иным путем - сделать сразу мощные передатчики. Тогда в городах, т.е. в 80% случаев (для России) эта мощность заведомо окажется невостребованной. Это невыгодно оператору.

Конструктивные особенности трансиверов Ericsson позволяют выбирать различные схемы включения передатчиков.

Иной путь выбрала компания Ericsson. Серийные базовые станции оснащены передатчиками средней мощности, но конструктивные их особенности, а также соответствующий софт позволяет реализовать различные схемы включения этих передатчиков, что позволяет манипулировать выходной мощностью сигнала.

Синхронизацию передатчиков удобно осуществлять только в случае, если приемопередатчики стоят в одном модуле.

Синхронизацию передатчиков удобно осуществлять только в случае, если приемопередатчики стоят в одном модуле. Именно то, что Ericsson использует в своих базовых станциях сдвоенные dTRU является физической предпосылкой для того, чтобы было возможно организовать работу передатчиков в когерентном режиме.

Результаты драйв-теста, показанные на картинке наглядно иллюстрируют, какого выигрыша (downlink) удается достигнуть в случае использования когерентного включения передатчиков.

Для борьбы с федингом традиционно используется метод некогерентного излучения с различных антенн, что, в теории, должно позволять телефону с помощью встроенного эквалайзера выбирать лучший из двух поступающих несинфазных сигналов. Практика показала, что серьезного выигрыша данный метод не обеспечивает, прежде всего потому, что он не дает возможность увеличить радиус соты (поскольку не увеличивает абсолютный уровень сигнала). К тому же использование данного метода требовало применение двух передающих антенн вместе одной (а, следовательно, ограничивает число конфигураций базовых станций где этот метод может быть использован). Третий недочет метода, и очень существенный - он не работает с EDGE.

Иное дело - когерентное сложение мощностей двух передатчиков, что обеспечивает не только рост площади покрытия в пределах прежней границы соты (за счет улучшения качества сигнала в "мертвых" зонах и улучшения indoor-покрытия.рост радиуса соты), но и рост площади за счет увеличения размера соты.

Возможные варианты включения приемопередатчиков Ericsson

Слева показан вариант, когда в блоке работает два передатчика TRX1 и TRX2 и четыре приемника RX, по два на каждый передатчик, что обеспечивает пространственное разнесение.

В центре показано включение в режиме TCC (когерентный режим). Здесь два передатчика излучают синфазно, а из приемников используется только два - RXA и RXB.

Обычно, критичным для организации сотовой связи является downlink. Для его улучшения и приходится идти на всякие ухищрения - поднимать антенны повыше, включать передатчики в когерентный режим, использовать более дорогостоящие фидеры большого сечения. Но иногда ограничения задает uplink - для его улучшения предназначен вариант включения, показанный на рисунке справа.

В этом варианте включения передатчики работают в когерентном режиме, а для приема используются все четыре приемника (соответственно потребуется удвоить число антенн).

Принимая сигнал на разнесенные антенны, можно добиться выигрыша

Поскольку фединг подчиняется определенным статистическим законам, принимая сигнал на две пространственно разнесенные антенны, т.е. увеличивая вероятность получения сигнала, можно добиться выигрыша от 3.5 до 4.5 дБ.

Rx divercity позволяет добиться выигрыша

Если вместо двух антенн будет 4, выигрыш будет еще больше, достигая 7-9 дБ. Серийное оборудование Эрикссон обеспечивает возможность всех перечисленных выше видов включения (опять же в рамках серийного оборудования, т.е. dTRU), в том числе и когда задействуются все четыре приемника, что позволяет добиться максимальной экономической эффективности в каждом конкретном случае. 

Добиться реального выигрыша при увеличении "дальнобойности" соты GSM позволяет только режим TCC.

То, что зона приема GSM-сигнала не обязательно должна быть ограничена 35 км, как того требует стандарт, знают практически все производители. Теоретически можно снять это ограничение за счет выделения для сигнала "сдвоенных" тайм-слотов, что позволяет устранить негативное влияние задержки сигнала.

Выделение сдвоенных тайм-слотов позволяет обойти ограничение "дальнобойности" в 35 км.

Как устроено решение Extended Range

В теории решение Extended Range может обеспечивать "дальнобойность" соты GSM вплоть до 121 км.

На практике оказывается, что простого объединения тайм-слотов недостаточно, "дальнобойность" станции зачастую вырастает ненамного, поскольку сигнал базовой станции не всегда обладает достаточной мощностью для того, чтобы быть "услышанным" абонентским терминалом. (Исключения возможны, например, сигнал GSM неплохо распространяется над акваториями, поэтому в прибрежных районах может находить применение решение, подразумевающее наличие "сдвоенных" тайм-слотов для увеличения "дальнобойности" соты). В обычной местности эффективное решение проблемы обеспечивает комбинированное применение "сдваивания" слотов и включения передатчиков в когерентном режиме, что существенно повышает энергетику сигнала, обеспечивая возможность его устойчивого приема мобильным терминалом - именно такое решение предлагается в рамках концепции Expander. В частности, на оборудовании Ericsson, задействованном в соответствии с концепцией Expander реализовано несколько сайтов в Австралии, задача которых "освещать" ряд прибрежных островов. Комбинация TCC, пространственного разнесения (4 приемника!) и Extended Range позволили добиться обеспечения покрытия GSM на расстоянии около 110 км от соты! На суше, например, в северных районах Китая результат скромнее - около 70 км, однако и таких результатов вряд ли можно было бы добиться без TCC.

Но не следует забывать, что за любой выигрыш приходится платить, в данном случае за наращивание дальности связи мы расплачиваемся емкостью соты ("лишними" тайм-слотами, либо передатчиками при TCC, либо тем и другим в комбинированном режиме). Важно отметить, что даже в пределах одного "кабинета", можно эффективно использовать различные сочетания включения оборудования, например, один сдвоенный трансивер способен работать в когерентном включении передатчиков, а другой трансивер - в некогерентном, что позволяет сохранить емкость вблизи сайта при одновременном расширении площади покрытия и дальнобойности соты).

Как увеличить емкость соты

Кроме решений, увеличивающих покрытие, концепция Expander включает и решения, увеличивающие емкость - Half Rate и Call Queing.

Half Rate - емкость за счет качества передачи речи

При отказе от использования стандартной скорости кодирования FR (full rate) в пользу уменьшенной скорости - HR (half rate), можно передавать уже не один, а два "голоса" в каждом тайм-слоте. Мнения относительно HR различаются, кто-то считает качество передачи голоса в этом режиме неудовлетворительным, кто-то, напротив, убежден в "избыточности" HR. Так или иначе, этот режим активно используется, в том числе и в московских сетях всеми операторами GSM, наряду с FR.

Поскольку рынок реагирует на качество услуги, т.е. если оператор будет использовать только HR, абоненты будут недовольны и начнут уходить. Существует полученный опытным путем "порог терпимости", считается, например, что если доля передачи в режиме HR составляет не более 30% в "часы наибольшого напряжени", то абоненты не уходят, хотя и могут временами испытывать неудовольствие от качества связи.

Очередность вызовов - как выиграть емкость соты программным путем

Использование функции EMLPP стандарта GSM, что позволяет ввести "очередность вызовов" или call queuing, дает возможность улучшить работу сети, базовые станции которой часто находятся в состоянии перегрузки, что по сути означает расширение емкости сети (за счет роста к.п.д. радиоподсети).

Как построена сейчас работа абонента с сетью, если в зоне действия абонентского терминала соты заняты? Получив сигнал отбоя, абонент зачастую начинает перенабирать номер, дополнительно увеличивая нагрузку на сигнализацию сети. Предлагаемая функция "Очередность вызовов" заставляет трубку "немного подождать", при этом абонент по-сути ставится в виртуальную "очередь" на обслуживание. Ожидать долго абонента не заставят, речь обычно идет о максимальной разрешенной задержки соединения до 10 секунд.

Учитывая что среднее время разговора в регионах России составляет 36 секунд (10 мЭ), можно посчитать, что выигрыш в "емкости" соты достигает от 40 до 80% (емкость сайта составляет 2.2 Эрланг) для случая, когда мы хотим обслужить 95% абонентов. По-сути, речь идет о росте к.п.д. соты.

Комбинируя HR и "очередность вызовов", можно добиваться заметного прироста емкости соты.

На каком оборудовании может реализовываться концепция Expander? На серийном оборудовании Ericsson.

• RBS2106 и RBS2206 - мощные станции, каждая из которых включает 12 передатчиков.

• Хорошо зарекомендовали себя RBS2107 и 2207 - каждая с 6-ю передатчиками (3 dTRU).

• Выходит на рынок небольшая станция RBS2112, построенная на основе одного dTRU (два передатчика).

Все это оборудование позволяет оператору внедрять любые элементы концепции Expander, которые были рассмотрены в рамках лекций предложенных вашему вниманию.

© Андрей Абрамов, начальник отдела сетевых решений Восточная Европа и Центральная Азия, компания "Эрикссон", запись Алексей Бойко, "Мобильный форум"

Другие материалы раздела "Кафедра MForum", адресованные инженерному составу операторов и учащимся вузов телекоммуникационных специальностей - здесь ->>>>.