Как выбирают место для сотовой станции? Рассказывает радиоинженер
Привет всем, кто заглянул на мой канал!
Наша жизнь сейчас сильно зависит от сотовой связи. Без мобильного телефона большая часть из нас не обойдётся и 5 минут — там всё 🙂 Но без покрытия оператора позвонить удастся разве что через Wi-Fi, да и его еще надо найти. Поэтому базовые станции сотовой связи стараются располагать как можно чаще, особенно в городах где абонентов больше всего. А как выбирают место для размещения новой станции расскажу в этой статье!
Главным критерием конечно же является необходимость самой станции , точнее улучшения покрытия. В любом городе и у любого оператора всегда найдутся места где надо бы усилить сигнал. Да и не мне вам рассказывать — каждый наблюдал на своём телефоне пустую шкалу сигнала 📶 или даже значок отсутствия сети в каком-нибудь торговом центре или новом жилом доме.
Но для установки оборудования и антенн сотовой связи ещё надо найти подходящий объект. Вариантов много: дома, казённые учреждения, офисные и торговые центры, трубы котельных и многое другое. Но не все владельцы соглашаются на установку антенн . И дело тут даже не в пресловутом вреде от излучения . Кто-то не хочет портить внешний вид здания, кому-то запрещают сдавать в аренду устав предприятия и есть те кто не хочет проблем из-за каких-то копеек — на их взгляд.
Поэтому для сотрудников оператора первой задачей стоит найти подходящий по высоте, несущей способности объект , хозяева которого хотят и могут получать деньги 💰 А такие находятся 🙂
Но это еще не всё. Станция работает не сама по себе и зависит от ядра сети, к которому надо организовать транспортный канал . Если это одиночная станция, то чаще всего рассматривают радио-релейный (РРЛ) пролёт.
Тогда нужна прямая видимость до какой-то другой станции с места установки РРЛ-антенны. Если такой видимости нет — то рассматривают возможность прокладки оптического канала или аренды транспорта, ну или сразу подыскивают другой объект для сотовой станции.
Ещё один фактор, чтобы отмести объект для установки антенн — это наличие других близко расположенных зданий, попадающих в зону покрытия станции . Обычно выбирают здания, с которых открывается вид в разные стороны. Если рядом стоит жилой дом 🏠, школа и т.п., то на такую станцию не дадут разрешение от государства.
Учитывая все выше перечисленные ограничения иногда не удаётся найти места для станции в целом районе. Это приводит к плохому покрытию не только внутри помещений, но и даже на улице. В некоторых городах на выручку приходят местные власти способствующие установке столбов двойного назначения (вместо фонарных столбов и столбов для подвеса электрических кабелей ☝). Такое решение стало настоящей панацеей, но пока еще мало распространено по России.
Базовая станция сотовой связи — описание оборудования, принцип работы
Наверно на территории России невозможно найти человека, никогда не звонившего по сотовому телефону. Но не каждый понимает, как функционирует эта связь. А тем более как устроены и работают базовые станции сотовой связи. Хотя они скорее всего попадаются на глаза каждый день всем жителям городов и сёл. Базовые сотовые станции стоят в чистом поле и близко от домов, практически на соседних крышах. Поэтому нелишним будет знать как они выглядят, работают и позволяют нам общаться с соседями через стенку и родственниками за тысячи километров.
p, blockquote 1,0,0,0,0 —>
p, blockquote 2,0,0,0,0 —>
Общие сведения о базовой станции
Чтобы понять, что такое базовая станция, необходимо иметь представление из чего вообще состоят сотовые сети. Опыт развития мобильной технологии привёл к разделению функций и логической разбивке системы на три подсистемы. Каждая из которых это замкнутый элемент, выполняющий определенные обязанности. Это целесообразно, и позволяет эффективно контролировать работу, отслеживать неисправности и исправлять ошибки в процессе развития и эксплуатации мобильной связи.
p, blockquote 3,0,0,0,0 —>
Доступность, качество и непрерывность связи осуществляется благодаря трём подсистемам:
p, blockquote 4,0,0,0,0 —>
- эксплуатации и технического обслуживания — Operation Subsystem или OSS.
- коммутации — Switching Subsystem или SSS.
- базовых сотовых станций — Base Station Subsystem или BSS.
В общей системе подсистема OSS контролирует качество обмена данными и управляет всеми компонентами. Устранение неисправностей, управление нагрузкой и контроль работы оборудования осуществляются автоматически или в ручном режиме обслуживающим персоналом.
p, blockquote 5,0,0,0,0 —>
Подсистема коммутации это скелет всей сети GSM. Она обеспечивает коммутацию, регистрацию домашнего и гостевого месторасположения, аутентификацию абонентов.
p, blockquote 6,0,0,0,0 —>
И наконец, подсистема базовых сотовых станций. В её состав входят:
p, blockquote 7,0,0,0,0 —>
- Транскодеры — TRAU.
- Контроллеры — BSC.
- И непосредственно базовые сотовые станции — BTS.
Транскодеры и контроллеры помогают функционировать подсистеме, а на отдельные станции возложены следующие обязанности:
p, blockquote 8,0,0,0,0 —>
- Радиосвязь в определённой соте;
- Контроль качества обмена данными (связи);
- Обмен данными между собой;
- Управление мощностью сигнала.
Каждая базовая сотовая станция это центр соты, обеспечивающая передачу данных и создающая регламентированную зону обслуживания (покрытия). Отсюда и появилось название — сотовая связь.
p, blockquote 9,0,0,0,0 —>
Сама базовая сотовая станция это комплекс из антенны (антенн), радио модуля и блока питания. Антенны принимают и передают, радио модуль обрабатывает и усиливает сигнал, а блок питания снабжает базу электроэнергией. Располагают базовые антенны на зданиях и сооружениях, возвышенностях, мачтах, вышках до 300 м высотой и просто на столбах. В любом случае, самая заметная и выделяющаяся из общего пейзажа часть — это мачта с несколькими антеннами. Они окружают нас , часто мы просто их не замечаем. Но мобильный телефон работает, значит приёмо-передатчик где-то рядом.
p, blockquote 10,0,0,0,0 —>
Виды базовых станций
Прежде всего, сотовые базовые станции различаются размерами. По этому параметру их можно поделить на:
p, blockquote 11,0,1,0,0 —>
- фемтосоты
- пико
- микро
- макро
Фемтосота – самая маленькая и её скорее можно назвать точкой доступа. Обычно оператор сотовой связи не имеет отношения к данному оборудованию, оно является собственностью потребителя, и обеспечивает связь для домохозяйства или предприятия. Устройство не требует вмешательства оператора, автоматически определяет радио параметры и подключения к сети операторов. Размещается внутри помещений и имеет размеры сопоставимые с домашними роутерами.
p, blockquote 12,0,0,0,0 —>
p, blockquote 13,0,0,0,0 —>
Следующие по размеру устройства, это базовые сотовые станции маленькой мощности – Пикосоты. Устройство сравнимо по размеру с ноутбуком или даже портативным компьютером. Используются в местах потенциально большой концентрации пользователей интернета для распространения локального сигнала сети IP/Ethernet. Устанавливаются в больших офисных зданиях, гипермаркетах, выставочных, бизнес и ярмарочных комплексах. Хотя и устанавливаются мобильными операторами, но еще не являются полноценными базовыми сотовыми станциями.
p, blockquote 14,0,0,0,0 —>
p, blockquote 15,0,0,0,0 —>
Следующей по размеру и уже вполне функциональная станция сотовой связи, это микросота. Обладая небольшими размерами и весом до 50 кг, обеспечивает связь в радиусе до 5 км.
p, blockquote 16,0,0,0,0 —>
Её габариты ограничивают количество поддерживаемых абонентов. Поэтому микросоты применяются в небольших населённых пунктах, для обеспечения локальных участков больших городов, там где нет необходимости в мощных излучателях или их некуда установить. Они практически незаметны на столбах. А в последнее время их научились еще и маскировать под деревья.
p, blockquote 17,0,0,0,0 —>
p, blockquote 18,0,0,0,0 —>
И наконец полноценные, мощные базовые сотовые станции, которые смонтированы повсюду. Особенно актуальна их установка на возвышенностях в городах. За городом мощные станции устанавливают чтобы обеспечить как можно больший радиус покрытия, потому что установка каждой связана с созданием хотя бы минимальной инфраструктуры. Это линия электропередачи и возможность подъезда для монтажа и обслуживания. Поэтому проще поставить одну мощную чем несколько небольших станций сотовой связи.
p, blockquote 19,0,0,0,0 —>
p, blockquote 20,0,0,0,0 —>
Зона действия каждой базовой сотовой станции зависит рельефа окружающей местности, высоты антенны, количества помех и препятствий в радиусе работы сотовой связи. Поэтому при планировании места установки радиус покрытия не всегда имеет первостепенную важность. Помимо перечисленных факторов учитывают ещё и возможный рост числа абонентов. Такой рост может спровоцировать ограничение на одновременное подключение сотовых телефонов. В этом случае операторам приходится уменьшать радиус действия установленной и дополнительно монтировать несколько станций сотовой связи.
p, blockquote 21,0,0,0,0 —>
Оборудование базовых станций сотовой связи
Структурно все базовые станции gsm и lte состоят из трех основных компонентов. Это антенна, радио блок и система питания.
p, blockquote 22,0,0,0,0 —>
Визуально расположение базовой сотовой станции можно определить по антеннам. Это обязательный элемент устройства. Именно антенны принимают и передают сигналы между собой и абонентами. Антенна это очень важная часть базы, от которой зависит качество мобильной связи. Такие вышки с антеннами уже привычно вписались в городские и сельские пейзажи.
p, blockquote 23,1,0,0,0 —>
Для связи с сетью (соседними станциями) проводят оптоволокно. Если это сделать затруднительно или вовсе не представляется возможным, то на мачте устанавливается ещё и антенна релейной связи. Она имеет вид тарелки и немного похожа на спутниковые антенны.
p, blockquote 24,0,0,0,0 —>
p, blockquote 25,0,0,0,0 —>
С антенн сигнал поступает на радио блоки, которые устанавливаются открыто (наружно), либо в специальных помещениях.
p, blockquote 26,0,0,0,0 —>
Радио блоки в процессе работы греются. Поэтому установленные внутри аппаратных помещений требуют принудительного охлаждения с помощью кондиционера. Наружные охлаждаются естественным путём.
p, blockquote 27,0,0,0,0 —>
p, blockquote 28,0,0,0,0 —>
Третьей основной составляющей базовых станций является система питания. В неё входят преобразователь переменного тока в постоянный с управляющей и защитной аппаратурой. И конечно же аккумуляторы для бесперебойного питания.
p, blockquote 29,0,0,0,0 —>
Остальное оборудование обеспечивает нормальное функционирование основных систем, и находится в самом помещении либо рядом с ним в специальных шкафах или контейнерах. Это климат-контроль (кондиционер и обогреватель), система вентиляции и безопасности, противопожарные устройства и прочая вспомогательная аппаратура.
p, blockquote 30,0,0,0,0 —>
Принцип работы базовой станции, как они связываются между собой
Удобство пользования мобильной связью заключается в свободе передвижения. Мы можем идти пешком или ехать в автомобиле, при этом разговаривать по телефону. Мы передвигаемся, но связь не прерывается. Непрерывность обеспечивается за счет способности коммутатора или по другому Центра коммутации подвижной связи моментально переключать абонента из зоны действия одной базовой сотовой станции в другую. Это схематично видно на рисунке.
p, blockquote 31,0,0,0,0 —>
p, blockquote 32,0,0,0,0 —>
При этом абонент может передвигаться не прерывая разговор не только между антеннами, но от одного контроллера к другому. Эффективные технологии базовых станций позволят проехать тысячи километров не прерывая беседы. Если конечно хватит средств на роуминг.
p, blockquote 33,0,0,0,0 —>
При этом коммутаторы обеспечивают не только непрерывную связь в сети, но и оптимальное распределение нагрузки на базовые антенны. Это делается, чтобы обеспечить качественный сигнал, исключить перегрузку отдельных сегментов (сот) и снизить вероятность поломки оборудования.
p, blockquote 34,0,0,1,0 —>
Все это происходит моментально, задержка бывает только при начальном соединении и может составлять до трёх секунд. Так происходит потому, что должна произойти цепочка событий. А именно:
p, blockquote 35,0,0,0,0 —>
- Сигнал должен добраться до коммутатора.
- Он передает звонок на сторону получателя (в международные или междугородные сети, в городскую АТС, или другому оператору мобильной связи). Это происходит быстро при помощи оптоволоконных кабелей или радиорелейных каналов.
- Далее звонок поступает на коммутатор принимающей стороны. В этом коммутаторе уже есть данные о местонахождении вызываемого абонента. А именно — в какой соте находится и к какой базовой антенне ближе всего.
- И вот уже адресату поступил вызов.
Коротко можно сказать, что абоненты общаются между собой через БС, а сотовые станции соединяет Центр коммутации.
p, blockquote 36,0,0,0,0 —>
Как определить базовую станцию на карте
Иногда возникают ситуации, когда связь пропадает, а данные невозможно передать. Такие случаи бывают из-за удаленности или маломощности базовых антенн или множества препятствий для сигнала. Хочется найти место для устойчивого приёма и комфортного разговора. Это достаточно легко сделать, если в руках есть смартфон или находитесь рядом с компьютером. С помощью приложений для телефонов и сайтов в интернете, определить местоположение базовых станций на карте и уровень сигнала не представляет труда.
p, blockquote 37,0,0,0,0 —>
Для телефонов разработаны множество программ, которые можно скачать с сайтов или в магазинах приложений. Приложение найдет базовую антенну на карте, определит уровень сигнала и координаты. Например, для андроид, будут полезными следующие приложения:
p, blockquote 38,0,0,0,0 —>
- GSM Monitor
- Gsm Signal Monitor
- Antennas
- Network Signal Strength
- Cell Phone Coverage Map
- Network Signal
p, blockquote 39,0,0,0,0 —>
Для устройств под руководством iOS выбор меньше, это:
p, blockquote 40,0,0,0,0 —>
- Signal 2
- Find Tower — Locate 4G antenna
Но с iPhone, так же как и с компьютера всегда можно выйти в интернет, и определить окружающие станции. Это можно сделать на сайтах операторов и популярных сторонних сервисах. Таких как англоязычный — opensignal.com или сайт на русском — netmonitor.ru или xinit.ru. Недостатком информации на сайтах является отсутствие сведений о силе сигнала ближайших базовых антенн.
p, blockquote 41,0,0,0,0 —>
Обслуживание базовых станций мобильной связи
Любое оборудование требует периодической профилактики и обслуживания. Обычная проверка включает снятие показаний электросчетчиков, тест блока питания, осмотр электроники, мачты, антенн и кабелей. При аварийных ситуациях обслуживающие инженеры действуют не в слепую. Для отслеживания неполадок существует дистанционная система мониторинга оборудования. Поэтому они заранее знают о возможных неполадках, и поломка какого-либо элемента не вызывает паники у сотрудников сотовых компаний. Современные сотовые станции собираются по модульной системе, блоки меняются достаточно легко и быстро. Обслуживание базовых станций сотовой связи выстроено таким образом, чтобы неполадки устранялись немедленно и абоненты всегда оставались на связи.
p, blockquote 42,0,0,0,0 —>
Для мониторинга общей работы сотовых сетей существует специальная аппаратура, которая обычно стационарно устанавливается в автомобиле. Такая лаборатория на колёсах служит для оценки качества сигнала в различных уголках городов и при выезде на открытую местность. Причем компании мониторят как свои, так и сети конкурентов.
p, blockquote 43,0,0,0,0 —>
Ещё один способ мониторинга своих сетей компании осуществляют с помощью имитатора базовой станции. Он нужен для поиска, идентификации и обнаружения устройств негласного съёма информации и прослушивания абонентов сотовой связи. Сотовики стремятся обезопасить себя и своих клиентов от негласного вторжения в обмен данными и прослушки телефонных звонков.
p, blockquote 44,0,0,0,0 —>
Правила работы на высоте при обслуживании антенно-мачтовых сооружений
p, blockquote 45,0,0,0,0 —> p, blockquote 46,0,0,0,1 —>
Все хотят иметь хороший сотовый сигнал дома и вне его. Но немногие знают, что комфортное общение по мобильному телефону зависит от количества, расположения и мощности базовых антенн на металлических вышках и мачтах вокруг нас. Зная принцип работы, расположение и уровень сигнала ближайших сотовых станций, всегда можно найти место для комфортного разговора по мобильному телефону и обмена большими файлами.