Вежі стільникового зв’язку складаються з таких компонентів, як антени, базові трансивери, щогли та наземне обладнання, яке забезпечує ефективний стільниковий зв’язок шляхом керування сигналами від мобільних пристроїв. Різниця між вежами стільникового зв’язку 4G і 5G полягає в тому, що технологія 5G покращує швидкість, пропускну здатність і затримку веж стільникового зв’язку. Виконання всебічного тестування забезпечує оптимальну продуктивність і надійність стільникової вежі.
NI допомагає будувати надійну бездротову інфраструктуру
Надайте допомогу
Світ як ніколи зв’язаний, і підтримка мереж, на які ми покладаємося, потребує величезних ресурсів. Вежі стільникового зв’язку (також їх називають вежами стільникового зв’язку або базовими приймально-передавальними станціями) є важливою частиною сучасних телекомунікаційних систем. Його фізична структура містить необхідне обладнання для передачі та прийому певних «стільників», або зональних радіосигналів, звідси і його назва. Вежі стільникового зв’язку полегшують бездротовий зв’язок між мобільними пристроями та мережами. Його архітектура є важливою частиною екосистеми бездротового зв’язку, яка допомагає людям здійснювати дзвінки, надсилати текстові повідомлення та отримувати доступ до Інтернету зі своїх мобільних пристроїв, тому вимагає ретельного тестування.
NI прагне надавати гнучкі, масштабовані та економічно ефективні рішення для тестування складних нових технологій і повну допомогу у створенні надійної бездротової інфраструктури. Оскільки бездротова технологія швидко розвивається та стає дедалі складнішою з появою 6G, інноваційні рішення можуть допомогти інженерам-випробувачам отримати уявлення про дизайн мережі та методи тестування, необхідні для забезпечення належної роботи веж стільникового зв’язку.
Компоненти вишки стільникового зв'язку
Якщо ви озирнетеся навколо, ви обов'язково помітите вежі стільникового зв'язку, деякі з них просто не будуть виділятися. Базові приймально-передавальні станції бувають різних розмірів, від звичайних високих веж до невеликих пристроїв розміром із датчики диму. Все залежить від покриття та щільності зв'язку, необхідної в даній місцевості.
Але як виглядають вежі стільникового зв'язку? Вежі стільникового зв’язку нагадують високі вертикальні щогли та прикрашені 3-way або 4-way антенними решітками, що надає їм характерного вигляду, який полегшує їх ідентифікацію. Але не всі вишки стільникового зв'язку так помітні. Невидимі вежі є більш непомітними та можуть бути приховані в навколишньому середовищі, непомітно зливаючись із існуючими будівлями, такими як дахи чи навіть церковні шпилі. Незалежно від того, чи є вони чітко видимими з першого погляду чи тонко зливаються з навколишнім середовищем, ці піднесені пристрої оснащені набором ключового обладнання для забезпечення безперебійного стільникового зв’язку в зонах обслуговування.
Хоча вишки стільникового зв’язку дещо відрізняються залежно від потреб мережі та конкретних вимог до зони обслуговування, більшість із них має такі компоненти:
Антени – антени є критично важливими для мобільних пристроїв для надсилання та отримання сигналів у межах даної зони покриття вежі стільникового зв’язку. Існує 2 основних типи антен стільникових веж:
Панельна антена – це плоский прямокутний пристрій, який використовується в широкому діапазоні застосувань. Вони є універсальними та можуть бути організовані в різних конфігураціях для досягнення необхідного покриття та потужності. Антени з плоскими панелями можуть використовувати технологію MIMO (Multiple Input Multiple Output) для збільшення пропускної спроможності шляхом передачі кількох потоків даних по одному каналу.
Секторні антени – секторні антени зазвичай знаходяться в групах по 3 або 4 на вежах стільникового зв’язку та призначені для покриття певного напрямку або «сектору». Цей розподіл ефективно розширює загальне покриття та зменшує перешкоди між сигналами. Секторні антени зазвичай розташовуються в геометричній конфігурації для забезпечення всенаправленого покриття сигналу на 360 градусів.
Базова приймально-передавальна станція (BTS) – BTS містить радіоприймачі для прийому та передачі радіочастотних сигналів. Кожен із цих трансиверів або каналів підтримує певну кількість одночасних викликів. BTS також містить обладнання, засоби фільтрації спектру, дуплексери та підсилювачі для шифрування та дешифрування зв’язку.
Вежа або щогла. Ця висока фізична споруда дозволяє розмістити антену високо, і зазвичай виготовлена зі сталі. Акцент робиться на висоту: чим вища антена, тим ширша зона покриття. Конструкція також повинна бути здатна витримувати навантаження навколишнього середовища, такі як вітер і вага обладнання.
Наземне обладнання включає корпуси або екрани, які використовуються для розміщення різних допоміжних систем, таких як системи живлення веж стільникового зв’язку (часто резервна батарея для підвищення надійності), системи HVAC для контролю температури та базова смуга частот для обробки приймача даних виклику.
Мікрохвильові антени – для веж стільникового зв’язку, які не підключені до телекомунікаційної мережі через фізичні кабелі (часто розташовані у віддалених районах), мікрохвильові антени можна використовувати для зворотних з’єднань. Ця антена полегшує зв’язок «точка-точка» з іншими стільниковими вежами або вузлами мережі. Зазвичай вони встановлюються з боків веж стільникового зв’язку та ідеально підходять для місць, де неможливо прокласти кабелі.
Кабелі – усі компоненти вежі стільникового зв’язку з’єднані кабелем, що дозволяє їм спілкуватися один з одним. У розводці кабелів використовуються різні типи кабелів, наприклад коаксіальні кабелі, хвилеводи для мікрохвильової передачі та волоконно-оптичні кабелі. Радіочастотні кабелі від BTS до антени та мережеві кабелі для передачі даних.
Повноцінна синергія вищевказаних компонентів вежі стільникового зв’язку формує основу магістралі мережі бездротового зв’язку.
Як працюють вишки стільникового зв'язку?
Вишки стільникового зв'язку виступають посередниками між мобільними пристроями та телекомунікаційними мережами. Говорячи неспеціалістом, вежа стільникового зв’язку працює, отримуючи сигнал від мобільного пристрою, перетворюючи його в цифровий формат, а потім надсилаючи сигнал до пункту призначення (наприклад, на інший мобільний телефон або в Інтернет). Процес для вхідних дзвінків або даних протилежний. Процес може здатися простим, але він включає багато етапів і обладнання. Детальніше про це нижче.
Процес зв’язку починається, коли мобільний пристрій, наприклад мобільний телефон, надсилає сигнал. Цей сигнал є електромагнітною хвилею (зокрема радіочастотною хвилею), яка, по суті, є модульованою версією голосу або даних користувача. Сигнал приймається антеною, встановленою на щоглі. Ці антени можуть використовувати технологію MIMO для передачі кількох потоків даних по одному каналу для збільшення пропускної здатності.
Після того, як сигнал приймає антена, він проходить через низку високочастотних коаксіальних кабелів або хвилеводів до BTS, розташованого біля основи стільникової вежі. BTS перетворює радіочастотні сигнали в цифровий формат, який може обробити мережа. Оброблений сигнал надсилається до центру комутації мобільних пристроїв (MSC) через транзитне з’єднання. Залежно від місця розташування та інфраструктури з’єднання може бути фізичним (наприклад, волоконно-оптичні кабелі для міських або приміських районів) або бездротовим (наприклад, мікрохвильове з’єднання для віддалених районів).
MSC є нервовим центром стільникової мережі та використовується для маршрутизації викликів або даних до правильного пункту призначення, яким може бути інший мобільний пристрій або сервер в Інтернеті. Процес для вхідних дзвінків або даних протилежний. MSC надсилає сигнал до BTS, який потім перетворює його назад у радіочастотний сигнал. Потім цей РЧ-сигнал надсилається антеною стільникової вежі на призначений мобільний пристрій.
Наскільки добре покриття сигналів стільникових веж?
Вежі стільникового зв’язку можуть надсилати сигнали на мобільні телефони, розташовані в сільській місцевості на відстані до 20 миль. У густонаселених містах із більшою кількістю фізичних перешкод, таких як будівлі, покриття може бути зменшено до 1 або 2 миль. Вежі стільникового зв’язку можуть обслуговувати тисячі телефонних або інтернет-з’єднань одночасно.
Є кілька факторів, які можуть суттєво вплинути на зону покриття вежі стільникового зв’язку (технічно це називається радіусом стільникового зв’язку). Високочастотні сигнали, такі як ті, що зазвичай використовуються в мережах 5G, поширюються на коротші відстані, але мають більшу пропускну здатність, тоді як низькочастотні сигнали 4G LTE, які зазвичай використовуються в сільській місцевості, поширюються на більші відстані, але передають менше даних. Висота та тип антени також впливають на покриття. Чим вище антена, тим легше уникати перешкод і таким чином покривати більшу територію. Такі типи антен, як секторні антени, забезпечують покриття цілі в певному напрямку, тоді як плоскі антени забезпечують більш широке покриття. Технологію формування променя в розширених налаштуваннях MIMO також можна використовувати для фокусування сигналів конкретним користувачам, щоб розширити покриття та покращити якість сигналу.
Щоб одночасно обробляти тисячі запитів, сучасні вишки стільникового зв’язку використовують передову технологію для збільшення кількості одночасних викликів або сеансів даних, які вони можуть обробляти. MIMO підтримує надсилання та отримання кількох потоків даних одночасно, ефективно розширюючи ємність без необхідності додаткової пропускної здатності. Передові технології спектральної ефективності, такі як квадратурна амплітудна модуляція (QAM), також можуть збільшити пропускну здатність на герц. Ємність також можна змінювати за допомогою певних технологій. Наприклад, технологія mmWave може підтримувати більшу смугу пропускання, значно збільшуючи пропускну здатність. Крім того, діапазон частот, виділених для стільникового використання в певній області (також відомий як кількість доступного спектру), також впливає на пропускну здатність.
Пряма видимість у бездротовому зв’язку
У бездротовому зв’язку «пряма видимість» означає безперешкодний шлях передачі радіохвиль від передавальної антени (наприклад, вежі стільникового зв’язку) до приймальної антени (наприклад, смартфона).
Для оптимальної потужності та якості сигналу між передавачем і приймачем має бути чітка лінія видимості. Такі перешкоди, як будівлі, дерева, пагорби та навіть атмосферні умови, можуть спричинити ослаблення або ослаблення сигналу, а багатопроменевість (коли сигнал відбивається від поверхонь і досягає приймача в різний час) також може заважати сигналу та погіршувати продуктивність.
Пряма видимість особливо важлива у високочастотних діапазонах, таких як мережі 5G, оскільки їхні хвилі коротші та легше поглинаються або відбиваються перешкодами. Тому вежі стільникового зв’язку часто будують високо через міркування прямої видимості, а такі методи, як формування променя, використовуються для фокусування радіосигналів на приймачі.
