Спецпроект

А что там внутри? Рассказываем, как работает вышка 5G

36 921
737
10 июня 2020 в 8:28
Автор: Ян Альшевский. Фото: Александр Ружечка
Спецпроект

А что там внутри? Рассказываем, как работает вышка 5G

В отличие от прошлого, когда о появлении новых технологий чаще мечтали, чем воплощали их в жизнь, сегодня возможностей куда больше. Однако преграды остаются примерно те же: технологические, социальные, экономические и им подобные. Главное — преодолеть их, а затем наступит момент, когда это новое вплетается в нашу жизнь, становится привычным — тем, обойтись без чего все сложнее. Вместе с провайдером A1 простым языком рассказываем о том, как работает вышка 5G.

Ранее мы уже выяснили некоторые аспекты работы 5G: обсуждались вопросы надежности и эффективности, а также перспектив применения технологии. На этот раз рассмотрим один из элементов сети нового поколения — базовую станцию. Она является небольшим, но важным узлом, без которого работа 5G попросту невозможна.

Системный модуль (BBU — baseband unit) 5G

Когда тему прихода 5G в Беларусь только начинали обсуждать, чаще звучало мнение о том, что технология будет востребована лишь в бизнес-секторе. Обычный пользователь — со смартфоном и ноутбуком, — как предполагалось, обойдется тем, что есть: 3G и 4G/LTE. С течением времени ситуация изменилась, так как стало очевидно: выгода будет для всех, но в разной мере.

Действительно, драйвером развития станут крупные клиенты, но постепенно индустрия и технология получат ресурсы для дальнейшего распространения. В качестве примера можно упомянуть процесс развития интернета: вначале он был доступен очень ограниченному кругу пользователей (ученым и военным), а затем стал таким же привычным, как телевизор. То же произойдет и с 5G.

Радиопередающий модуль (AAU — active antenna unit) 5G

Тем более что с технической точки зрения, точнее благодаря наработанной практике и известным технологиям, процесс развертывания 5G займет меньше времени, чем требовалось для сетей прошлых поколений. Год назад в разговоре с Onliner заместитель генерального директора по техническим вопросам компании A1 Кристиан Лаке рассказал: широкое распространение GSM-связи заняло около 10 лет, на 3G ушло куда меньше, а технология LTE распространилась в разы быстрее. К слову, спецификации 5G официально приняли только в декабре 2017 года, а окончательно закрепят с исправлениями только в июне 2020-го.

Базовая станция 5G — как она работает

— По своему «составу» конструкции станции 5G мало отличаются от БС предыдущих поколений. Есть системный модуль, который выполняет все вычисления, обработку сигнала. Обычно он размещается где-то в стойке в помещении либо в специальном шкафу на улице. В системный модуль подключается радиомодуль, который и формирует сигнал, излучая его дальше, — рассказал Алексей Карницкий, начальник отдела планирования радиосети компании A1.

В базовых станциях 5G радиомодуль часто совмещен с антенной, он устанавливается внутрь, потому ее еще называют активным антенным модулем (AAU — active antenna unit). Одно из основных отличий заключается в том, что антенна для 5G, если сравнивать с антеннами, предназначенными для работы в сетях прошлых поколений, имеет намного больше излучателей — диполей.

В том числе благодаря им общая диаграмма направленности антенн 5G отличается от предлагаемых прошлыми технологиями: она шире по горизонтали и вертикали, так как формируется за счет большего количества независимых элементов — тех самых диполей. Такая антенна (имеется в виду набор ее компонентов, а не «железка», видная на улице) эффективнее следует за абонентским устройством — смартфоном.

Слово «следует» не подразумевает механическое перемещение антенны, которая «ворочается» внутри модуля. Все происходит на программном уровне и с применением так называемой фазированной решетки — она и отвечает за диаграмму направленности. Проще говоря, за счет множества диполей, действующих внутри общей диаграммы направленности, обеспечивается качественный и четко направленный сигнал от БС к устройству и обратно. Эта особенность сетей 5G — способность точечно распределять энергию сигнала между абонентами — называется beamforming (технология формирования луча). Она дает возможность значительно улучшить качество сигнала.

Оборудование для технологий предыдущих поколений

Что от этого абоненту? По словам Алексея, это улучшает радиоусловия, ориентируясь на которые смартфон понимает, в каком режиме работать. Как итог, более высокая скорость обмена данными. К тому же при определенных условиях (очень надо загрузить тяжеленный дистрибутив Linux здесь и сейчас) система по запросу направит на условный мобильник сразу несколько радиосигналов, и скорость увеличится в разы. Прошлые технологии связи на такое были не способны.

С технической точки зрения речь в данном случае идет о технологии mMIMO, или massive MIMO. Именно она обеспечивает множество направленных «лучей». Ее начали применять в сетях четвертого поколения, однако именно в сетях 5G она переживает свой расцвет. Отсюда неполноценность 5G NSA (non standalone — зависимый), построенных на сетях предыдущего поколения и имеющих их недостатки.

AAU для покрытия A1-центра 5G SA

— Massive MIMO позволяет абонентскому терминалу получать сразу несколько соединений в исходящем и входящем каналах. Для пользователя это означает кратное увеличение скорости, причем даже при нахождении в плохих условиях приема (на границе соты, например). Если не вдаваться в подробности, мы говорим об улучшении качества связи и увеличении скорости соединения, — отметил наш собеседник.

Еще одна фишка сетей 5G — так называемый слайсинг. Эта архитектура находится на стадии реализации, однако это обязательный атрибут новой технологии связи. Заключается она в создании виртуальных подсетей с виртуальным ядром на базе существующей физической инфраструктуры. С помощью слайсинга можно создавать значительное количество сервисов для клиента, гибко и оперативно масштабировать их, не «задевая» основную сеть. Это позволяет распределять ресурсы, обеспечивая более высокую отказоустойчивость и эффективность.

Обрывы связи, интерференция, проблемы высоких зданий

Какой белорус не любит быстрой езды? А еще чтобы пассажир мог постримить видео в 4K и чтобы ни единого разрыва. 5G в этом плане также выигрывает на фоне прошлых (объективно — нынешних) технологий. Хэндовер — «передача» абонента от одной базовой станции к другой — проходит бесшовно на куда более высоких скоростях, чем, например, в 3G- или 4G-сетях (по новому стандарту — до 500 км/ч).

Что касается интерференции (в том числе высотной — когда жители многоэтажек страдают от шумного и потому бесполезного сигнала), в сетях пятого поколения больше инструментов для борьбы с ней. Объяснений несколько. Во-первых, за счет типа используемого радиосигнала и его особенностей. Во-вторых, вертикальная диаграмма антенн намного шире и характеризуется «направленностью луча».

Улучшение покрытия обеспечивается, кроме прочего, благодаря активной антенне, когда радиопередатчик находится непосредственно в ней (у других поколений — отдельно) — такое решение позволяет уменьшить затухание на соединителях антенн и радиомодулей (джамперах).

— Это не значит, что все стало проще, но точно — эффективнее, — добавил Алексей.

Остальное будет зависеть от грамотности специалистов, ответственных за планирование сетей, а также от их умения учитывать различные ограничения (рельеф местности, зоны ограничения застройки, санитарные нормы и так далее).

— Бывает, что для приграничных базовых станций (в 30-километровой зоне от границы) существуют ограничения по использованию частотного ресурса, чтобы исключить интерференцию сигнала с обеих сторон. В таких случаях вопросом занимаются межгосударственные комиссии. Это касается всех технологий, — пояснил Алексей.

Миллисекунды

От чего зависит время отклика? Все не так просто. Опять же одним из достоинств сетей 5G называют минимальный показатель пинга. Однако это не значит, что он будет фиксироваться на уровне 1 мс постоянно — на самом деле это не нужно или нужно не всегда.

— Зависит от того, насколько быстро функционируют само ядро сети и транспортная сеть (оптическая или фидерная сеть, которая передает сигнал между разными узлами). Для сравнения: соединение в 3G сегодня дает средний пинг в районе 50 мс, в 4G — 30—50 мс. Но если мы говорим о 5G, он составляет 10—15 мс. Это в три раза лучше, чем у LTE, что для некоторых сервисов может быть решающим фактором, — рассказал специалист. — Если мы говорим о кейсе Ultra Reliable Low Latency Communications, речь идет о гарантированном показателе в несколько миллисекунд — от 1 до 3. Чтобы получить такую скорость отклика сети, все вычислительные ресурсы располагают непосредственно возле базовой станции. Тогда сокращается количество хопов — узлов, через которые проходит сигнал присоединения. В этом случае необходимо устанавливать на базовых станциях вычислительные платформы multi-access edge computing (MEC). Об этой технологии говорят еще со времен появления 3G, однако ее потенциал раскроется именно в 5G.

Для справки: MEC — это развитие концепции «граничных вычислений», когда «облачные» вычислительные мощности находятся непосредственно рядом с клиентом, что позволяет уменьшить время на обработку и передачу данных за счет упрощенной архитектуры. Это исключает передачу сигнала по транспортной сети, отклик минимальный. В то же время реализация такого кейса требует дополнительных затрат со стороны телеком-оператора.

— В структуре радиосигнала приоритет имеют клиентские запросы с гарантированным временем отклика сети. Это необходимо, когда для сервиса критично время отклика сети: например, мы можем говорить об удаленной хирургии или беспилотном транспорте.

Модуль GPS для синхронизации базовой станции в сети 5G

О минусах 5G

На самом деле их не так уж много. Технология нова, ее только начинают внедрять, поэтому сложности возникают скорее со стороны операторов и интеграторов. Кроме того, технология дорогая (в настоящее время), однако это опять же проблема оператора.


A1 стремится к инновационному и технологическому развитию в Беларуси: провайдер первым в стране запустил виртуальные eSIM-карты, технологии для голосовой связи VoWiFi, VoLTE и VoNR, а также узкополосную сеть NB-IoT для интернета вещей. Кроме того, компания тестирует сеть 5G SA (Standalone), построенную на автономной архитектуре без привязки к инфраструктуре 4G.

Спецпроект подготовлен при поддержке УП «A1», УНП 101528843.

Покупайте с оплатой онлайн по карте Visa и выигрывайте iPhone каждую неделю

городской, материал рамы: алюминий, колеса 28", вилка жесткая, трансмиссия 3 скор., тормоза ободной механический + ножной
горный, материал рамы: сталь Hi-ten, колеса 29", вилка амортизационная, трансмиссия 21 скор., тормоза дисковый механический + дисковый механический
горный, кросс-кантри, материал рамы: алюминий, колеса 29", вилка амортизационная с ходом 100 мм, трансмиссия 21 скор., тормоза дисковый механический + дисковый механический

Читайте также:

Хроника коронавируса в Беларуси и мире. Все главные новости и статьи здесь

Наш канал в Telegram. Присоединяйтесь!

Быстрая связь с редакцией: читайте паблик-чат Onliner и пишите нам в Viber!

Самые оперативные новости о пандемии и не только в новом сообществе Onliner в Viber. Подключайтесь

Перепечатка текста и фотографий Onliner без разрешения редакции запрещена. nak@onliner.by

Автор: Ян Альшевский. Фото: Александр Ружечка