Меню

Блок питания для базовой станции



Система электроснабжения базовой станции

Для нормального и бесперебойного функционирования любого объекта связи необходимо в должной мере и качестве обеспечить его электроснабжение. Причем в отличие от бытовых потребителей к питающему напряжению объектов связи предъявляются особые требования по надежности и другим электрическим характеристикам. В то же время, существующие электросети во многих случаях оставляют желать лучшего. Перебои по электроснабжению могут достигать от нескольких минут до нескольких суток, что совершенно не приемлемо для систем связи. Элементы сотовой сети, такие как базовые станции (BS), контроллеры базовых станций (BSC) и т.п. также не являются исключением, и их электроснабжению уделяется особое внимание при проектировании и строительстве.

Все объекты инфраструктуры сотовой связи, без исключения, снабжаются системой электропитания. Она состоит из нескольких элементов: распределительный щит, система автоматического включения резерва (АВР), источник питания с комплектом аккумуляторных батарей (АКБ). В зависимости от объекта могут быть установлены и другие системы, например, башенные позиции должны оснащаться устройством заградительных огней (УЗО), для которой необходим отдельный источник питания и комплект АКБ.

Назначение распределительного щита уже понятно из его названия – распределение внешнего питания на различные электрические системы объекта. Каждая из цепей, обычно, оснащается отдельным автоматом. Также в состав щита, как правило, включается счетчик электроэнергии.

В основную задачу источника питания входит преобразование внешнего тока (обычно переменного 220/380В) в ток, с характеристиками и параметрами, требуемыми для работы телекоммуникационного оборудования (обычно это постоянный ток -48В). Источник питания не только преобразует, но и стабилизирует параметры в достаточно жестких пределах – вплоть до 1-2%, в то время как внешний ток может иметь отклонения в 20% и более, что, к сожалению, достаточно распространено особенно в сельских электрических сетях.

Вместе с этим, практически все BS и BSC оснащаются комплектом аккумуляторов, которые обеспечивают электроснабжение объекта на время отключения. Поэтому еще одной важной задачей источника питания является переключение на питание от АКБ на время пропадания внешнего питания. После подачи внешнего основного питания источник переходит в режим заряда АКБ. Кроме того, он может быть настроен на периодическую подзарядку и тестовую зарядку/разрядку комплекта АКБ. Число и емкость АКБ может сильно отличаться от значимости объекта, типа и объема оборудования, его удаленности, частоты отключения и других факторов. Суммарная емкость измеряется в величинах порядка сотен А•ч. Обычно исходят из того, чтобы объект смог «продержаться» на АКБ до доставки дизель-генераторной установки (ДГУ), а срок может разниться от нескольких часов до суток.

Основным элементом источника питания является выпрямитель, который служит для преобразования внешнего переменного тока в постоянный. Именно его параметрами и количеством определяются основные показатели работы источника питания. Вместе с выпрямителями могут также быть установлены и инверторы, служащие для преобразования постоянного тока от АКБ в переменный, который может потребоваться для работы системы освещения, охлаждения и т.п.

Для некоторых, особо важных объектов, например контроллеры базовых станций, транспортные узлы может устанавливаться дополнительный ввод от независимой линии электропередач. Для автоматического переключения между резервным и основным вводами используется специальное устройство – АВР (автоматическое включение резерва). Оно отвечает за своевременное переключение на резерв и возврат в исходное состояние в случае пропадания/восстановления электроснабжения по основной линии. В случае если второй ввод организовать проблематично, а также для обеспечения большей надежности работы объекта может также быть установлена ДГУ. За ее включение/выключение также отвечает АВР.

Выбор схемы электроснабжения и набора оборудования для обеспечения электроснабжения объекта – это одна из самых важных задач на этапе проектирования объекта, т.к. без надежного питания телекоммуникационного оборудования оператор может потерпеть не только прямые финансовые убытки, но и понести ущерб репутации.

При использовании материалов ссылка на сайт обязательна

Источник

Кратко об устройстве базовой станции GSM

06.07.2012 | «Мобильные сети»

В данной статье мы расскажем вам о том, из каких основных частей состоит типовая базовая станция (БС, BTS) сотовой связи стандарта GSM наших операторов. Для легкости восприятия попробуем быть максимально краткими и сделаем этот материал простым и наглядным для рядового читателя.

Устройство базовой станции сотовой связи состоит из 3-х взаимосвязанных блоков:

  1. Основной блок BTS
  2. Блок приемопередатчиков — TRX
  3. Антенно-фидерная система связи

На данной схеме наглядно обозначена структура расположения отдельных блоков базовой станции:

Расшифруем обозначения, используемые на схеме, а также другие элементы BTS, которые не попали в 3 ее главных блока:

  • TMU — главная плата всей базовой станции, ее центральный «мозг». Если точнее, это блок Синхронизации / Передачи и Управления. Он призван осущесвлять передачу данных по проводным каналам связи и управлять ей
  • TRX — приемопередатчик базовой станции, выполняющий функцию обработки 1-й несущей частоты
  • CDU — блок «комбайнера». Он необходим для объединения каналов на стадии передачи, а также и для приема, если прием является разнесенным
  • TEU — плата, функцией которой является расширение возможностей БС по передаче. К примеру, она позволяет передавать данные на контроллер по оптоволокну. Данная плата применяется не всегда и не является обязательным элементом ситстемы
  • PSU — блок питания базовой станции
  • PMU — блок, служащий для мониторинга питания BTS
  • TES — служит для питания платы TEU
  • TDU — необходим для распределения сигнала синхронизации
  • Switch Box — блок, осуществляющий распределение питания по всем платам БС
  • Fan Box — вентиляционная система, включающая вентиляторы и блок контроля за ними
  • Air Box — система воздухозабора в нижней части статива.

Чтобы было проще понять вышеизложенное, приведем два фото статива базовой станции сотовой связи модели Huawei BTS312. На них видна не полная конфигурация оборудования, а лишь самые основные блоки: DU, TRX, PSU, PMU, TEU, вентиляционная система, блок распределения питания и синхросигнала:

Источник

Как устроена базовая станция сотового оператора

Хотите узнать, как устроена внутри базовая станция на примере «Мегафон»? Вот она, одна из 30 будочек, которые обеспечивают связью Новый город Ульяновска.

Вот они, «палочки» направленных (для связи сотовых телефонов с базовой станцией) и «бочки» релейных (для связи между базовыми станциями, если они не связаны оптикой) антенн:

По поводу вредности антенн: мощность сигнала принимающей антенны равна мощности самого передатчика, то есть вашего телефона 🙂 Чем ближе ваш телефон находится к базовой станции, тем меньшей мощности сигнал ему нужно генерировать — антенна же близко, зачем. Другое дело, что антенна все же держит связь со многими телефонами, поэтому обниматься с ней все же не стоит. Зачастую антенны ставят прямо на крыши жилых домов, что вызывает беспокойства у жителей. Но в России нормы СанПин одни из самых жёстких в мире — ЭМП в доступных для населения местах обычно не превышает установленных предельно допустимых значений.
Но тараканы всё же куда-то делись. 🙂

А вот по таким кабелям и идут ваши голоса и всякие «вконтактики» 🙂 Внутри ста одёжек находятся тонюсенькие и очень хрупкие световоды оптического кабеля. Мне как-то довелось участвовать в монтаже оптоволокна и я знаю, какое это интересное занятие — сварка кабеля 🙂 Выносят люди только с устойчивой психикой.

Собственно, вот в этой стойке и есть почти вся связь «соты». Это оборудование 3G и 4G.

Кабель от антенн входит в медиаконвертер, которой преобразует сигнал в оптический. Этот сигнал через мультиплексор (белый ящик с красными заглушками) по оптоволокну уходит за пределы базовой станции, где происходит коммутация с другими абонентами.

«Мегафон» использует оборудование в основном двух производителей: для каналов 3G и 4G — Huawei и для остальной, 2G-связи, Siemens.

Несмотря на развитие современных технологий связи, всё же основным стандартом передачи данных остается 2G. Дело в том, что радиус покрытия 2G-сигнала наибольший и технология связи более надёжная. На нём работает практически вся голосовая связь. Один такой шкаф рассчитан на максимальную нагрузку в 70 одновременных голосовых разговоров. Пиковая нагрузка случается на Новый год и в период, когда в Ульяновске взрываются арсеналы.

На этой базовой станции таких 2G-шкафа два. То есть, одна базовая станция может обеспечить не более 140 одновременных голосовых звонков. Я думал больше.

За порядком внутри вагончика следит MMS-камера. Внутри неё есть симка, с помощью которой девайс отправляет снимки на заданный номер сотового телефона через MMS-сообщения. Камера автоматически включается при движении внутри помещения.

В крошечном вагончике работает целых 2 кондиционера, которые поддерживают заданную температуру. За климатом следят несколько температурных датчиков. Вот этот, к примеру, следит за работой кондиционера 🙂 Зимой тут включают пару обогревателей.

Вот и всё. Скучно, да? Хотели что-то вроде рубки космического корабля? Самое большое место на базовой станции занимает шкаф для преобразования 220 вольт в 48, на котором работает всё оборудование.

А теперь самое интересное! Товарищи из «Мегафона» провели демонстрацию новой технологии передачи данных — LTE Advanced, Это беспроводной стандарт связи четвёртого поколения 4G. 25 февраля 2014 «Мегафон» уже запустил в пределах Садового кольца Москвы сеть LTE-Advanced с максимальной скоростью до 300 Мбит/с на загрузку к абоненту и 50 Мбит/с от абонента. А первой в мире это сделала компания Yota — еще в 2012 году.
В Ульяновске LTE Advanced работает пока только в тестовом режиме. На одной базовой станции уже установлено необходимое оборудование.

Читайте также:  Блок питания для помпы гейзер

А вот так пока происходит подключение к сети LTE Advanced в Ульяновске:

Сотрудник «Мегафон» демонстрирует нам реальную скорость download и upload их оборудования. Измерение производится через сервис speedtest, где кое-кто своей рекламой решил потроллить наш «Мегафон» 🙂

А вот тот чудо-LTE Advanced-роутер, стоимостью 18 000 рублей и размером с полтора Mac Mini. Купите себе такой?

Источник

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 —>

Базовая станция сотовой связи

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 —>

Фемтосота

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 —>

Пикосоты

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 —>

Микросота

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 —>

Базовая станция

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 —>

Базовая станция в виде спутника

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 —>

Специальные радиоблоки в помещениях

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 —>

Принцип работы Базовой станции

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.

Читайте также:  Hp 2410 сканер блок питания

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.

Источник

Базовые станции сотовой связи и их антенная часть

И вновь немного общеобразовательного материала. На этот раз речь пойдет о базовых станциях. Рассмотрим различные технические моменты по их размещению, конструкции и дальности действия, а также заглянем внутрь самого антенного блока.

Базовые станции. Общие сведения

Так выглядят антенны сотовой связи, установленные на крышах зданий. Эти антенны являются элементом базовой станции (БС), а конкретно – устройством для приема и передачи радиосигнала от одного абонента к другому, и далее через усилитель к контроллеру базовой станции и другим устройствам. Являясь наиболее заметной частью БС, они устанавливаются на антенных мачтах, крышах жилых и производственных зданий и даже дымовых трубах. Сегодня можно встретить и более экзотические варианты их установки, в России их уже устанавливают на столбах освещения, а в Египте их даже «маскируют» под пальмы.

Подключение базовой станции к сети оператора связи может производиться по радиорелейной связи, поэтому рядом с «прямоугольными» антеннами блоками БС можно увидеть радиорелейную тарелку:

С переходом на более современные стандарты четвертого и пятого поколений, для удовлетворения их требований подключать станции нужно будет исключительно по волоконной оптике. В современных конструкциях БС оптоволокно становится неотъемлемой средой передачи информации даже между узлами и блоками самой БС. К примеру, на рисунке ниже показано устройство современной базовой станции, где оптоволоконный кабель используется для передачи данных от RRU (выносные управляемые модули) антенны до самой базовой станции (показано оранжевой линией).

Оборудование базовой станции располагается в нежилых помещениях здания, либо устанавливается в специализированные контейнеры (закрепленные на стенах или столбах), ведь современное оборудования выполняется довольно компактно и может запросто поместиться в системный блок серверного компьютера. Часто радиомодуль устанавливают рядом с антенным блоком, это позволяет уменьшить потери и рассеивание передаваемой в антенну мощности. Так выглядят три установленных радиомодуля оборудования базовой станции Flexi Multiradio, закрепленные прямо на мачте:

Зона обслуживания базовых станций

Для начала следует отметить, что бывают различные типы базовых станций: макро, микро, пико и фемтосоты. Начнем с малого. И, если кратко, то фемтосота не является базовой станцией. Это, скорее, Access Point (точка доступа). Данное оборудование изначально ориентируется на домашнего или офисного пользователя и владельцем такого оборудования является частное или юр. лицо, не относящееся к оператору. Главное отличие такого оборудования заключается в том, что оно имеет полностью автоматическую конфигурацию, начиная от оценки радиопараметров и заканчивая подключением к сети оператора. Фемтосота имеет габариты домашнего роутера:

Пикосота – это БС малой мощности, принадлежащая оператору и использующая в качестве транспортной сети IP/Ethernet. Обычно устанавливается в местах возможной локальной концентрации пользователей. Устройство по размерам сравнимо с небольшим ноутбуком:

Микросота – это приближенный вариант реализации базовой станции в компактном виде, очень распространено в сетях операторов. От «большой» базовой станции ее отличает урезанная емкость поддерживаемых абонентом и меньшая излучающая мощность. Масса, как правило, до 50 кг и радиус радиопокрытия — до 5 км. Такое решение используется там, где не нужны высокие емкости и мощности сети, или нет возможности установить большую станцию:

И наконец, макросота – стандартная базовая станция, на базе которой строятся мобильные сети. Она характеризуется мощностями порядка 50 W и радиусом покрытия до 100 км (в пределе). Масса стойки может достигать 300 кг.

Зона покрытия каждой БС зависит от высоты подвеса антенной секции, от рельефа местности и количества препятствий на пути до абонента. При установке базовой станции далеко не всегда на первый план выносится радиус покрытия. По мере роста абонентской базы может не хватить максимальной пропускной способности БС, в этом случае на экране телефона появляется сообщение «сеть занята». Тогда оператор со временем на этой территории может сознательно уменьшить радиус действия базовой станции и установить несколько дополнительных станций в местах наибольшей нагрузки.

Когда нужно увеличить емкость сети и снизить нагрузку на отдельные базовые станции, тогда и приходят на помощь микросоты. В условиях мегаполиса зона радиопокрытия одной микросоты может составлять всего 500 метров.

В условиях города, как ни странно, встречаются такие места, где оператору нужно локально подключить участок с большим количеством трафика (районы станций метро, крупные центральные улицы и др.). В этом случае применяются маломощные микросоты и пикосоты, антенные блоки которых можно располагать на низких зданиях и на столбах уличного освещения. Когда возникает вопрос организации качественного радиопокрытия внутри закрытых зданий (торговые и бизнес центры, гипермаркеты и др.) тогда на помощь приходят пикосотовые базовые станции.

За пределами городов на первый план выходит дальность работы отдельных базовых станций, так установка каждой базовой станции в удалении от города становится все более дорогостоящим предприятием в связи с необходимостью построения линий электропередач, дорог и вышек в сложных климатических и технологических условиях. Для увеличения зоны покрытия желательно устанавливать БС на более высоких мачтах, использовать направленные секторные излучатели, и более низкие частоты, менее подверженные затуханию.

Читайте также:  Какой блок питания помощнее

Так, например, в диапазоне 1800 МГц дальность действия БС не превышает 6-7 километров, а в случае использования 900–мегагерцового диапазона зона покрытия может достигать 32 километров, при прочих равных условиях.

Антенны базовых станций. Заглянем внутрь

В сотовой связи чаще всего используют секторные панельные антенны, которые имеют диаграмму направленности шириной в 120, 90, 60 и 30 градусов. Соответственно для организации связи во всех направлениях (от 0 до 360) может потребоваться 3 (ширина ДН 120 градусов) либо 6 (ширина ДН 60 градусов) антенных блоков. Пример организации равномерного покрытия во всех направлениях показан на рисунке ниже:

А ниже вид типовых диаграмм направленности в логарифмическом масштабе.

Большинство антенн базовых станций широкополосные, позволяющие работать в одном, двух или трех диапазонах частот. Начиная с сетей UMTS, в отличие от GSM, антенны базовых станций умеют изменять площадь радиопокрытия в зависимости от нагрузки на сеть. Один из самых эффективных методов управления излучаемой мощностью – это управление углом наклона антенны, таким способом изменяется площадь облучения диаграммы направленности.

Антенны могут иметь фиксированный угол наклона, либо имеют возможность дистанционной регулировки с помощью специального программного обеспечения, располагаемого в блоке управления БС, и встроенных фазовращателей. Существуют также решения, позволяющие изменять зону обслуживания, от общей системы управления сети передачи данных. Таким образом, можно регулировать зону обслуживания всего сектора базовой станции.

В антеннах базовых станций применяется как механическое управление диаграммой, так и электрическое. Механическое управление проще реализуется, но часто приводит к искажению формы диаграммы направленности из-за влияния конструктивных частей. Большинство антенн БС имеет систему электрической регулировки угла наклона.

Современный антенный блок представляет собой группу излучающих элементов антенной решетки. Расстояние между элементами решетки выбирается таким образом, чтобы получить наименьший уровень боковых лепестков диаграммы направленности. Наиболее часто встречаются длины панельных антенн от 0,7 до 2,6 метров (для многодиапазонных антенных панелей). Коэффициент усиления варьируется от 12 до 20 dBi.

На рисунке ниже (слева) представлена конструкция одной из наиболее распространенных (но уже устаревающих) антенных панелей.

Здесь излучатели антенной панели представляют собой полуволновые симметричные электрические вибраторы над проводящим экраном, расположенные под углом 45 градусов. Такая конструкция позволяет формировать диаграмму с шириной главного лепестка 65 или 90 градусов. В такой конструкции выпускаются двух- и даже трехдиапазонные антенные блоки (правда, довольно крупногабаритные). Например, трехдиапазонная антенная панель такой конструкции (900, 1800, 2100 МГц) отличается от однодиапазонной, примерно в два раза большим размером и массой, что, конечно же, затрудняет ее обслуживание.

Альтернативная технология изготовления таких антенн предполагает выполнение полосковых антенных излучателей (металлические пластины квадратной формы), на рисунке выше справа.

А вот еще один вариант, когда в качестве излучателя используются полуволновые щелевые магнитные вибраторы. Линия питания, щели и экран выполняются на одной печатной плате с двухсторонним фольгированным стеклотекстолитом:

С учетом современных реалий развития беспроводных технологий, базовые станции должны поддерживать работу 2G, 3G и LTE сетей. И если блоки управления базовых станций сетей разных поколений удается вместить в один коммутационный шкаф без увеличения габаритного размера, то с антенной частью возникают значительные трудности.

Например, в многодиапазонных антенных панелях количество коаксиальных соединительных линий достигает 100 метров! Столь значительная длина кабеля и количество паяных соединений неизбежно приводит к потерям в линиях и снижению коэффициента усиления:

С целью снижения электрических потерь и уменьшения точек пайки часто делают микрополосковые линии, это позволяет выполнить диполи и систему запитки всей антенны по единой печатной технологии. Данная технологиях проста в производстве и обеспечивает высокую повторяемость характеристик антенны при ее серийном выпуске.

Многодиапазонные антенны

С развитием сетей связи третьего и четвертого поколений требуется модернизация антенной части как базовых станций, так и сотовых телефонов. Антенны должны работать в новых дополнительных диапазонах, превышающих 2.2 ГГц. Более того, работа в двух и даже трех диапазонах должна производиться одновременно. Вследствие этого антенная часть включает в себя довольно сложные электромеханические схемы, которые должны обеспечивать должное функционирование в сложных климатических условиях.

В качестве примера рассмотрим конструкцию излучателей двухдиапазонной антенны базовой станции сотовой связи Powerwave, работающей в диапазонах 824-960, МГц и 1710-2170, МГц. Ее внешний вид показан на рисунке ниже:

Этот двухдиапазонный облучатель состоит из двух металлических пластин. Та, что большего размера работает в нижнем диапазоне 900 МГц, над ней расположена пластина с щелевым излучателем меньшего размера. Обе антенны возбуждаются щелевыми излучателями и таким образом имеют единую линию запитки.

Если в качестве излучателей используются дипольные антенны, то необходимо ставить отдельный диполь для каждого диапазона волн. Отдельные диполи должны иметь свою линию запитки, что, конечно же, снижает общую надежность системы и увеличивает энергопотребление. Примером такой конструкции является антенна Kathrein для того же диапазона частот, что и рассмотренная выше:

Таким образом, диполи для нижнего диапазона частот находятся как бы внутри диполей верхнего диапазона.

Для реализации трех- (и более) диапазонного режимов работы наибольшей технологичностью обладают печатные многослойные антенны. В таких антеннах каждый новый слой работает в довольно узком диапазоне частот. Такая «многоэтажная» конструкция изготавливается из печатных антенн с индивидуальными излучателями, каждая антенна настраивается на отдельные частоты рабочего диапазона. Конструкция поясняется рисунком ниже:

Как и в любых других многоэлементных антеннах в такой конструкции происходит взаимодействие элементов, работающих в разных диапазонах частот. Само собой это взаимодействие оказывает влияние на направленность и согласование антенн, но данное взаимодействие может быть устранено методами, применяемыми в ФАР (фазированных антенных решетках). Например, одним из наиболее эффективных методов является изменение конструктивных параметров элементов путем смещения возбуждающего устройства, а также изменение размеров самого облучателя и толщины разделительного диэлектрического слоя.

Важным моментом является то, что все современные беспроводные технологии широкополосные, и ширина полосы рабочих частот составляет не менее 0,2 ГГц. Широкой рабочей полосой частот обладают антенны на основе взаимодополняющих структур, типичным примером которых являются антенны типа «bow-tie» (бабочка). Согласование такой антенны с линией передачи осуществляется подбором точки возбуждения и оптимизацией ее конфигурации. Чтобы расширить полосу рабочих частот по согласованию «бабочку» дополняют входным сопротивлением емкостного характера.

Моделирование и расчет подобных антенн производят в специализированных программных пакетах САПР. Современные программы позволяют моделировать антенну в полупрозрачном корпусе при наличии влияния различных конструктивных элементов антенной системы и позволяют тем самым произвести достаточно точный инженерный анализ.

Проектирование многодиапазонной антенны производят поэтапно. Сначала рассчитывают и проектируют микрополосковую печатную антенну с широкой полосой пропускания для каждого рабочего диапазона частот отдельно. Далее печатные антенны разных диапазонов совмещают (наложением друг на друга) и рассматривают их совместную работу, устраняя по возможности причины взаимного влияния.

Широкополосная антенна типа «бабочка» может быть удачно использована как основа для трехдиапазонной печатной антенны. На рисунке ниже изображены четыре различных варианта ее конфигурации.

Приведенные конструкции антенн отличаются формой реактивного элемента, который применяется для расширения рабочей полосы частот по согласованию. Каждый слой такой трехдиапазонной антенны представляет собой микрополосковый излучатель заданных геометрических размеров. Чем ниже частоты – тем больше относительный размер такого излучателя. Каждый слой печатной платы отделен от другого с помощью диэлектрика. Приведенная конструкция может работать в диапазоне GSM 1900 (1850-1990 МГц) – принимает нижний слой; WiMAX (2,5 – 2,69 ГГц) – принимает средний слой; WiMAX (3,3 – 3,5 ГГц) – принимает верхний слой. Подобная конструкция антенной системы позволит принимать и передавать радиосигнал без использования дополнительного активного оборудования, не увеличивая тем самым габаритных размеров блока антенны.

И в заключении немного о вреде БС

Порой, базовые станции операторов сотовой связи устанавливают прямо на крышах жилых домов, чем конкретно деморализуют некоторых их обитателей. У хозяев квартир перестают «рожать кошки», а на голове у бабушки начинают быстрее появляться седые волосы. А тем временем, от установленной базовой станции жители этого дома электромагнитного поля почти не получают, ибо «вниз» базовая станция не излучает. Да и, к слову сказать, нормы СаНПиНа для электромагнитного излучения в РФ на порядок ниже, чем в «развитых» странах запада, и поэтому в черте города базовые станции никогда на полную мощность не работают. Тем самым, вреда от БС нет, если только вы не устраиваетесь позагорать на крыше в паре метров от них. Зачастую, с десяток точек доступа, установленных в квартирах жителей, а также микроволновые печи и сотовые телефоны (прижатые к голове) оказывают на вас намного большее воздействие, нежели базовая станция, установленная в 100 метрах за пределами здания.

Источник