Первые ископаемые останки базовых станций семейства мобильных телесистем московского региона датируются 1994 годом. Это были настоящие динозавры – огромные и с маленьким объемом головного мозга функционала. Внешне они походили на большой холодильник, работали только в одном стандарте и в одном частотном диапазоне. Первая базовая станция МТС в Москве работала в стандарте GSM и только в диапазоне частот 900 МГц.



Из чего же состояли «динозавры» сотовой связи и как они эволюционировали до сегодняшнего дня расскажет эксперт отдела архитектуры сети радиодоступа компании МТС Константин Лучков. Его ник Luchkov Передаем ему слово.

Привет! Давайте сразу заглянем в этот «холодильник».




На верхней полке вмонтированы блоки питания, платы управления и транспортная карта. Чуть ниже, в «морозильном отделении», штабелями лежат приемопередатчики и дуплексеры.
А вот и типичная малогабаритная (но очень уютная) «кухня» тех времен, в которой жил наш «динозавр».



«Кухня» была плотно заставлена телекоммуникационным оборудованием. Это и система питания, система кондиционирования, стойка с транспортным оборудованием (например, радиорелейное оборудование). Каждая из этих систем, соизмеримая по размерам с БС, представляла собой отдельный шкаф. Кстати, на каждой «кухне» были стол и стул (слева на фото).



Но вернемся к нашему «динозавру». От верхней крышки базовой станции тянулись толстые фидера (в два пальца толщиной), которые выходили из контейнера к антеннам. Типичная длина фидерной трассы была порядка 70 метров, к каждой антенне подводились два фидера (использовался разнесенный прием). Антенн на типичной однодиапазонной станции было три. То есть на первых станциях прокладывали шесть фидерных трасс, а позже (при появлении нового диапазона GSM1800) еще шесть.



Одним из основных недостатков применения фидерных трасс были потери мощности сигнала, которые прямо пропорциональны длине фидерной трассы и используемому диапазону частот. Эти недостатки подтолкнули эволюцию оборудования базовых станций на новый виток развития.

Через десять лет после появления первой базовой станции сотовой связи в московском регионе, в 2004 году, произошли критические изменения в телекоммуникационной среде обитания. Появился новый интерфейс взаимодействия контроллера с радиомодулями БС — CPRI (Common Public Radio Interface).

Глава 2. Настоящее

На смену старым «холодильникам» пришел новый тип базовой станции — с распределенной архитектурой. Стали не нужны громоздкие фидерные трассы. Базовая станция распалась на системный модуль (мозг БС) размером с кейс офисного менеджера и приемопередатчик (он же RRU – remote radio unit), связанные между собой по оптической линии через радиоинтерфейс CPRI. От фидера остались только рудименты в виде коротких джамперов (1-3 метра), связывающие приемопередатчик с антенной. В дополнение к существующему GSM были внедрены стандарты UMTS и LTE. Появились базовые станции outdoor-исполнения, для размещения которых более не требовалось помещение («кухня»).



Распределенные БС оказались гораздо более приспособленными к жизни. Они стали меньше, и их стало легче размещать. Сократилось потребление электроэнергии, так как пропали потери мощности в фидере. Появился новый функционал.

До определенного времени для работы каждого стандарта требовалось свое оборудование – отдельные приемопередатчики (RRU), отдельные системные модули (SM), отдельные антенны. По прошествии еще почти десяти лет, в 2013 году, Минкомсвязь России разрешила технологическую нейтральность, что позволяло реализовывать стандарт LTE на частотах GSM900/1800. Также следует отметить, что еще раньше, в 2011 году, была разрешена техническая нейтральность GSM/UMTS900. К оборудованию базовой станции были предъявлены новые требования, которым нужно было соответствовать – размеры станций уменьшались, а мозг функционал рос.

Приемопередатчики научились поддерживать работу в трех стандартах: GSM/UMTS/LTE. Сейчас типичным случаем является одновременная работа приемопередатчика в двух стандартах, например, в GSM/LTE1800. Такой режим работы называется RF-sharing.

Затем появилась необходимость одновременной работы в разных стандартах системных модулей. Данный функционал называется single RAN (единое оборудование радиоподсистемы для нескольких стандартов) и он уже реализован на сети МТС.

Появление новых стандартов (таких как LTE), а также более сложного функционала привело к повышению требований к точности синхронизации. Потребовалась точность фазовой (она же временная) синхронизации, что незамедлительно сказалось на составе базовой станции. В ее состав добавился модуль спутниковой синхронизации GPS/Glonass.

Появился новый подвид компактных базовых станций – small cell. Он представляет собой компактную базовую станцию размером не больше коробки из-под кроссовок, объединяющей в едином корпусе системный модуль, приемопередатчик, модуль GPS/Glonass и, как правило, антенну.



Компактность small cell позволила МТС устанавливать станции практически в любом месте: в вагонах метро, кафе и офисных зданиях. Кстати, при желании, компактную базовую станцию может купить каждый абонент МТС. К ядру сети станция подключится автоматически при подсоединении к интернету.

Глава 3. Будущее

Светлое будущее сотовой связи — стандарт 5G (про него вы можете прочитать подробнее здесь). Базовым станциям неизбежно придется измениться еще раз, так как стандарт 5G подразумевает использование бОльших порядков MIMO, что делает невозможным подключение приемопередатчика к антенне через джампер. Слишком много джамперов понадобится: 16, 32, а, может быть, 64. Радиомодуль будет интегрирован в антенну. Такое решение называется активной антенной системой (AAS – active antenna system).



По внешнему виду AAS не отличим от обычной антенны сотовой связи, но посмотрите, сколько элементов базовой станции находится у нее внутри.



Базовая станция, реализованная на решении AAS, теперь представляет из себя системный модуль (SM), подключенный к «антенне» (к AAS). Возможен и гибридный вариант, когда активная антенная система включает несколько активных диапазонов (несколько приемопередатчиков активных диапазонов) и одновременно с этим поддерживает подключение нескольких пассивных диапазонов. При этом для пассивных диапазонов используются отдельные RRU, не входящие в состав активной антенной системы.

Но на этом эволюция оборудования базовых станций, наверняка, не остановится. Одним из возможных сценариев в будущем может стать переход к облачной (cloud) архитектуре оборудования базовой станции. Возможно, в один прекрасный момент мы сможем полностью отказаться от использования системного модуля. На базовой станции останется только один блок — активная антенная система с интегрированным функционалом системного модуля, которая будет подключаться по оптической транспортной линии в ядро сети.

В заключении хочу с гордостью отметить, что компания МТС занимает передовые позиции в тестировании 5G и уже сейчас активно использует на сети:

• оборудование БС 5G-ready;
• оборудование БС cloud-ready;
• оборудование AAS (сеть нескольких городов России полностью реализована на AAS).