Одной из самых бурно развивающихся отраслей телекоммуникаций, несомненно, являются беспроводные радиосети. Поколения мобильной связи сменяются каждые десять лет, открывая перед пользователями все больше новых возможностей. Обеспечение доступа к информации при передвижении абонента обуславливает рост популярности беспроводных средств связи.
Покрытие базовых станций (БС) мобильной связи принято представлять в виде шестиугольных ячеек – сот. Именно такая структура позволяет обеспечить эффективное частотно-территориальное планирование с учетом повторного использования частей выделенного диапазона, позволяя добиться высокой плотности трафика.
Однако, возникает вопрос, будет ли актуальной данная концепция в развивающихся мобильных сетях пятого поколения (5G)? Сотовая модель частотно-территориального планирования столкнется с рядом вызовов, которые потребуют значительной доработки или даже её кардинального изменения.
Одной из первых и основных проблем сотовых сетей всегда являлась недостаточность покрытия или «теневые зоны». В условиях постоянно изменяющейся инфраструктуры городов и возникновения физических препятствий или радиоэлектронных средств, электромагнитная обстановка становится непредсказуемой, ввиду многолучевого распространения. Это приводит к появлению еще большего количества теневых зон. Решением данной проблемы является постоянный мониторинг радиочастотной обстановки или постоянное изменение расположения базовых станций (БС). Но кардинальные изменения частотно-территориального плана зачастую затратны, поэтому был разработан более эффективный выход.
Помимо деления сот на кластеры, было предложено использование концепции разделения на разноуровневые сети, таким образом возникли макро, микро, пико и даже фемтосоты. Такой подход, конечно, увеличивает затраты на обеспечение покрытия и расчеты, но отличается гибкостью и эффективностью. В дальнейшем, улучшить ситуацию позволила технология координированной передачи/приема (CoMP – Coordinated MultiPoint), призванная осуществлять обслуживание абонентских терминалов (UE – User Equipment) сразу несколькими секторами БС в один момент времени. Эти нововведения изменили сотовую структуру покрытия мобильных сетей, но, по-прежнему, предлагали решение лишь в одной плоскости – горизонтальной. В некоторых ситуациях, представлять покрытие лишь в одной плоскости некорректно, особенно в условиях многоэтажной застройки.
Начиная с Release 10 3GPP, активно вводятся различные антенные технологии – «умная антенна», MIMO (Multiple Input Multiple Output) и Beamforming. Причем уже в 5G принято решение использовать многоэлементные цифровые антенные решетки, что является особенностью ключевой технологии Massive MIMO, которая будет работать совместно с 3D Beamforming (рис. 1).
Рис.1. Технология 3D Beamforming и Massive MIMO
Множественные антенные технологии и направленные лучи позволят формировать покрытие не только в горизонтальной, но и вертикальной плоскости. Это также означает, что сотовая структура покрытия должна будет отражать эти особенности, она должна стать «объемной».
В Release 10 разработана технология агрегации спектра (Carrier Aggregation – CA), за счет чего можно достигать гибкости использования спектра, улучшения показателей спектральной эффективности. Существует несколько категорий CA (рис. 2):
– агрегирование смежных компонент внутри одного диапазона частот;
– агрегирование несмежных компонент внутри одного диапазона частот;
– агрегирование компонент в разных диапазонах частот.
Рис. 2. Агрегирование в мобильных сетях
Также, в пятом поколении мобильной связи рассматривается возможность межтехнологичного агрегирования, например с Wi-Fi (Multi-Radio Access Technology – multi-RATs). Это приведет к тому, что важно будет учитывать в частотно-территориальных планах сети, основанные на семействе стандартов 802.11, которые также широко используются в многоэтажной застройке. Данная проблема актуальна в гетерогенных сетях (HetNet).
CoMP введённый в Release11, однако, не стал последней разработкой для улучшения показателей работы абонентского терминала на границе соты. Одной из важнейших технологий в развивающемся стандарте 5G, является частотное разделение каналов «вверх» и «вниз» (Uplink/Downlink Decoupling). Отличие UL/DL Decoupling от давно используемого в сотовой связи дуплексирования с частотным разделением (FDD) заключается в том, что каналы «вверх» и «вниз» рассматриваются как две отдельные сети, к которым пользователи подключаются в зависимости от различных критериев. Это обосновывается тем, что в гетерогенных сетях имеется большой разрыв в передаваемой мощности в различных слоях, что обуславливает дисбаланс в зонах покрытия UL и DL.
Технология UL/DL Decoupling стандартизирована для сетей пятого поколения и совместима с существующими сетями: она включена в спецификации 3GPP Release 15, а также может в зависимости от сценария развертывания и свойств подключения поддерживаться по действующим спецификациям LTE, что позволяет осуществить эволюционный переход от существующих сетей к полномасштабным сетям пятого поколения. Таким образом, сотовая структура покрытия еще больше усложняется за счет того, что будет важно как-то учитывать, в каких участках сети эта технология уже задействована [1].
Одной из основных концепций 5G сети, является расслоение сети, «слайсинг» (англ. Network Slicing), разбивающее одну физическую сеть на несколько слоев, каждый из которых имеет собственные настройки, адаптированные под определенную услугу [2, с. 301]. Учитывая, что в 5G будет три основных сценария, в зависимости от того, какие услуги реализуются (Интернет вещей, высокоскоростной широкополосный доступ, системы с ультранизкими задержками), потребуется учитывать покрытие для каждого сценария. Особенно остро стоит вопрос с реализацией технологий Device to Device (D2D) и Vehicle to Everything (V2X), которые будут положены в основу сетей с беспилотными автомобилями и дронами.
Усложнят ситуацию с покрытием самоорганизующиеся сети и передвижные базовые станции (мобильные сети на основе БПЛА), но это уже, скорее, предмет обсуждений в сетях 6G.
Исходя из приведенных выше аргументов, можно сделать вывод, что сотовая структура мобильной связи устаревает, и необходимо уже сейчас её совершенствовать, и может даже кардинально перестраивать, как минимум в плане того, что вскоре станет важно учитывать покрытие сети не только в горизонтальной, но и вертикальной плоскости. Новая модель должна будет также отвечать требованиям логического разделения сетевых ресурсов (Network Slicing) и агрегации полос, призвана упростить дальнейшую эксплуатацию сети с учетом множества нюансов, пусть и увеличив сложность планирования и проектирования. Автор статьи намерен продолжить исследование данного вопроса.
.png&w=640&q=75)
