Malé buňky v sítích 5G

Malé buňky v sítích 5G

Zavádění mobilních sítí 5G přináší mnoho problémů, pokud jde o vyšší přenosové rychlosti, nízkou latenci a zajištění spolehlivého přístupu, protože tradiční infrastruktura páteřní sítě má mnoho omezení. Řešením je využití konceptu malých buněk, což jsou základnové stanice s nízkým výkonem a krátkým dosahem, které umožňují pokrytí malých oblastí, které lze využít pro různé vnitřní a venkovní aplikace.

Malé buňky mají všechny základní charakteristiky běžné základnové stanice a jsou schopny poskytovat vysoké přenosové rychlosti pro jednotlivé uživatele. V sítích LTE-Advanced a 5G budou malé buňky hrát významnou roli zejména při efektivním poskytování vysokorychlostního přístupu k internetu a aplikací vyžadujících nízkou latenci.

Na základě oblasti pokrytí a počtu obsluhovaných uživatelů lze malé buňky rozdělit do tří hlavních kategorií, a to femtobuňky (femtocell), pikobuňky (picocell) a mikrobuňky (microcell). Základní parametry malých buněk ukazuje tabulka 1.

Femtobuňky jsou malé mobilní základnové stanice navržené tak, aby poskytovaly rozšířené pokrytí pro domácnosti a podniky. V podstatě fungují jako vykrývače pro oblasti nebo místa se špatným pokrytím, kde je nízká úroveň signálu z velké základnové stanice mobilního operátora. Femtobuňky se primárně využívají ke snížení provozního zatížení mobilní sítě, rozšíření pokrytí a zvýšení přenosové kapacity uvnitř budov (obvykle v rámci jedné nebo několika místností), ale mohou být případně využity i pro venkovní aplikace.

Další kategorií jsou pikobuňky, které jsou v podstatě stejné jako femto buňky, jen mají o něco větší dosah. Jsou proto vhodné pro vnitřní pokrytí v komerčních budovách, nemocnicích, nákupních centrech, školách apod.

Mikrobuňky jsou navrženy tak, aby ve srovnání s femto- a picobuňkami podporovaly větší počet uživatelů a poskytovaly venkovní pokrytí od stovek metrů až po několika kilometrů (v závislosti na použitém kmitočtovém pásmu a vysílacím výkonu). Obvykle jsou umístěny na nějakém vyvýšením místě na budově nebo třeba na sloupu veřejného osvětlení. Díky většímu pokrytí jsou vhodné pro aplikace jako inteligentní města, inteligentní metro atd.

Malé buňky využívají podobně jako klasické velké buňky moderních technologie jako MIMO, tvarování vysílacího diagramu (beamforming), kmitočtová pásma v pásmu milimetrových vln. Velikost buněk ovlivňují tři hlavní faktory: použité kmitočtové pásmo, vysílací výkon a antény. Vyšší kmitočtová pásma mají vyšší útlum a tedy nižší dosah, ale na druhé straně zase dovolují rádiové kanály s větší šířkou a tedy větší přenosovou kapacitu. Dalším faktorem ovlivňujícím pokrytí je vysílací výkon. Vysílače s vyšším výkonem mají větší dosah a pokryjí tedy větší oblast. Pokud jde o antény, výška a úhel natočení pokrytí ovlivňuje pokrytí a počet použitých antén (MIMO) má vliv na celkovou přenosovou kapacitu.

Mobilní základnové stanice nižších generací byly složité a vyžadovaly spoustu hardwaru (např. rádiové přístupové sítě – RAN). V LTE a 5G byla technologie centralizované rádiové přístupové sítě (C-RAN) nahrazena distribuovanou RAN. Složité zpracování je realizováno v centrální cloudové stanici a vzdálená rádiová jednotka tak vyžaduje méně hardwaru, což dovoluje snadnější a rychlejší instalaci.

Tyto malé základnové stanice (transceivery) mohou být umístěny na stěnu v místnosti pro vnitřní aplikace nebo na malých věžích nebo sloupech veřejného osvětlení pro venkovní aplikace. Připojení k páteřní síti je realizováno prostřednictvím optických vláken, metalických kabelů nebo mikrovlnných spojů. Konfigurace je méně složitá, stačí zařízení připojit k páteřní síti a zdroji napájení.

Mobilní sítě 5G budou muset být schopny podporovat mnoho různých aplikací s různými nároky na přenosovou kapacitu, latenci a spolehlivost připojení. Koncept malých buněk představuje dokonalé řešení pro poskytování zdokonaleného mobilního vysokorychlostního připojení a aplikací vyžadujících nízkou latenci a vysokou spolehlivost. Pro zajištění maximální výkonnosti malých buněk budou využity zejména modulační techniky vyššího řádu, technologie MIMO a kmitočtová pásma v oblasti milimetrových vln.

Redaktor: Jaroslav Hrstka

Související příspěvky

Leave a Comment