CC BY
46
21 декабря 2011 r. 16:56
ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЩЕСТВА
Применение фемтостанций в системах подвижной связи с кодовым разделением каналов
Б настоящее время около 75 % всех вызовов в сетях сотовой подвижной связи совершаются абонентами, находящимися внутри помещений, в связи с этим в условиях сильного затухания сигнала от базовых станций ЗЭ из-за бетонных перекрытий, необходимо устанавливать базовые станции, представляющие собой оборудование домашних шлюзов, непосредственно у абонентов. Это позволит не только обеспечить требуемое качество сигнала, но и повысить пропускную способность сети, что особенно актуально для абонентов, пользующихся мультимедийными услугами (видеоконференция, доступ в интернет и т.д.).
Яхина О.М.,
Аспирант ФГУП ЦНИИС yakhina@zniis.ru
антенны обычно не превышает 100 мВт. Фемтостанция (англ. Femtocell) (внешний вид показан на рис. 1) - оконечное пользовательское оборудование, выполняющее роль базовой станции фемтосоты, которое подключается по фиксированному широкополосному доступу к сети подвижной связи с использованием технологий xDSL, Ethernet (прямое подключение к порту коммутатора уровня доступа), PON. Фемтостанция предназначена для обслуживания небольшой территории (устанавливаются на улице, в жилых и офисных помещениях, в местах общего пользования). Радиус действия фемтостанции составляет 10-30 м, площадь покрытия - приблизительно 1000 кв.м, а мощность излучения
Рис. 1. Внешний вид фемтостанции (форм-фактор напоминает точку доступа Wi-Fi, домашний маршрутизатор или модем) 6)
Существует несколько сценариев развертывания сети с использованием фемтостанций 3):
1. Фемтостанция находится вне зоны покрытия базовой станции основной инфраструктуры сети
GSM/UMTS.
2. Фемтостанция находится в зоне покрытия базовой станции основной инфраструктуры сети GSM.
3. Фемтостанция находится в зоне покрытия базовой станции основной инфраструктуры сети UMTS, при этом фемтостанция использует ту же частоту.
4. Фемтостанция находится в зоне покрытия базовой станции основной инфраструктуры сети UMTS, при этом фемтостанция использует другую частоту.
Предпосылки к внедрению фемтостанций
Как известно, фемтостанции стали появляться с развитием систем третьего поколения, которые в основном базируются на кодовом разделении каналов. Требования к фемтостанциям, а также к их взаимодействию с
оборудованием сети связи основной инфраструктуры, определены в 3GPP Release 8, опубликованном в апреле 2009 г.
Основным катализатором к внедрению и активному использованию фемтостанций является обеспечение слабого уровня сигнала от базовых станций 3G внутри зданий. Благодаря фемтостанциям покрытие сотовой сети улучшается в тех местах где это необходимо, при этом обеспечивается предоставление всех тех же функций, которые обеспечивает базовая станция основной инфраструктуры. Несмотря на то, что основное внимание уделяется развитию UMTS-фемтостанций, они могут создаваться и для других стандартов, на которых организуются сети подвижной связи (GSM, CDMA).
Фемтостанции обеспечивают высокую скорость передачи данных за счет использования проводной сети широкополосного доступа.
Для повышения пропускной способности и обеспечения требуемого качества сигнала необходимо увеличение числа базовых станций основной инфраструктуры, что приводит к немалым расходам. Фемтостанции же дают возможность улучшить покрытие и ёмкость сети без необходимости установки новых базовых станций.
Фемтостанции обеспечивают индивидуальное предоставление мультимедийных услуг и услуг передачи данных позволяя обслуживать большое количество абонентов.
Требования к фемтостанциям, проблемы
внедрения и их решение
При массовом внедрении фемтостанций можно столкнуться с рядом проблем. Основная проблема -это взаимные помехи. Радиосигнал от фемтостанции может влиять на сигналы от базовых станций основной инфраструктуры, если используется тот же частотный диапазон. В связи с этим основным требованием к фемтостанциям является исключение взаимных помех (интерференции) с макросетью и другими фемтостанциями. Решением проблемы взаимных помех может являться либо использование другой частоты для фемтостанции, либо определение правильного месторасположения фемтостанции с установкой определенных параметров, обеспечивающих корректную работу. В связи с этим необходимо проводить частотно-территориальное планирование сети, в которой устанавливается большое
172
'Инфдьоммуни&ашіоинр-упрдйЛбн-іеиців сети. Patigi и оптимизация таем связи"
количество близко расположенных фемтостанций. Мощность передатчика фемтостанции должна быть ограничена для поддержания корректной роботы фемтостанций. Ограничение мощности передатчика дает возможность не подавлять сигнал от макросети фемтоячейкой. Фемтоячейка может работать с фиксированным уровнем мощности сигнала даже на границе макросоты 3).
Другая проблема - расходование спектра частот. Для каждой фемтостанции должна бьггь обеспечена возможность предотвращения подключения через соседнюю фемтостанцию. Для предотвращения несанкционированного переноса оборудования и поддержки вызовов экстренных служб должно быть точно известно местоположение фемтостанции. Для фемтостанций, которые подключаются самостоятельно пользователем это требование является нелегким.
Определить местоположение фемтостанции можно с помощью сканирования наружной сети, а также по таким параметрам, как IP- и MAC- адреса вышестоящих сетевых устройств.
В технологии фемтосот у каждого фемтокластера есть свой фемтошлюз, который поддерживает десятки тысяч фемтостанций. Большое количество фемтостанций генерируют большую суммарную нагрузку на сеть и коммутаторы. Для решения этого вопроса фемтошлюз должен интегрироваться в ядро оператора.
На данный момент также не предусмотрена технология бесперебойного сервиса. Необходимо, чтобы при отключении питания и интернет-подключения связь у обонента не пропадала. Возможное решение - резервное подключение через линии наземной телефонной связи и источники бесперебойного питания.
Для решения вопросов перебоев в работе сети связи должна быть всегда зарезервирована необходимая пропускная способность для фемтостанции, заложены определенные показатели емкости интернет-канала, при котором фемтосота предоставляет определенные услуги. Для голосового звонка достаточно канала небольшой емкости, но для предоставления мультимедийных услуг UMTS, в том числе услуг высокоскоростной передачи данных, необходим канал большой емкости.
Достаточно сложной технической задачей является то, что фемтосоте необходим источник чрезвычайно стабильной опорной частоты. Стационарные базовые станции регулярно подвергаются подстройке по этому параметру.
Сотовый терминал должен надежно переключаться на фемтосоту, когда она находится в зоне видимости, иначе эффекта от её применения не будет. Этот вопрос решается настройкой радиопараметров.
Фемтостанции должны иметь возможность автоматического конфигурирования и настройка должна осуществляться по принципу "Plug & Play" для возможности самостоятельной установки оборудования пользователем.
Интеграция фемтосот с UMTS
Существует несколько методов подключения фемтостанций к сети связи основной инфраструктуры. Ниже приведено их описание.
1. Фемтостанция может подключаться напрямую к контроллеру мобильной радиосети (RNC - Radio Network Controller). В этом случае фемтосота выступает в роли базовой станции Node В. Для соединения БС с RNC используется интерфейс lu-Ь. При подключении фемтосоты
через Интернет стек протоколов lu-Ь инкапсулируется в IP-пакеты и передается по защищенному протоколу IP Sec (tunnelling luB over IPsec). К сети через шлюз подключен и контроллер радиосети RNC. Шлюз восстанавливает данные из IP-пакетов и по интерфейсу lu-Ь транслирует их в контроллер RNC.
2. Возможен вариант подключения к фемтошлюзу, обеспечивающему взаимодействие фемтосотовых базовых станций. Такое подключение осуществляется по 1Р-сетям. Фемтошлюз позволяет поддерживать тысячи БС с малой емкостью.
3. Возможен вариант подключения фемтостанций к сетям оператора, реализованным на основе архитектуры IMS (IP Multimedia Subsystem - мультимедийная подсистема на базе протокола IP). В таких сетях речь передается посредством IP (технология VoIP), с поддержкой протокола сигнализации SIP (Session Initiation Protocol - протокол инициации сеанса связи). IMS-архитектура подразумевает распределенное управление, без выделенного RNC-контроллера (его функции выполняют все базовые станции, в том числе - фемтосотовые).
Так как недостатки подключения через RNC и IMS очевидны, предлагается на существующей сети использовать для подключения фемтошлюзы (Рис. 2).
На данный момент преимущество за фемтошлюзами, так как RNC не масштабируются в степени, достаточной для подключения тысяч базовых станций. А также, несмотря на то что интерфейс lu-Ь стандартизирован, производители оборудования зачастую вводят в него дополнительные опции, что затрудняет использование в одной сети оборудования различных компаний. Отсутствуют UNC-контроллеры, а на архитектуру IMS операторы сотовой связи перешли в ограниченном количестве.
£ Фппосютщ
Mo6tL(bMWi кчсфои
Рис. 2. Схема подключения фемтостанций к сети оператора связи с использованием фемтошлюзов
Внедрения
Одна из первых наиболее крупных установок фемтосот была создана компанией Sprint (США) в городах Денвер и Индианаполис. Работа ведется с конца 2007 г., используются фемтостанции производства Samsung Electronics, названные Sprint Airave. Поддерживаются любые телефоны, приобретенные у Sprint. Кроме того, уже есть коммерческие запуски в США у AT&T на базе оборудования IPACCESS (при участии
173
