Кубик будущего. Модуль активной антенной решетки lightRadio Cube — один из ключевых элементов сетей RAN нового поколения.

По самым скромным оценкам, объемы трафика в сетях операторов мобильной связи ежегодно будут увеличиваться не менее чем в 1,5 раза. Более смелые аналитики прогнозируют 5–6-кратный рост, объясняя это стремительным повышением популярности смартфонов, планшетных компьютеров и других портативных устройств, а также «жадных» до полосы пропускания приложений, в первую очередь видео. Но какой прогноз ни возьми, везде отмечается, что трафик будет расти значительно быстрее, чем доходы операторов. Искусственные ограничения скорости передачи данных контрпродуктивны. Следовательно, чтобы бизнес оставался прибыльным, необходимы новые технологии и решения, снижающие стоимость передачи единицы информации.

Эксперты Alcatel-Lucent считают, что сети радиодоступа (RAN) в их нынешнем виде неспособны справиться с «цунами» трафика, поэтому компания разработала новую архитектуру построения сетей RAN, получившую название lightRadio. Анонсирована она была в феврале 2011 года, а в мае на выставке «Связь-Экспокомм» был продемонстрирован первый компонент нового решения — lightRadio Cube. Основная идея lightRadio заключается в том, чтобы, существенно уменьшив размеры и повысив универсальность элементов базовых станций, оптимально распределить их по сети. Это позволит предоставить требуемую емкость и производительность сети радиодоступа, где и когда это необходимо, повысив качество обслуживания абонентов и экономические показатели оператора.

Архитектура lightRadio предусматривает три варианта реализации процесса обработки радиосигнала: в блоке, размещенном под антенной вышкой (традиционный способ); в самом радиоустройстве, построенном по принципу «все в одном»; в пуле централизованных ресурсов (облако). Последний вариант представляется наиболее революционным. Централизованная обработка сигналов в облаке имеет массу преимуществ. В частности, она позволяет объединять ресурсы в единый пул и эффективно задействовать новаторские функции для координации и взаимодействия базовых станций, например скоординированную многоточечную передачу/прием (CoMP) и динамическую координацию межсотовой интерференции (ICIC). Кроме того, при таком варианте обработки радиосигнала нет необходимости устанавливать рядом с антеннами отапливаемые, кондиционируемые и защищенные от вандализма монтажные корпуса для размещения оборудования.

Главное препятствие на пути реализации облачного сценария — потребность в очень скоростных каналах для трафика Common Public Radio Interface (CPRI) — в таком формате передается упакованный «в цифру» радиочастотный сигнал. Например, для передачи сигнала от одной антенны LTE, работающей в полосе 10 МГц, требуется канал 460 Мбит/с, а для четырехантенной системы MIMO — 1,8 Гбит/с. Специалисты Alcatel-Lucent разрабатывают высокоэффективные алгоритмы компрессии, при помощи которых величина пропускной способности, необходимая для транспорта CPRI, уменьшится в три раза, тем не менее скоростные требования, вероятнее всего, отодвинут реализацию облачного сценария на несколько лет, поскольку для модернизации распределительных сетей (backhaul) понадобится некоторое время.

А вот каких-либо «инфраструктурных препятствий» на пути внедрения интеллектуальных широкополосных антенн с активной решеткой (Active Array Antenna, AAA) нет. При развертывании «классической» базовой станции для каждого сектора и, как правило, для каждого частотного диапазона устанавливается отдельный радиоблок. Обычно используются три сектора, а если при этом надо поддерживать связь в трех диапазонах, то на антенной вышке размещают девять радиоблоков. Новые антенные конфигурации MIMO, требующие еще большего числа приемных и передающих антенн, быстро перегружаются, что препятствует дальнейшему развитию сетей.

Широкополосные антенны ААА, которые Alcatel-Lucent предлагает использовать для любого из представленных выше вариантов обработки сигналов, способны эффективно работать во всех основных диапазонах сетей 2G, 3G и LTE. Кроме того, они реализуют эффективные методы формирования луча (beamforming), что дает возможность в динамическом режиме изменять диаграмму направленности с учетом постоянных изменений нагрузки на соту и плотности трафика. По данным Alcatel-Lucent, алгоритм вертикального формирования луча позволяет увеличить емкость системы примерно на 30%.

Продемонстрированное в Москве изделие lightRadio Cube представляет собой модуль активной решетки, содержащий собственно антенну, диплексор, радиоблок и блок пассивного охлаждения — все это размещено в компактном кубе размером 6x6x5 см и весом менее 300 г. Выходная мощность одного такого модуля составляет 30 дБм (частота 2,6 ГГц, рабочая полоса 10 МГц, конфигурация 4x1), а из нескольких модулей, как в конструкторе лего, можно формировать антенные блоки необходимой мощности. Малый размер и низкое энергопотребление lightRadio Cube упрощают поиск места для размещения таких «базовых станций» нового поколения.

Для обработки сигнала в архитектуре lightRadio предусмотрены унифицированные блоки, разработанные Alcatel-Lucent совместно с компанией Freescale и основанные на технологии «система на чипе» (System on a Chip). Это очень компактная аппаратная платформа, в которую интегрировано интеллектуальное программное обеспечение. Ее можно объединить с антенным радиоблоком, получив систему «все в одном», подключаемую прямо к распределительной IP-сети.

По мнению специалистов Alcatel-Lucent, миниатюризация базовых станций позволит легко создавать широкополосные зоны покрытия в любой точке, где есть источники энергии, в том числе альтернативные (солнечные батареи, ветряные генераторы). Кроме того, планируется вывести на рынок решения, электропитание которых можно будет осуществлять дистанционно по коммуникационным каналам с помощью технологии PoE. В целом, по оценке Alcatel-Lucent, за счет внедрения решений, подобных lightRadio, энергопотребление систем радиодоступа можно будет сократить на 50%.

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями