Мтс продаст вам базовую станцию. Вышки операторов сотовой связи

Введение

Один из первых вопросов, который возникает, когда вы занимаетесь подключением к мобильному интернету, это вопрос о местонахождении базовой станции выбранного вами оператора, чтобы направить в ее сторону свою антенну. Желательно узнать точные координаты вышки и рельеф до нее, чтобы понять, имеет ли смысл использовать вышку для приема сигнала. Сервисы и различные андроид-приложения не дают точных координат БС, т.к. основаны на измерениях и их математической обработке. Погрешность при этом может достигать нескольких километров.

Зачастую координаты вышки можно установить, изучая карты покрытия операторов, рельеф местности, карты Гугл и Яндекс, а также предоставляемые ими возможности просматривать фотографии и панорамы изучаемой местности. Надо сказать, что БС на карте можно найти не всегда. Причин тому может быть много - карты устарели, БС находится на крыше здания и ее просто не видно на карте, вышка имеет небольшие размеры и т.п.

Параметры БС неизвестны. Костромская обл

Задано: координаты 57.564243, 41.08345, деревня Кузьминка в Костромской области. Задача - определить точные координаты БС, к которой можно подключиться для приема 3 G -сигнала.

Будем рассматривать поиск БС по шагам.

Шаг 1. Анализ карт покрытия.

Воспользуемся известным сервисом https://yota-faq.ru/yota-zone-map/ , где представлены зоны покрытия четырех операторов, кроме Билайна. Отмечу здесь, что покрытие Билайна, представленное на их офсайте, использовать практически невозможно - там показывается, как правило, сплошное покрытие, не учитывающее рельеф местности.

Наиболее интересно с точки зрения подключения выглядят зоны покрытия Мегафона и МТС. Вы сами можете в этом убедиться, открыв сервис, вставив координаты в поисковую строку и переключая операторов.

Зона покрытия Мегафона:

Зона покрытия МТС:

Из анализа зоны покрытия Мегафона видим, что БС 3G вероятнее всего находятся в направлениях Красное, Сухоногово, Лапино (в данном масштабе карты Лапино не видно, это юго-запад, примерно там, где отметка Р-600).

Более интересна зона покрытия МТС. Здесь также рассматриваем направление на Сухоногово и Красное. Но Красное более интересный вариант, т.к. там есть покрытие 4G . Расстояние до Красного порядка 10 км, если МТС раздает 4G на частоте 1800 МГц, то есть все шансы установить связь с одной из БС МТС, которые находятся в этом населенном пункте.

Шаг 2. Изучение рельефа местности .

Рельеф до Красного непростой, но вполне пробиваемый. Для оценки рельефа воспользуемся сервисом https://airlink.ubnt.com . Если вы впервые на этом сайте, то вначале вам нужно будет пройти бесплатную процедуру регистрации. Открыв сервис, прокручиваем ползунок вниз до конца и в правом нижнем углу вводим исходные данные, как показано на следующем рисунке.

Я обычно вначале ввожу одинаковые координаты в оба окошка, а потом начинаю двигать лиловую метку в интересующие меня точки, где предположительно могут находиться БС. При этом в правом верхнем углу экрана отображается рельеф, луч прямой видимости и примерный размер зоны Френеля.

Для наших координат имеем:

Проверка рельефа в других «подозрительных» направлениях показала, что рельеф там значительно хуже. Таким образом, мы определились с направлением и заодно выбрали оператора - МТС.

Шаг 3. Уточнение нашего выбора с помощью сервиса «Качество связи»

Сервис открывается по следующему адресу https://geo.minsvyaz.ru . В поисковой строке задаем название деревни Кузьминка, переключаем просмотр с 4-х окон в однооконный режим, масштабируем карту в удобный размер и получаем для оператора МТС:

Видим, что наш выбор правильный, т.к. согласно базе данных измерений пользователей этого сервиса в Красном действительно имеется хорошее покрытие 4G от МТС.

Увеличим масштаб этой карты и увидим, что наиболее вероятным местоположение вышки (или вышек) является улицы Советская и Окружная.

Шаг 4. Изучение местности с помощью карт Гугл и Яндекса.

Указанные карты обладают полезным инструментом для изучения местности - панорамами и фотографиями местности. У карт Гугл панорам различных местностей значительно больше, чем у Яндекса, поэтому чаще приходится пользоваться Гуглом, рассматривая панорамы. С другой стороны, у Яндекса больше фотографий, сделанных в различных местах, кроме того, обычно карты Яндекса для России более актуальны. В связи с этим приходится пользоваться обоими сервисами. Здесь использованы карты и сервисы Гугл.

Итак, мы выяснили, что нам нужно рассмотреть две улицы в Красном в поисках БС. Запускаем карты Гугл, вводим примерные координаты ул. Советской (или название улицы) и получаем:

Здесь включен режим просмотра улиц, нужная нам улица выделена синим цветом на карте. Получить панораму улицы можно кликнув мышкой в любой точке синей линии. Двигаясь таким образом вдоль улицы на север, у здания почты мы обнаруживаем первую БС:

И наконец невдалеке от пересечения Советской и Окружной улиц обнаруживается третья вышка, самая высокая из найденных:

Возвращаемся к карте и находим тень этой вышки в том месте, куда указывает фотография:

Отмечаем мышкой это место на карте и получаем точные координаты БС:

Подведем некоторые итоги нашего исследования. С помощью информации, полученной из анализа зон покрытия, пользовательских измерений силы сигнала в интересующей нас местности и изучения местности по фотографиям и панорамам, нам удалось найти три базовых станции и их точные координаты в городе, в котором мы никогда не бывали. Вопрос о том, какому оператору принадлежатнайденные БС, остается открытым, т.к. ответ на него требует дополнительного исследования. Проще всего проехать по маршруту и измерить параметры БС с помощью какого-нибудь андроид-приложения, которое выдает MNC , MCC и уровень сигнала. Некоторые из таких приложений представлены .

Параметры БС известны. Пригород Пензы

Как известно ряд андроид-приложений, а также интерфейс модема типа HiLink и программа MDMA могут давать параметры БС, с помощью которых известные сервисы и приложения могут выдавать приблизительные координаты БС, что позволяет облегчить поиск конкретных координат БС на картах. Обзоры некоторых из этих инструментов приведены в разделе « » на сайте Антэкс.

Рассмотрим конкретный пример с форума, пример основан на теме. Координаты пользователя

Существует множество способов определения местоположения, такие как спутниковая навигация (GPS), местоположение по беспроводным сетям WiFi и по сетям сотовой связи.

В данном посте мы попытались проверить, насколько хорошо работает технология определения местоположения по вышкам сотовой связи в городе Минске (при условии использования только открытых баз данных координат передатчиков GSM).

Принцип действия заключается в том, что сотовый телефон (или модуль сотовой связи) знает, каким приемопередатчиком базовой станции он обслуживается и имея базу данных координат передатчиков базовой станции можно приблизительно определить своё местоположение.

Теперь немного о том, что такое передатчик в понимании OpenCellID и каким образом наполняется база данных OpenCellID. Эта БД наполняется различными способами, наиболее простой - это установка на смартфон приложения, которое записывает координаты телефона и обслуживающую базовую станцию, а затем отсылает на сервер все измерения. На сервере OpenCellID происходит вычисление приблизительного местоположения базовой станции на основании большого числа измерений (см. рисунок ниже). Таким образом, координаты беспроводной сети вычисляются автоматически и являются очень приблизительными.

Карта Участники OpenStreetMap

Теперь перейдем к вопросу о том, как использовать эту базу данных. Есть два варианта: использовать сервис перевода Cell ID в координаты, который предоставляется сайтом OpenCellID.org , либо выполнять локальный поиск. В нашем случае локальный способ предпочтительней, т.к. мы собираемся проехать по 13-километровому маршруту, и работа через веб будет медленной и неэффективной. Соответственно нам необходимо скачать базу данных на ноутбук. Это можно сделать, скачав файл cell_towers.csv.gz c сайта downloads.opencellid.org .

База данных представляет собой таблицу в CSV-формате, описанном ниже:

• - код страны;
• - код оператора;
• - код зоны;
• - идентификатор передатчика;
• - долгота передатчика;
• - широта передатчика.

Все сотовые модули поддерживают следующие команды: AT+CREG, AT+COPS (обслуживающая базовая станция), AT+CSQ (уровень сигнала от базовой станции). Некоторые модули позволяют узнать кроме обслуживающего передатчика также и соседние, т.е. выполнять мониторинг базовых станций с помощью команд AT^SMONC для Siemens и AT+CCINFO для Simcom. У меня в распоряжении был модуль SIMCom SIM5215Е.

Соответственно мы воспользовались командой AT+CCINFO, ее формат приведен ниже.

Нас интересуют следующие параметры:

• - индикатор обслуживающего передатчика;
• - индикатор соседнего передатчика;
• - код страны;
• - код оператора;
• - код зоны;
• - идентификатор передатчика;
• - мощность принимаемого сигнала в дБм.

Мониторинг работает – можно ехать.

Маршрут пролег в западной части Минска по ул. Матусевича, пр. Пушкина, ул. Пономаренко, ул. Шаранговича, ул. Максима Горецкого, ул. Лобанка, ул. Кунцевщина, ул. Матусевича.

Карта Участники OpenStreetMap

Запись лога велась с интервалом в 1 секунду. Выполняя преобразование CellID в координаты, выяснилось что 6498 обращений к базе данных OpenCellID были результативными, а 3351 обращений не нашли соответствий в БД. Т.е. hit rate для Минска составляет примерно 66 %.

На рисунке ниже показаны все передатчики, которые встречались в логе и были в БД.

Карта Участники OpenStreetMap

На рисунке ниже показаны все обслуживающие передатчики, которые встречались в логе и были в базе данных. Т.е. подобный результат можно получить на любом сотовом модуле или телефоне.

Карта Участники OpenStreetMap

Как видим, в один из моментов нас обслуживал передатчик, находящийся за транспортной развязкой на пересечении ул. Притыцкого и МКАД. Скорее всего, это загородная базовая станция, обслуживающая абонентов на расстоянии в несколько километров, что ведет к значительным ошибкам в определении местоположения по Cell ID.

Поскольку наш SIMCom SIM5215Е в каждый момент времени показывает не только обслуживающий передатчик, но также соседние и уровни сигнала от них, то попробуем рассчитать координаты аппарата на основании всех данных, имеющихся в конкретный момент времени.

Расчет координат абонента будем выполнять как взвешенное среднее координат передатчиков:
Latitude = Sum (w[n] * Latitude[n]) / Sum(w[n])
Longitude = Sum (w[n] * Longitude[n]) / Sum(w[n])

Как известно из теории распространения радиоволн, затухание радиосигнала в вакууме пропорционально квадрату расстояния от передатчика до приемника. Т.е. при удалении в 10 раз (например, с 1 км до 10 км) сигнал станет в 100 раз слабее, т.е. уменьшится на 20 дБ по мощности. Соответственно вес при каждом слагаемом определяется как:
w[n] = 10^(RSSI_in_dBm[n] / 20)

Здесь мы допустили, что мощность всех передатчиков одинаковая, это допущение ошибочно. Но ввиду отсутствия информации о мощности передатчика базовой станции приходится идти на заведомо грубые допущения.

В результате получаем более подробную картину местоположений.

Карта Участники OpenStreetMap

По итогу маршрут оказался неплохо прочерчен за исключением выброса в сторону развязки на МКАД, по ранее описанной причине. Кроме того, со временем база данных координат будет наполнятся, что также должно повысить точность и доступность технологии определения местоположения по Cell ID.

Спасибо за внимание. Вопросы и комментарии приветствуются.

Вышки сотовой связи устанавливаются на открытой местности для того, чтобы на них можно было смонтировать базовые станции. Базовыми станциями называют совокупность приборов, отвечающую за прием, передачу и обработку сигнала сотовой связи.

Несмотря на то, что распространение мобильных способов общения в России идет интенсивным путем, многие города, села оказываются без этого вида коммуникаций.

Вышки операторов сотовой связи

Вышки сотовой связи используются вдали от городских массивов. В мегаполисах базовые станции размещают на крышах домов. Радиус их действия достигает 3-5 километров. А вокруг дорог, возле сельских поселений устанавливаются специальные вышки. Как правило, это бело-красные столбы, башни, на вершине которых смонтирована базовая станция. Когда на пути сигнала нет лесных массивов или железобетонных конструкций, вышки можно размещать на расстоянии 10-15 км друг от друга.

Поскольку рынок сдачи мачт в аренду растет, условия существования на нем быстро меняются.

Вышки сотовой связи МТС

Компания «МТС» занимает второе место по числу базовых станций среди крупных операторов сотовой связи в России. В 2016 году было установлено около 137 тысяч единиц. Эта компания первой стала сдавать свои вышки в аренду конкурентам и другим предприятиям, предлагая довольно льготные условия в виде отсутствия штрафов за досрочное расторжение контракта и отказа от скрытых и дополнительных платежей.

Вышки сотовой связи Билайн

Компания «Билайн» в 2016 году имела около 96 тысяч установленных базовых станций. Динамика их увеличения относительно скромная: в год появляется по 4,5 тысячи новых станций. Хотя именно установка новых вышек позволила компании предлагать 4G интернет во многих областях России.

Вышки сотовой связи Мегафон

По состоянию на 2016 год у компании «Мегафон» было установлено больше всего базовых станций: около 164 тысяч. В год эта компания увеличивает их число на 14-15 тысяч.

Вышка сотовой связи Теле2

Оператор «Теле 2» растет динамично. В 2016 году у него было около 96 тысяч базовых станций, что сравнимо по охвату с «Билайном». Это предприятие устанавливает или арендует по 12 тысяч новых вышек и станций в год. Есть основания полагать, что при таком темпе развития, этот оператор вскоре займет более прочное положение в четверке лидеров.

Как установить вышки сотовой связи, и какая цена?

Вышки сотовой связи используются там, где нет никаких иных вариантов размещения базовых станций. Даже вокруг деревень можно найти высокие конструкции, на которые смонтировать антенны будет дешевле, чем ставить вышку. Это могут быть трубы, элеваторы и другие варианты построек высокого типа.

Требования к установке вышки довольно непростые:

• высота оригинальной вышки должна составлять от 72 до 100 метров;
• желательно выбирать самое высокое место в округе, годятся любой холм, возвышенность;
• необходим доступ к электричеству. Если его нет, нужно устанавливать отдельный трансформатор;
• вышку надо устанавливать вблизи от населенных пунктов или дорог с большой пропускной способностью.

Интенсивность строительства вышек высока, например, в Подмосковье их устанавливают несколько десятков в течение теплого сезона.

Стоимость строительства одной вышки сотовой связи составляет около 5 миллионов рублей. В последнее время под такие конструкции принято арендовать землю не только у юридических, но и у физических лиц. Правда, ставки для частных землевладельцев являются чисто символическими - несколько сотен рублей в год.

Какая стоимость аренды вышки сотовой связи?

Большая четверка операторов сотовой связи владеет лишь 70% вышек. Даже такие компании, как «МТС», «Билайн», «Теле 2» и «Мегафон», арендуют часть мощностей у предприятий, которые специализируются на строительстве вышек. К ним относятся такие игроки, как:

• «Русская башня» (1,7 тысяч вышек);
• «Вертикаль» (1,6 тысяч вышек).

Аренда вышки сотовой связи стоит относительно недорого. У разных компаний цена может колебаться от 15 до 30 тысяч рублей в месяц.

Производители и поставщики вышек сотовой связи

Большинство задач по строительству вышек сотовой связи можно решить силами российских компаний и поставщиков.

Есть несколько предприятий, которые зарекомендовали себя в этой сфере:

• ООО «Металл-Система»: компания производит башни, мачты, трубостойки для крепления базовых станций на крышах зданий.
• ООО «Алтайстройдиагностика» помогает построить вышку на основе мачты или башни с соблюдением всех технических и законодательных требований. Эксперты компании знают, как правильно установить опоры, обеспечить бесперебойную работу оборудования.
• Завод металлоконструкций «Спецстройкомплект» может произвести вышку по стандартным чертежам или с учетом пожеланий заказчика. Здесь можно заказать дополнительные опции для вышки: молниеотвод, площадку для технического персонала.
• Компания МКТЭК считается одним из самых дешевых производителей вышек сотовой связи. Монтируемые этой фирмой вышки имеют секционное строение. В зависимости от необходимой высоты мачты или башни можно выбрать разное количество секций. Это позволяет экономить средства тем заказчикам, которые планируют поставить вышку на возвышенности, и которым не нужна максимальная высота сооружения.

Общее количество предприятий в России, которые производят и поставляют оборудование для установки вышек сотовой связи, составляет несколько десятков компаний. Рынок развит настолько, что у потребителей есть возможность выбирать фирму, которая устроит их по срокам изготовления и монтажа вышки, по стоимости работ, по особенностям технического оснащения вышки.

Обслуживание вышек

Обслуживание вышек - дело недешевое. Оборудование приходится менять с неопределенной частотой. Одни вышки дольше работают в неизменном состоянии, другие быстро выходят из строя. Это зависит от типа оборудования, средней загрузки соты.

Иногда владельцы вышек заменяют оборудование на более современное. Сети формата 4G постепенно распространяются по всей России. За этой простой фразой стоит огромный труд по модернизации оборудования.

Простое обслуживание вышек без модернизации обходится примерно в 5% стоимости в год, то есть в 250 тысяч рублей.

И вновь немного общеобразовательного материала. На этот раз речь пойдет о базовых станциях. Рассмотрим различные технические моменты по их размещению, конструкции и дальности действия, а также заглянем внутрь самого антенного блока.

Базовые станции. Общие сведения

Так выглядят антенны сотовой связи, установленные на крышах зданий. Эти антенны являются элементом базовой станции (БС), а конкретно - устройством для приема и передачи радиосигнала от одного абонента к другому, и далее через усилитель к контроллеру базовой станции и другим устройствам. Являясь наиболее заметной частью БС, они устанавливаются на антенных мачтах, крышах жилых и производственных зданий и даже дымовых трубах. Сегодня можно встретить и более экзотические варианты их установки, в России их уже устанавливают на столбах освещения, а в Египте их даже "маскируют" под пальмы.

Подключение базовой станции к сети оператора связи может производиться по радиорелейной связи, поэтому рядом с "прямоугольными" антеннами блоками БС можно увидеть радиорелейную тарелку:

С переходом на более современные стандарты четвертого и пятого поколений, для удовлетворения их требований подключать станции нужно будет исключительно по волоконной оптике. В современных конструкциях БС оптоволокно становится неотъемлемой средой передачи информации даже между узлами и блоками самой БС. К примеру, на рисунке ниже показано устройство современной базовой станции, где оптоволоконный кабель используется для передачи данных от RRU (выносные управляемые модули) антенны до самой базовой станции (показано оранжевой линией).

Оборудование базовой станции располагается в нежилых помещениях здания, либо устанавливается в специализированные контейнеры (закрепленные на стенах или столбах), ведь современное оборудования выполняется довольно компактно и может запросто поместиться в системный блок серверного компьютера. Часто радиомодуль устанавливают рядом с антенным блоком, это позволяет уменьшить потери и рассеивание передаваемой в антенну мощности. Так выглядят три установленных радиомодуля оборудования базовой станции Flexi Multiradio, закрепленные прямо на мачте:

Зона обслуживания базовых станций

Для начала следует отметить, что бывают различные типы базовых станций: макро, микро, пико и фемтосоты. Начнем с малого. И, если кратко, то фемтосота не является базовой станцией. Это, скорее, Access Point (точка доступа). Данное оборудование изначально ориентируется на домашнего или офисного пользователя и владельцем такого оборудования является частное или юр. лицо, не относящееся к оператору. Главное отличие такого оборудования заключается в том, что оно имеет полностью автоматическую конфигурацию, начиная от оценки радиопараметров и заканчивая подключением к сети оператора. Фемтосота имеет габариты домашнего роутера:

Пикосота - это БС малой мощности, принадлежащая оператору и использующая в качестве транспортной сети IP/Ethernet. Обычно устанавливается в местах возможной локальной концентрации пользователей. Устройство по размерам сравнимо с небольшим ноутбуком:

Микросота - это приближенный вариант реализации базовой станции в компактном виде, очень распространено в сетях операторов. От "большой" базовой станции ее отличает урезанная емкость поддерживаемых абонентом и меньшая излучающая мощность. Масса, как правило, до 50 кг и радиус радиопокрытия - до 5 км. Такое решение используется там, где не нужны высокие емкости и мощности сети, или нет возможности установить большую станцию:

И наконец, макросота - стандартная базовая станция, на базе которой строятся мобильные сети. Она характеризуется мощностями порядка 50 W и радиусом покрытия до 100 км (в пределе). Масса стойки может достигать 300 кг.

Зона покрытия каждой БС зависит от высоты подвеса антенной секции, от рельефа местности и количества препятствий на пути до абонента. При установке базовой станции далеко не всегда на первый план выносится радиус покрытия. По мере роста абонентской базы может не хватить максимальной пропускной способности БС, в этом случае на экране телефона появляется сообщение "сеть занята". Тогда оператор со временем на этой территории может сознательно уменьшить радиус действия базовой станции и установить несколько дополнительных станций в местах наибольшей нагрузки.

Когда нужно увеличить емкость сети и снизить нагрузку на отдельные базовые станции, тогда и приходят на помощь микросоты. В условиях мегаполиса зона радиопокрытия одной микросоты может составлять всего 500 метров.

В условиях города, как ни странно, встречаются такие места, где оператору нужно локально подключить участок с большим количеством трафика (районы станций метро, крупные центральные улицы и др.). В этом случае применяются маломощные микросоты и пикосоты, антенные блоки которых можно располагать на низких зданиях и на столбах уличного освещения. Когда возникает вопрос организации качественного радиопокрытия внутри закрытых зданий (торговые и бизнес центры, гипермаркеты и др.) тогда на помощь приходят пикосотовые базовые станции.

За пределами городов на первый план выходит дальность работы отдельных базовых станций, так установка каждой базовой станции в удалении от города становится все более дорогостоящим предприятием в связи с необходимостью построения линий электропередач, дорог и вышек в сложных климатических и технологических условиях. Для увеличения зоны покрытия желательно устанавливать БС на более высоких мачтах, использовать направленные секторные излучатели, и более низкие частоты, менее подверженные затуханию.

Так, например, в диапазоне 1800 МГц дальность действия БС не превышает 6-7 километров, а в случае использования 900-мегагерцового диапазона зона покрытия может достигать 32 километров, при прочих равных условиях.

Антенны базовых станций. Заглянем внутрь

В сотовой связи чаще всего используют секторные панельные антенны, которые имеют диаграмму направленности шириной в 120, 90, 60 и 30 градусов. Соответственно для организации связи во всех направлениях (от 0 до 360) может потребоваться 3 (ширина ДН 120 градусов) либо 6 (ширина ДН 60 градусов) антенных блоков. Пример организации равномерного покрытия во всех направлениях показан на рисунке ниже:

А ниже вид типовых диаграмм направленности в логарифмическом масштабе.

Большинство антенн базовых станций широкополосные, позволяющие работать в одном, двух или трех диапазонах частот. Начиная с сетей UMTS, в отличие от GSM, антенны базовых станций умеют изменять площадь радиопокрытия в зависимости от нагрузки на сеть. Один из самых эффективных методов управления излучаемой мощностью - это управление углом наклона антенны, таким способом изменяется площадь облучения диаграммы направленности.

Антенны могут иметь фиксированный угол наклона, либо имеют возможность дистанционной регулировки с помощью специального программного обеспечения, располагаемого в блоке управления БС, и встроенных фазовращателей. Существуют также решения, позволяющие изменять зону обслуживания, от общей системы управления сети передачи данных. Таким образом, можно регулировать зону обслуживания всего сектора базовой станции.

В антеннах базовых станций применяется как механическое управление диаграммой, так и электрическое. Механическое управление проще реализуется, но часто приводит к искажению формы диаграммы направленности из-за влияния конструктивных частей. Большинство антенн БС имеет систему электрической регулировки угла наклона.

Современный антенный блок представляет собой группу излучающих элементов антенной решетки. Расстояние между элементами решетки выбирается таким образом, чтобы получить наименьший уровень боковых лепестков диаграммы направленности. Наиболее часто встречаются длины панельных антенн от 0,7 до 2,6 метров (для многодиапазонных антенных панелей). Коэффициент усиления варьируется от 12 до 20 dBi.

На рисунке ниже (слева) представлена конструкция одной из наиболее распространенных (но уже устаревающих) антенных панелей.

Здесь излучатели антенной панели представляют собой полуволновые симметричные электрические вибраторы над проводящим экраном, расположенные под углом 45 градусов. Такая конструкция позволяет формировать диаграмму с шириной главного лепестка 65 или 90 градусов. В такой конструкции выпускаются двух- и даже трехдиапазонные антенные блоки (правда, довольно крупногабаритные). Например, трехдиапазонная антенная панель такой конструкции (900, 1800, 2100 МГц) отличается от однодиапазонной, примерно в два раза большим размером и массой, что, конечно же, затрудняет ее обслуживание.

Альтернативная технология изготовления таких антенн предполагает выполнение полосковых антенных излучателей (металлические пластины квадратной формы), на рисунке выше справа.

А вот еще один вариант, когда в качестве излучателя используются полуволновые щелевые магнитные вибраторы. Линия питания, щели и экран выполняются на одной печатной плате с двухсторонним фольгированным стеклотекстолитом:

С учетом современных реалий развития беспроводных технологий, базовые станции должны поддерживать работу 2G, 3G и LTE сетей. И если блоки управления базовых станций сетей разных поколений удается вместить в один коммутационный шкаф без увеличения габаритного размера, то с антенной частью возникают значительные трудности.

Например, в многодиапазонных антенных панелях количество коаксиальных соединительных линий достигает 100 метров! Столь значительная длина кабеля и количество паяных соединений неизбежно приводит к потерям в линиях и снижению коэффициента усиления:

С целью снижения электрических потерь и уменьшения точек пайки часто делают микрополосковые линии, это позволяет выполнить диполи и систему запитки всей антенны по единой печатной технологии. Данная технологиях проста в производстве и обеспечивает высокую повторяемость характеристик антенны при ее серийном выпуске.

Многодиапазонные антенны

С развитием сетей связи третьего и четвертого поколений требуется модернизация антенной части как базовых станций, так и сотовых телефонов. Антенны должны работать в новых дополнительных диапазонах, превышающих 2.2 ГГц. Более того, работа в двух и даже трех диапазонах должна производиться одновременно. Вследствие этого антенная часть включает в себя довольно сложные электромеханические схемы, которые должны обеспечивать должное функционирование в сложных климатических условиях.

В качестве примера рассмотрим конструкцию излучателей двухдиапазонной антенны базовой станции сотовой связи Powerwave, работающей в диапазонах 824-960, МГц и 1710-2170, МГц. Ее внешний вид показан на рисунке ниже:

Этот двухдиапазонный облучатель состоит из двух металлических пластин. Та, что большего размера работает в нижнем диапазоне 900 МГц, над ней расположена пластина с щелевым излучателем меньшего размера. Обе антенны возбуждаются щелевыми излучателями и таким образом имеют единую линию запитки.

Если в качестве излучателей используются дипольные антенны, то необходимо ставить отдельный диполь для каждого диапазона волн. Отдельные диполи должны иметь свою линию запитки, что, конечно же, снижает общую надежность системы и увеличивает энергопотребление. Примером такой конструкции является антенна Kathrein для того же диапазона частот, что и рассмотренная выше:

Таким образом, диполи для нижнего диапазона частот находятся как бы внутри диполей верхнего диапазона.

Для реализации трех- (и более) диапазонного режимов работы наибольшей технологичностью обладают печатные многослойные антенны. В таких антеннах каждый новый слой работает в довольно узком диапазоне частот. Такая "многоэтажная" конструкция изготавливается из печатных антенн с индивидуальными излучателями, каждая антенна настраивается на отдельные частоты рабочего диапазона. Конструкция поясняется рисунком ниже:

Как и в любых других многоэлементных антеннах в такой конструкции происходит взаимодействие элементов, работающих в разных диапазонах частот. Само собой это взаимодействие оказывает влияние на направленность и согласование антенн, но данное взаимодействие может быть устранено методами, применяемыми в ФАР (фазированных антенных решетках). Например, одним из наиболее эффективных методов является изменение конструктивных параметров элементов путем смещения возбуждающего устройства, а также изменение размеров самого облучателя и толщины разделительного диэлектрического слоя.

Важным моментом является то, что все современные беспроводные технологии широкополосные, и ширина полосы рабочих частот составляет не менее 0,2 ГГц. Широкой рабочей полосой частот обладают антенны на основе взаимодополняющих структур, типичным примером которых являются антенны типа "bow-tie" (бабочка). Согласование такой антенны с линией передачи осуществляется подбором точки возбуждения и оптимизацией ее конфигурации. Чтобы расширить полосу рабочих частот по согласованию "бабочку" дополняют входным сопротивлением емкостного характера.

Моделирование и расчет подобных антенн производят в специализированных программных пакетах САПР. Современные программы позволяют моделировать антенну в полупрозрачном корпусе при наличии влияния различных конструктивных элементов антенной системы и позволяют тем самым произвести достаточно точный инженерный анализ.

Проектирование многодиапазонной антенны производят поэтапно. Сначала рассчитывают и проектируют микрополосковую печатную антенну с широкой полосой пропускания для каждого рабочего диапазона частот отдельно. Далее печатные антенны разных диапазонов совмещают (наложением друг на друга) и рассматривают их совместную работу, устраняя по возможности причины взаимного влияния.

Широкополосная антенна типа "бабочка" может быть удачно использована как основа для трехдиапазонной печатной антенны. На рисунке ниже изображены четыре различных варианта ее конфигурации.

Приведенные конструкции антенн отличаются формой реактивного элемента, который применяется для расширения рабочей полосы частот по согласованию. Каждый слой такой трехдиапазонной антенны представляет собой микрополосковый излучатель заданных геометрических размеров. Чем ниже частоты - тем больше относительный размер такого излучателя. Каждый слой печатной платы отделен от другого с помощью диэлектрика. Приведенная конструкция может работать в диапазоне GSM 1900 (1850-1990 МГц) - принимает нижний слой; WiMAX (2,5 - 2,69 ГГц) - принимает средний слой; WiMAX (3,3 - 3,5 ГГц) - принимает верхний слой. Подобная конструкция антенной системы позволит принимать и передавать радиосигнал без использования дополнительного активного оборудования, не увеличивая тем самым габаритных размеров блока антенны.

И в заключении немного о вреде БС

Порой, базовые станции операторов сотовой связи устанавливают прямо на крышах жилых домов, чем конкретно деморализуют некоторых их обитателей. У хозяев квартир перестают "рожать кошки", а на голове у бабушки начинают быстрее появляться седые волосы. А тем временем, от установленной базовой станции жители этого дома электромагнитного поля почти не получают, ибо "вниз" базовая станция не излучает. Да и, к слову сказать, нормы СаНПиНа для электромагнитного излучения в РФ на порядок ниже, чем в "развитых" странах запада, и поэтому в черте города базовые станции никогда на полную мощность не работают. Тем самым, вреда от БС нет, если только вы не устраиваетесь позагорать на крыше в паре метров от них. Зачастую, с десяток точек доступа, установленных в квартирах жителей, а также микроволновые печи и сотовые телефоны (прижатые к голове) оказывают на вас намного большее воздействие, нежели базовая станция, установленная в 100 метрах за пределами здания.

Термины «базовая станция» и «вышка сотовой связи» давно и прочно вошли в наш лексикон. И если средний пользователь вспоминает об этих вещах не так часто, то уж «сотовый телефон» по привычности явно входит в десятку лидеров. Сотовой связью ежедневно пользуются сотни миллионов людей, но очень мало кто из них задумывается о том, как обеспечивается эта самая связь. И из этого меньшинства очень немногие действительно представляют всю сложность и тонкость этого инструмента связи.

С точки зрения большинства людей, установка базовой станции сотовой связи является весьма несложным делом. Достаточно повесить несколько антенн, подключить их к сети - и готово. Но такое представление в корне неверно. И поэтому мы решили рассказать о том, сколько тонкостей и нюансов возникает при монтаже базовой станции в условиях мегаполиса.

Чтобы наглядно проиллюстрировать свой рассказ, мы подробно задокументировали процесс установки вышки сотовой связи на крыше здания в Москве, по адресу ул. Краснодонская, д.19, корп.2. Это двухэтажное отдельно стоящее административное здание. Мы выбрали именно этот пример потому, что на этой базовой станции не просто смонтирована маленький кронштейн для подвески антенн, а установлена 5-секционная вышка высотой 15 м. Но начнём по порядку.

Подготовка и проектирование

Работа по установке базовой станции начинается с поиска подходящего объекта. Когда он найден, с его владельцем заключается договор аренды. Определяется необходимое расположение антенн будущей станции, масса полезной нагрузки, и исходя из этого проектируются металлоконструкции. При этом учитывается несущая способность элементов конструкции самого здания.

На каждую установленную базовую станцию оформляется комплект документации (толщиной почти 5 см). Помимо прочего, здесь указано множество параметров будущей конструкции: её расположение на объекте, габаритные размеры, общий вес, расположение точек опоры, потребляемые напряжение и мощность, и так далее.

В этой папке собрана исчерпывающая информация:

• проектная документация;
• копии ведомостей, лицензий, сертификатов и заключений соответствия на все элементы, вплоть до гаек и краски;
• рабочая документация на оборудование, металлические конструкции, архитектурно-строительное решение, молниезащиту;
• санитарно-эпидемиологическое заключение о безопасности станции для жителей окружающих домов.

Вернёмся к нашей вышке. После согласования и утверждения проекта, на заводе были изготовлены отдельно платформа и пять сегментов вышки. Поскольку в данном случае речь шла о довольно тяжёлой конструкции, то её необходимо было установить на несущие стены здания. Для этого в кровле были прорезаны отверстия и проведена установка опорных балок. Они играют роль свайного фундамента для платформы, на которую в дальнейшем было смонтировано оборудование станции и вышка с антеннами. Общий вес платформы составил 3857 кг.

Профиль, размеры и количество балок, из которых собирается платформа, толщина стенок, протяжённость сварных швов, используемые метизы - все эти параметры рассчитываются исходя из массы полезной нагрузки, несущей способности стен здания, а также возможных ветровых нагрузок в данном регионе. Конечно, это далеко не единственные критерии, в первую очередь вышка должна обеспечить возможность установки приёмо-передающих антенн на необходимой высоте в зоне видимости соседних базовых станций. Кроме того, конструкция должна быть достаточно жёсткой, чтобы не сбивался луч релейной связи.

Монтаж металлоконструкций

Здание небольшое, отдельного выхода на крышу у него нет, поэтому бригаде монтажников приходится залезать по пожарной лестнице. Её нижняя часть отрезана, чтобы на крышу не лазили жители окружающих домов. К сожалению, это их не слишком останавливает, поэтому с крыш часто что-нибудь пропадает - запчасти, кабели, фидеры и т.д.

Несмотря на то, что каждая станция оснащается сигнализацией, служба безопасности не всегда успевает приехать вовремя.

На крыше уже установлена базовая станция другого сотового оператора, но её размеры не идут ни в какое сравнение с нашей.

После монтажа платформы, подготавливаются площадки для установки первой секции вышки:

После установки секции, начинается «закручивание гаек»:

Установка вышки на шпильки делается для того, чтобы можно было компенсировать отклонения от вертикали в ходе монтажа и дальнейшей эксплуатации.

Вертикальность конструкции постоянно контролируется с двух точек с помощью теодолитов. Причём измерения проводятся отдельно для каждой секции вышки, и потом журнал измерений будет включён в комплект документов. Впоследствии проводится периодические измерения положения вышки, поскольку под собственным весом и весом оборудования может происходить небольшое спиралеобразное скручивание конструкции (до 50 мм на 72 м высоты).

Аппаратный шкаф, подготовленный к установке на платформу:

Итак, первая секция установлена и выровнена. Монтажники готовятся к приёму второй секции:

Безопасности и комфортности работ уделяется очень большое внимание не только при монтаже, но и при дальнейшем обслуживании. Размер рабочих площадок подобран таким образом, чтобы у инженеров было достаточно места для работы. Установлены ограждения лестниц, проёмы в площадках на вышке закрываются люками, чтобы предотвратить случайное падение. Платформа поднята над плоскостью крыши, чтобы в зимнее время аппаратуру не заметало снегом и не блокировало льдом.

Монтаж остальных секций вышки:

Очередь аппаратного шкафа:

Вышка смонтирована, произведены последние измерения с помощью теодолитов. Отклонения минимальны и строго в пределах допусков. Масса вышки составила 2827 кг, а общая масса всех металлоконструкций - 6684 кг.

Цвета секций стандартные: нижняя и верхняя всегда красные, промежуточные чередуются с белым. На вершине вы можете видеть 4 штыря, являющихся продолжением рёбер вышки - это элементы молниезащиты.

Аппаратура

Следующим этапом стал монтаж всей необходимой аппаратуры и прокладка кабелей. Полный список установленного оборудования:

В результате станция приобрела довольно величественный вид, особенно в сравнении с самим зданием:

На станцию подаётся питание напряжением 380 В (3 фазы), которое потом преобразовывается в 48 В. Мощность взята с запасом - до 10 кВт. Питание подводится в отдельный шкафчик.

Откроем дверцу аппаратного шкафа. В неё встроен кондиционер (сверху) и обогреватель (снизу).

В шкафу в течение всего года поддерживается температура 18…20 градусов Цельсия. Это необходимо для бесперебойной работы оборудования и длительной службы аккумуляторов (они расположены внизу).

Аккумуляторы предназначены для обеспечения работы станции в течение примерно суток в случае отключения внешнего питания.

Сверху находится коммутационный блок и преобразователь напряжения.

Передача информации между системными модулями и приёмо-передатчиками (о них ниже) осуществляется через оптоволоконные кабели. Вот так выглядит разъём в коммутационном блоке. Его ни в коем случае нельзя трогать руками, волокно очень чувствительно к повреждениям и загрязнению.

Все базовые станции сотовой связи подключены к единой информационно оптоволоконной сети, протянутой по всей Москве. Белая бухта под аппаратным шкафом - это как раз кабель, через который подключена данная станция.

Справа от шкафа расположены системные модули GSM, CDMA и LTE:

Эти модули являются сердцем базовой станции, они принимают сигнал с антенн и осуществляют его преобразование и сжатие с дальнейшей пересылкой. Им не страшны осадки, все разъёмы герметизированы, а рабочий диапазон температур от +60 до -50.

Под системными модулями расположены грозоразрядники, которые предотвращают выгорание аппаратуры в случае удара молнии:

Справа над модулями расположены бухты оптоволоконного кабеля, с помощью которого они соединяются с приёмо-передатчиками на вышке.

Перейдём к вышке. На ней установлены приёмо-передатчики отдельно для каждого диапазона (GSM, CDMA и LTE). Они усиливают сигнал от крайне малых значений до 115-120 дБ. Из аппаратного шкафа к ним подводится питание:

Продолговатые вертикальные «ящики» - это и есть антенны. Сзади они экранированы, чтобы защитить обслуживающий персонал от электромагнитного излучения. Поднимемся на площадку.

По краям к приёмо-передатчику подключены оптоволоконные кабели, в центре - электропитание:

Заземление выведено на вышку:

Кабельные разъёмы и их заглушки на антенне:

Мы уже упоминали о том, что проектирование и постройка базовой станции сотовой связи является совсем не таким простым делом, как кажется непосвящённым. Здесь множество нюансов, которые связаны и с конкретным местоположением станции. Например, передача радиосигнала над большой водной поверхностью ухудшается, хотя должно быть наоборот, ведь никаких препятствий нет. Но дело в том, что над поверхностью земли распространяется электромагнитное поле, а большой объём воды работает своеобразным конденсатором, над которым усиливаются помехи радиосигналу. И таких тонкостей множество, поэтому от профессионализма проектировщиков и монтажников напрямую зависит эффективность работы базовой станции.