Мультисервисные мобильные сети 5G — это следующий шаг в развитии телекоммуникационных технологий. Они обеспечивают высокую пропускную способность, минимальную задержку и широкий охват, что позволяет использовать их для самых разных задач — от передачи больших объемов данных до управления беспилотниками и «умной» техникой. Для построения 5G-сетей ученые МТУСИ предложили использовать комбинированный подход, объединяющий различные технологии и протоколы. В его основе лежит использование сотовых станций с большой пропускной способностью и малой задержкой, а также передовых антенных систем.
В МТУСИ спроектировали работу сетей 5G / © RP M, unsplash.com
Радиоподсистема пятого поколения представлена в виде набора секторов (часто именуемых ячейками). Для упрощения расчетов эти сектора часто изображают в виде правильных шестиугольников (сот). Одним из важных вопросов при проектировании таких сетей становится выбор оптимального числа обслуживающих секторов на базовой станции.
«Этот параметр может быть равен одному, трем секторам или шести. Увеличение количества секторов повышает пропускную способность, но усложняет оборудование станции и увеличивает затраты на его эксплуатацию. Наиболее оптимальным вариантом еще с первых систем мобильной связи принято считать число секторов, равное трем. Это касается территорий с преобладающим числом жилых кварталов, обеспечивающих наличие потенциальных абонентов. В промзонах, а также в населенных пунктах с небольшой населенностью могут применяться более простые односекторные базовые станции», — отмечает Алексей Данилов, доцент, кандидат технических наук, доцент кафедры ССиСК МТУСИ.
Ученые провели исследование в рамках стандартной топологии сотовой станции, которая состоит из трех секторов. В центре этой структуры, представляющей собой три шестиугольные зоны, находится базовая станция, отвечающая за обслуживание абонентских терминалов.
«Для каждого сектора была рассчитана площадь обслуживаемой территории по формуле: S = (3/8√3)R²,где R — радиус действия сектора обслуживающей базовой станции. Учитывая, что площадь обслуживания для станции с тремя обслуживающими секторами будет в три раза больше: S = (9/8√3)R². Число сайтов для определенного класса местности можно определить по формуле: Nsi(Si/Ssa), где SA — площадь местности, разбитой по классам, S — площадь обслуживания одного сайта.
Дистанция (радиус) действия сектора базовой станции был рассчитан на основе формул Окамура-Хата. С ее помощью осуществляется прогнозирование средних потерь на распространение радиоволны при отсутствии наличия прямой видимости до абонентского терминала. Важно отметить, что формула Окамура-Хаты является эмпирическим расчетом, который необходимо корректировать по мере модернизации передающего оборудования и при смене рабочих диапазонов частот», — поделился исследованием Сергей Максимов, старший преподаватель кафедры ССиСК МТУСИ.
Дистанция (радиус) действия сектора базовой станции рассчитывается на основе формул Окамура-Хата. С ее помощью осуществляется прогнозирование средних потерь на распространение радиоволны при отсутствии наличия прямой видимости до абонентского терминала.
Исследователи внедрили модернизированные версии формул Окамура-Хата для прогнозирования средних потерь в структуре связи. Первый вариант формулы был рассчитан для населенных пунктов с небольшой и средней плотностью населения, второй — для городов с большой плотностью населения, а третий — для городов с населением более 100 тысяч человек (наибольшей плотностью).
Исследование показало, что средняя дистанция обслуживания для разных диапазонов работы сетей пятого поколения выглядит следующим образом. Низкочастотный диапазон 700 МГц — десятки километров. Диапазон средних частот от 2 до 6 ГГц — оптимальное покрытие на расстоянии до 1–2 километров. Диапазон миллиметровых волн выше 24 ГГц — дистанция покрытия составляет примерно 150–300 метров.
Ученые пришли к выводу, что выбор оптимального количества секторов и расстояния, на которое действует базовая станция, зависит от множества факторов. К таким факторам относятся плотность застройки, численность населения на территории и необходимая пропускная способность сети.
Методика проектирования мультисервисных мобильных сетей 5G, предложенная учеными МТУСИ, открывает новые горизонты в области телекоммуникационных технологий. Предлагаемый метод построения мультисервисной мобильной сети пятого поколения позволяет обеспечить высокую пропускную способность, низкую задержку и широкий охват, что является основными характеристиками идеальной 5G-сети.
Ожидается, что сети пятого поколения за счет агрегации самых передовых технологий предоставления услуг связи смогут провести техническую революцию и станут флагманом в реализации совершенно новых услуг связи.
Дальнейшие исследования в этой области могут быть направлены на оптимизацию параметров проектирования, таких как число секторов на базовой станции, радиус действия сектора и число сайтов.
Материал подготовлен на основе статьи «Проектирование мобильной сети связи пятого поколения» из Сборника трудов.
