С ростом числа устройств и приложений, нуждающихся в быстром и надежном интернете, разработка сетей пятого поколения (5G) приобретает особое значение.
Мультисервисные мобильные сети 5G — следующий этап в развитии телекоммуникационных технологий. Обеспечивают высокую пропускную способность, минимальную задержку и широкий охват, что открывает возможности для самых разных задач — от передачи больших объемов данных до управления беспилотниками и «умной» техникой.
Учёные МТУСИ для создания 5G-сетей предлагают комбинированный подход, сочетающий разные технологии и протоколы. В его основе — сотовые станции с высокой пропускной способностью и малой задержкой, а также передовые антенны.
Радиосистема пятого поколения состоит из секторов, которые иногда называют ячейками. Для упрощения расчетов эти сектора часто изображают в виде правильных шестиугольников. При проектировании таких сетей важным вопросом становится выбор оптимального числа обслуживающих секторов на базовой станции.
Этот параметр может принимать значения: один, три или шесть секторов. Увеличение количества секторов повышает пропускную способность, но усложняет оборудование станции и увеличивает затраты на его эксплуатацию. С первых систем мобильной связи самым оптимальным вариантом считается число секторов, равное трем. Это актуально для территорий с преобладанием жилых кварталов, что обеспечивает наличие потенциальных абонентов. В промышленных зонах, а также в малонаселённых пунктах могут применяться более простые односекторные базовые станции. — указывает Алексей Николаевич Данилов, доцент, кандидат технических наук, доцент кафедры ССиСК МТУСИ.
В исследовании учёных использовалась стандартная топология сотовой станции, состоящая из трёх секторов. Центр этой конструкции — три шестиугольных зоны — занят базовой станцией, обслуживающей абонентские терминалы.
Рассчитывалась площадь обслуживания для каждой сектора по следующей формуле:
Площадь покрытия станции с тремя секторами в три раза превышает площадь обслуживания станции с одним сектором, где R — радиус действия сектора обслуживающей базовой станции.
Количество сайтов для определенного типа местности можно вычислить по формуле.
Площадь местности, разбитой по классам (SA), и площадь обслуживания одного сайта (S) определяют радиус действия сектора базовой станции. Расчёт радиуса производится с помощью формул Окамура-Хата, которые прогнозируют средние потери при распространении радиоволны без прямой видимости до абонентского терминала. Важно помнить, что формула Окамура-Хата является эмпирическим расчётом, требующим корректировки при модернизации передающего оборудования и смене рабочих диапазонов частот. Старший преподаватель кафедры ССиСК МТУСИ Сергей Петрович Максимов представил результаты исследования.
Радиус действия сектора базовой станции определяется по формулам Окамура-Хата. По этим формулам предсказывают средние потери при передаче радиосигнала без прямой видимости к абоненту.
Учёные применили усовершенствованные формулы Окамура-Хата для предсказания средних потерь в сетях связи. Первый вариант рассчитан на населённые пункты с малой и средней плотностью населения, второй — на города с большой плотностью населения, а третий — на города численностью более 100 тысяч человек (с наибольшей плотностью).
Опрос выявил разницу в средней длительности обслуживания сетей пятого поколения по различным рабочим диапазонам.
- Низкочастотный диапазон 700 МГц — десятки километров.
- Диапазон средних частот с 2 по 6 гигагерц обеспечивает оптимальное покрытие на расстояние до одного или двух километров.
- Покрытие на расстоянии до 300 метров обеспечивается при использовании миллиметровых волн с частотой более 24 ГГц.
Исследование показало, что оптимальное количество секторов и радиус действия базовой станции зависят от многих условий. К ним относятся плотность застройки, население зоны покрытия и требуемая пропускная способность сети.
Методика проектирования мультисервисных мобильных сетей 5G, предложенная учёными МТУСИ, открывает новые возможности в области телекоммуникационных технологий. Предлагаемый метод построения мультисервисной мобильной сети пятого поколения позволяет обеспечить высокую пропускную способность, низкое время задержки и широкий охват, что является главными характеристиками идеальной 5G-сети.
Сети пятого поколения благодаря сочетанию передовых технологий связи приведут к технической революции и станут основой для совершенно новых сервисов.
Поиск дальнейшего совершенствования данной отрасли может быть сосредоточен на улучшении характеристик проектирования, например, количестве секторов на базовой станции, радиусе их действия и числе используемых узлов.
Материал подготовлен по статье «Проектирование мобильной сети связи пятого поколения». сборника трудовXVIII Международная отраслевая научно-техническая конференция «Технологии информационного общества» прошла с 15 по 17 число.
Пресс-релиз подготовлен отделом по связям с общественностью МТУСИ.
Источник фото: ru.123rf.com