Čo je to základňová stanica BTS?

V dnešnej časti nášho „skoro encyklopedického“ seriálu sme zaostrili na základňové stanice mobilných telekomunikačných sietí. Áno, BTS (Base Station Transceiver Subsystem) sú tou technologickou vychytávkou, na ktorej stojí, či padá veľká časť nášho dnešného životného štýlu.

Určujú ho smartfóny a mobilná komunikácia všeobecne.

Pozrite siBTS – Základňové stanice naše každodenné

Skratky sa menia

Bunkovú štruktúru mobilných sietí tvoria práve základňové stanice, stále s obľubou nazývané BTS. Môžeme ich touto zaužívanou skratkou označovať aj naďalej, hoci dnes ide skôr o anachronizmus. Základňové (alebo bázové) stanice sa týmto pojmom totiž oficiálne označovali v sieťach 1G (u nás NMT) a 2G (GSM).

S príchodom sietí 3G sa pre základňovky zaviedol pojem Node B a pre siete LTE eNode B (E-UTRAN Node B, alebo Evolved Node B, eNodeB  / eNB). Možno je preto lepšie siahnuť po obecnejšom označení BS, ktoré vyjadruje práve základňovú stanicu (Base station).

bts-2g-4g
ZDROJ | GreyB Services

Hoci GSM je už pomaly ale isto na ústupe a pásmo 1800 MHz a dokonca aj 900 MHz sa efektívnejšie využíva aj pre siete 3G, prípadne 4G/LTE, architektúra sietí sa v princípe nemení. Jednotlivé bunky vytvárajú štruktúru podobnú včeliemu plástu, pričom v srdci každej z nich žiaria antény základňových staníc.

https://www.youtube.com/watch?v=qNSaaRRkEnQ

Práve rádiové spojenie základňovej stanice tvorí „poslednú míľu“ , prístupovú sieť (RAN) pre mobilné terminály. Komunikácia ďalej prebieha z BS cez rádiovú, alebo fixnú telekomunikačnú infraštruktúru operátora do chrbticovej siete a ďalej do „mozgu“ mobilnej siete, ktorým je ústredňa.

Pozrite siAlcatel-Lucent: revolúcia v optike prenesie Petabit/s

Dnes je toto prepojenie v zastavaných oblastiach realizované zväčša optickými káblami, ktoré zabezpečia dostatočnú konektivitu pre širokopásmový mobilný internet aj pri moderných sieťach. V mnohých prípadoch je však prepojenie základňovej stanice do chrbticovej siete pomocou kábla nemožné, alebo by bolo nerentabilné. Tam nastupujú smerové mikrovlnné spoje.

Pomocou nich je síce k dispozícii prenos dát rýchlosťou desiatok, ba aj stoviek Mbit/s, ale pre siete 4G a najmä pre prichádzajúce siete 5G to už stačiť nebude.

BTS Nokia 10
ZDROJ | Nokia

Potom sa  zo stožiarov BS zrejme vytratia aj malé zakrytované paraboly, ktoré sú anténami týchto mikrovlnných spojov. Je však možné, že ich nahradia iné technológie bezdrôtového prenosu, ako laserová optika.

Alebo sa fixné bezdrôtové technológie presunú do vyšších pásiem cm a mm vĺn, kde dosiahnu adekvátne vyššie prenosové rýchlosti – to je najpravdepodobnejší scenár. V takom prípade sa však príslušné antény podstatne zmenšia.

Malé aj veľké

Ale poďme naspäť k základňovým staniciam. Štruktúra bunky mobilnej siete je v skutočnosti (väčšinou) zložitejšia ako komôrka včelieho plástu. Bunky sú totiž obvykle viacsektorové. Namiesto jednej všesmerovej antény má BS niekoľko antén – najčastejšie tri – natočených do rôznych smerov.

Pri troch sektoroch sa dosiahne prakticky trojnásobná kapacita pripojených mobilov a na rovnakom území dokáže operátor efektívnejšie využívať frekvencie prideleného spektra.

cropped-BTS-19.jpg

Pravda, efektivitu dnes pomáhajú zvyšovať aj nové druhy modulácie, telekomunikačných technológií  a operátori tak majú k dispozícii omnoho viac nástrojov, ako v časoch sietí 1G a 2G. Lenže aj na Slovensku už penetrácia mobilných zariadení dávno prekročila 100% a operátori si musia poradiť s prevádzkou miliónov mobilov, namiesto desiatok tisíc v časoch siete 1G.

Aj keď sa teda dá spektrum v sieťach novej generácie využívať oveľa efektívnejšie, nie je výhodné budovať riedku sieť s veľkými bunkami.

Pozrite si5G – 100x rýchlejšie, tisícnásobná kapacita, stonásobok terminálov

Operátori vedia dopraviť mobilné BS aj na miesta bez vybudovanej infraštruktúry, alebo operatívne posilniť sieť pri mimoriadnych podujatiach. V zásade sa však budujú bunky rôznych veľkostí v závislosti od potrebnej plochy pokrytia. Už v sieťach GSM tak existovali makro- a mikrobunky.

BTS Ericsson 3
ZDROJ | Ericsson

Makrobunky sú tvorené základňovými stanicami, ktoré dobre poznáme. Majú dosah od 1 km v mestách, až do 30 km v riedko osídlených oblastiach. To sú všetky tie stožiare na kopcoch a inde v teréne, alebo antény na strechách vyšších budov.

Najmenšie sú najbližšie

Okrem nich však sieť tvorí množstvo mikrobuniek, ktorých antény sú buď skryté, alebo maskované v konštrukcii budov, či nosníkov. Majú krátky dosah (spravidla do 1 km) a zahusťujú pokrytie v mestách a exponovaných lokalitách.

https://www.youtube.com/watch?v=P9W9hA0YvqQ

Na letiskách, v metre, na výstaviskách, v nákupných a administratívnych centrách sa okrem toho používajú pikobunky, ktoré majú dosah len desiatky, alebo stovky metrov. Sú umiestnené v budovách a okrem prekonávania bariér pokrytia pomáhajú zlepšiť kapacitu siete pre hlas aj dáta. V sieťach 5G budú pikobunky veľmi dôležitou súčasťou sieťovej architektúry.

Na zlepšenie dosahu v budovách sa niekedy používajú aj opakovače (repeatre) signálu, ktoré sú oklieštenou formou základňovej stanice.

Smerovanie antén BS sa nastavuje podľa konkrétnych potrieb – pri troch sektoroch môže byť vyžarovací uhol v horizontálnej rovine napríklad 120 stupňov. Vo vertikálnej rovine je to však výrazne menej (napr. 15-30 stupňov), pretože operátor nemá záujem „svietiť“ signálom do neba, ani do zeme, ale do diaľky.

Reinkarnované femtobunky

Obavy obyvateľov, ktorí majú na strechách budov  základňové stanice, sú preto z pohľadu elektromagnetického (neionizujúceho) žiarenia neopodstatnené. Neporovnateľne väčšiu intenzitu elektromagnetického poľa totiž generuje ich vlastný mobil (ktorého sa neboja), ako samotná BS. Ale to je na samostatnú tému.

BTS 23

Špeciálnou verziou miniatúrnych základňových staníc sú femtobunky, ktorých význam je dnes veľmi diskutabilný. V čase, keď sa o vývoji fixne-mobilnej konvergencie špekulovalo v odborných kruhoch, mali vývojári mnohých firiem víziu, že femtobunky vytvoria doma, či v kancelárii hotspot na báze mobilnej siete, pričom budú pripojené do internetu cez pevnú širokopásmovú linku (FTTx, ADSLx, CaTV a pod.).

Pozrite siŽilinská univerzita bude s Huawei pri zrode sietí 5G

Majiteľ smartfónu si túto „mobilnú“ sieť nastaví a bude surfovať zadarmo cez pevnú linku. Mobilní operátori mali toľko práce s vymýšľaním obchodného modelu, ako by mohli na takomto pripojení ryžovať (napríklad by prenajímali hardvér na femtobunky), že si nevšimli, ako ich technologický vývoj prevalcoval.

Dnes má každý smarfón Wi-Fi a „femtobunku“ tvorí Wi-Fi router v kdejakej kaviarni a vo väčšine domácností, či kancelárií. V optimálnom prípade tak môžeme surfovať rýchlosťami, ktoré sa vyrovnajú sieťam 4G aj bez asistencie mobilných operátorov. A navyše bez poplatkov a obmedzení. „Tak to chodí“, skonštatoval by Kurt Vonnegut Jr. v Bitúnku č.5.

Komentáre k článku