BTS – Základňové stanice naše každodenné

Sú ich tisíce. BTS-ky sú všade, kam sa pozriete – na strechách, na kopcoch, aj na samostatných stožiaroch pri cestách či kdekoľvek inde. A to určite netušíte, že základňové stanice mobilných sietí (BTS, Base Station Transceiver Subsystem) sa vyskytujú aj – nikým nepozorované – v interiéroch veľkých urbanistických komplexov, v nákupných centrách či zamaskované v podobe komína v historickom centre mesta.

BTS Nokia 5
Vidíte na obrázku BTSku? Nie? Pozrite si lepšie pravý stĺp bilboardu. ZDROJ | Nokia

V mobilnom prevedení ich zas vedia operátori dopraviť aj na miesta, kde mobilný signál chýba alebo je potrebné kapacitu siete posilniť kvôli mimoriadnym podujatiam. Aby toho nebolo málo, výrobcovia telekomunikačnej infraštruktúry pripravujú technológie, ktoré nám miniatúrne základňovky prepašujú priamo do bytov aj kancelárií.

Pozrite siV Nemecku majú ďalšiu ekologickú BTS

Srdce bunky

Poďme si priblížiť „základné kamene“ mobilných sietí, bez ktorých by nebolo rádiové pokrytie možné. BTS je srdcom každej bunky siete mobilného operátora, skrýva však v sebe omnoho viac tajomstiev a technológií, než vnímame pri pohľade z vonku. Základňová stanica je súhrnným označením pre zariadenie ukrývajúce telekomunikačnú technológiu a vzdušné rozhranie mobilnej siete (GSM, UMTS atď.).

https://www.youtube.com/watch?v=_BKpPx2KcDo

Vonkajší vzhľad a počet antén BTS do značnej miery predurčuje počet sektorov, na ktoré je príslušná bunka mobilnej siete rozdelená. Obvykle ich býva 1 až 4.

Jednosektorové bunky so všesmerovou anténou sa dnes už takmer nepoužívajú, pretože príliš plytvajú frekvenčným spektrom (rovnaké kanály sa môžu použiť až vo veľkej vzdialenosti). Výnimočne sa používajú jednosektorové bunky so smerovým pokrytím pre špecifickú časť územia.

BTS 10

Najčastejším prípadom BTS je trojsektorová verzia. V takomto prípade je základňová stanica osadená troma anténami s vyžarovacím uhlom 120 stupňov v horizontálnej rovine a väčšinou 15 až 30 stupňov vo vertikálnej rovine.

V exteriérových BTS sú pritom často používané panelové antény zložené z radu dipólov pod ochranným laminátovým krytom a na jednom stožiari často nájdeme antény pre viacero typov sietí.

Antény patria väčšinou jednému mobilnému operátorovi, ale občas sa na stožiar vo významnej lokalite uchytia aj viacerí. V prípade, že pripojenie BTS na chrbticovú sieť rieši operátor bezdrôtovo, čo je často jedinou alternatívou, nájdeme na stožiari ešte malé antény rádioreléových spojov.

BTS 14

Pomerne úzke smerovanie sektorových antén v kombinácii s naklonením vo vertikálnej rovine umožňuje hospodárne nakladanie s kmitočtami a ich opätovné využitie na blízkych BTS.

Pásmo GSM 900, v ktorom digitálne mobilné siete začínali, umožňuje pokrytie územia s menším počtom základňových staníc oproti GSM 1 800 (označuje sa aj DCS), ale obsahuje menší počet kanálov, a hlavne vo väčších mestách je jeho kapacita už vyčerpaná.

Aby sieť zvládla súčasný počet účastníkov, ktorých hustota môže bežne presiahnuť rádovo tisíce na kilometer štvorcový, nasadili operátori pásmo GSM 1 800 a neskôr aj 3G UMTS, kde je k dispozícii podstatne viac kanálov. Menšie rozmery buniek zároveň umožňujú viackrát využiť rovnaké frekvencie na porovnateľnom území.

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

BTS 19

Podľa veľkosti môžeme bunky mobilných sietí rozdeliť do niekoľkých kategórií:

Makrobunky majú všeobecne vysielacie antény umiestnené nad úrovňou striech alebo na samostatných stožiaroch a podľa veľkosti sa ďalej delia na bunky:

  • dáždnikového typu (umbrella) – predstavujú najvyššiu vrstvu siete a pokrývajú územie s polomerom až 30 km. Kvôli tomu sa umiestňujú na vyšších miestach, obvykle na kopcoch. Takéto základňové stanice sprostredkovávajú prevádzku v miestach, kde je dosah BTS nižších vrstiev nedostatočný.
  • veľké – typické mestské makrobunky zabezpečujú prevádzku vo väčšej časti miest a na hustejšie osídlenom vidieku. Dosah pokrytia majú do 5 km.
  • malé – mestské makrobunky majú dosah pokrytia do 1 km a zahusťujú sieť v centrách miest, v priemyselných a nákupných zónach. Vďaka malému dosahu nevyčerpávajú kmitočtové spektrum v širšom okolí.

Mikrobunky sú ďalšou kategóriou v rámci topológie mobilných sietí. Ich antény sú na rozdiel od makrobuniek umiestnené pod úrovňou strechy a pokrývajú len svoje najbližšie okolie – ulice, križovatky a pod. Keďže sa antény v tomto prípade nemontujú na stožiare, ich inštalácia je jednoduchšia ako v prípade makrobuniek.

Pokrytie vo veľkých budovách a obchodno-administratívnych centrách zabezpečujú pikobunky a v prípade silného útlmu signálu prenikajúceho z vonkajšieho prostredia (železobetón, podzemné podlažia, tunely) sa používajú aj tzv. opakovače (repeatre).

BTS Ericsson 3
Ericsson Radio Dot ZDROJ | Ericsson

Opakovač sa môže použiť aj na pokrytie lokality v členitom teréne, kam sa nedostane priamy signál mobilnej siete tým, že signál prijíma, zosilňuje a vysiela ďalej príslušným smerom. Ide o lacnejšiu náhradu plnohodnotnej BTS, použitie opakovačov však vyžaduje starostlivú analýzu a kmitočtové plánovanie, aby nedochádzalo k interakciám so signálom BTS v mieste príjmu.

Zvláštnym prípadom BTS sú femtobunky (femtocells), ktoré spadajú skôr do sféry fixne-mobilnej konvergencie, než do čisto mobilnej komunikácie. Analytici odhadujú, že femtobunky v najbližších rokoch zaznamenajú veľký rozkvet podporovaný súčasným rozvojom rýchleho širokopásmového internetu.

Tento typ BTS umožní použiť mobil ako terminál pre hlasovú, prípadne dátovú komunikáciu (cez 3G), ale vonkajšia konektivita bude stále prebiehať cez internetové pripojenie používateľa, nie cez sieť mobilného operátora.

BTS Nokia 11
ZDROJ | Nokia

Tajomstvá v útrobách

Stožiar základňovej stanice je jej najviditeľnejším prvkom, nemenej dôležitá je však technológia ukrytá v priestoroch pod anténou. Technologické zariadenia sú v prípade tzv. indoorových BTS najčastejšie umiestnené v kontajneri, kde majú technici pri údržbe alebo rozširovaní systému relatívne komfortné prostredie.

Pri outdoorovej verzii je technológia prístupovej siete umiestnená v externej skrini a pracovníci údržby majú v prípade nepriaznivého počasia omnoho ťažšiu pozíciu. Špeciálnym prípadom sú mobilné BTS, ktoré sa používajú na zabezpečenie alebo posilnenie pokrytia pri rôznych akciách s kumuláciou veľkého počtu ľudí, alebo ako náhrada klasickej BTS počas výpadku pri technickej poruche alebo živelnej pohrome.

BTS 23

BTS operuje na jednom alebo na niekoľkých pároch frekvencií. Jedna frekvencia sa používa na prenos signálu do telefónu a jedna frekvencia na príjem signálu z telefónu.

Od dimenzovania počtu kanálov, t.j. kapacity účastníkov, ktorí môžu v rámci bunky súčasne komunikovať, závisí počet „šuplíkov“ s transceivermi a ďalším zariadením zabudovaným v BTS. Zálohovanie napájania sa hlavne pri indoorových BTS rieši pomocou batérií, zdroje UPS totiž negarantujú dostatočne dlhú dobu zálohovania pre tento typ aplikácie.

Pozrite siLong Term Evolution (LTE) – sme členmi klubu

Kvôli dosiahnutiu vysokej spoľahlivosti je nutné dodržiavať stabilnú prevádzkovú teplotu. O tú sa stará klimatizačná jednotka umiestnená obvykle vo vrchnej časti technologickej skrine.

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

Výkon BTS je podobný výkonu mobilného telefónu, v najnepriaznivejšom prípade dosahuje rádovo 10 W.

Sú bezpečné?

Malá poznámka k elektromagnetickému smogu a elektromagnetickej kompatibilite. Pod vplyvom šírených poplašných správ o možných rizikách používania mobilov majú operátori často problém pri získavaní súhlasu s umiestňovaním anténnych systémov BTS na strechy obytných domov.

Obavy sú v tomto prípade iracionálne, pretože výkon BTS je podobný výkonu samotného mobilného telefónu, v najnepriaznivejšom prípade dosahuje rádovo 10 W a limitné hodnoty výkonu a intenzity poľa stanovujú prísne technické normy.

V prípade enormnej „elektrofóbie“ sa pri montáži môže na strechu nainštalovať elektromagnetické odtienenie, podľa môjho názoru je však takéto opatrenie zbytočné. Vzhľadom k vyžarovacej charakteristike a smerovaniu antén je totiž výkon BTS namierený do strán, pričom expozícia obyvateľov daného domu je prakticky nulová.

BTS 15

Vplyv BTS na ľudí v objekte je určite menší, ako dopad používania bežných mobilov alebo akýchkoľvek iných elektrospotrebičov. Rovnako sa netreba obávať BTS v mikro a pikobunkách, ktoré sú umiestnené v budovách, a teda bližšie k ľuďom, ako základňové stanice na strechách a stožiaroch.

Spomenuli sme, že výkon BTS je rádovo podobný výkonu mobilného telefónu (mobil GSM vysiela maximálne 2 W, ak je v oblasti slabého signálu), a keďže intenzita poľa klesá s druhou mocninou vzdialenosti, dopad žiarenia z BTS na osoby v ich dosahu je zanedbateľný, resp. mnohonásobne menší (100x, 1 000x, …), ako vplyv samotného telefonovania.

Najnepriaznivejším dopadom vyrastajúcich základňoviek je azda negatívny estetický vplyv v prípade ich necitlivého zakomponovania do krajiny či mestskej zástavby. Ale aj to sa dá rôznou kamuflážou vyriešiť. Mobilní operátori tak vedia nájsť spoločnú reč s ochranármi prírody aj historických pamiatok.

BTS Nokia 10
ZDROJ | Nokia

Nech špekulujeme akokoľvek, bez základňových staníc mobilných sietí sa už nezaobídeme, naopak bude ich ešte oveľa viac než v súčasnosti. Spôsobí to príchod sietí nových generácií, ktoré siahnu po čoraz vyšších frekvenciách spektra a nakoniec preniknú do pásma desiatok GHz. Antény aj BTS-ky sa zmenšia, ale ich hustota narastie. Ak k tomu prirátame „paralelný svet“ WiFi hotspotov, budeme mať okolo seba hustú džungľu rádiových vysielačov. Dizajn a maskovanie do architektonických riešení bude preto čoraz dôležitejšie. Treba veriť, že naše spolužitie s BTS-kami bude harmonické.

BTS 18

Komentáre k článku