Как мы строили базовую станцию

Базовая станция LTE своими руками: такое возможно?

Плата sysmoQMOD для четырёх LTE-модемов

Девять лет назад легендарный программист Фабрис Беллар разработал LTEENB – LTE Base Station Software: это софтверный эмулятор базовой станции 4G LTE на обычном ПК, с использованием доступного радиооборудования. Благодаря ему базовую станцию LTE технически можно использовать как обычный хотспот WiFi.

К сожалению, то ли кто-то купил все права на разработки Беллара, то ли его прижали правоохранительные органы, но с сайта Фабриса исчезло описание инструментов LTE Tools и документация на генератор частот LTEMOD.

Теперь ребята из некоммерческого проекта LibreCellular хотя повторить его работу. Они поставили задачу собрать полноценную базовую станцию LTE из доступных компонентов и свободного программного обеспечения.

Разработанная Белларом базовая станция поддерживала стандарт LTE Release 8 с полнодуплексным FDD, на полосе от 1,4 МГц до 20 МГц, реализованы протоколы LTE PHY, MAC, RLC, PDCP, RRC и NAS. Во время тестирования ПК под Linux на процессоре Core i7 с частотой 2,93 ГГц успешно справился с обработкой данных в реальном времени. Радиооборудование: USRP N210 с платой радиопередатчика SBX. Антенна: Band 7 (2600 МГц FDD), полоса 20 МГц.

Клиентское оборудование у Беллара: USB-модем Huawei E398 4G LTE (на чипсете Qualcomm MDM9200). Во время тестирования на клиентском модеме была зафиксирована скорость 60 Мбит/с на скачивание, 25 Мбит/с на закачку. Набор инструментов LTE Tools Фабрис Беллар предлагал по запросу заинтересованным компаниям.

LibreCellular во многом повторяет оригинальную идею. В отличие от обычной фемтосоты, такую базовую станцию LTE можно подключить по Ethernet к проводному каналу любого интернет-провайдера. И хотя проект кажется каким-то хакерским и нелегальным, в реальности он частично профинансирован европейским грантом NGI Zero — Privacy Enhancing Technologies.

Задача LibreCellular — разработать полное аппаратное и программное решение, которое относительно просто развернуть в реальных условиях, и оно будет достаточно надёжно работать. Предварительно очерчен список компонентов, но он может измениться.

Аппаратный и программный стек

Предполагается использовать распространённые стандартные комплектующие и программное радио, обеспечив платформу для дальнейшей непрерывной разработки с участием сообщества.

Каждая станция — маленькая ячейка в полосе частот 1,4 МГц и 3 МГц.

Изначально соты будут поддерживать только передачу данных. В дальнейшем планируется реализовать поддержку голоса через VoLTE (HD voice) и CSFB (Circuit Switched FallBack).

Аппаратный стек

Все компоненты помещаются в одну стойку 19″. Подсистемы следующие:

Эталонная аппаратная платформа

Плата LimeSDR-USB

Плата LimeRFE

Опорный генератор тактовых импульсов Mini Precision GPS

Программный стек

Ключевые компоненты программного обеспечения в предварительном стеке приведены ниже. Это далеко не полный список:

Сколько стоит лицензия

Чтобы запустить свою базовую станцию, нужно получить лицензию. Распределением частот и выдачей лицензий в каждой стране занимается государственная организация, например, Ofcom Shared Access в Великобритании и CBRS в США. К примеру, ниже приведены годовые лицензионные отчисления за каналы в диапазонах от 1800 МГц, 2300 МГц, от 3,8 до 4,2 ГГц в Великобритании, в зависимости от полосы частот.

Трудно поверить, что ребята из LibreCellular смогут повторить проект Фабриса Беллара, всё-таки у него очень высокий уровень таланта и мастерства. Вот список некоторых проектов Фабриса:

Источник

Как мы строили мобильную сеть на трассе «Амур»: телефонизация страны и никаких гвоздей!

В топике я расскажу о крупнейшем за последние годы телекоммуникационном проекте, который оказался просто удивительным в плане реализации.

Всё началось с советского автопрома

После того как Председатель Правительства РФ проехал на «Калине» по трассе М58 «Амур», все три оператора приступили к достаточно быстрому развёртыванию инфраструктуры на ней. Мы работали в авральном режиме день и ночь, взрывали проходы для кабель-каналов, подвозили, монтировали и конфигурировали железо и выкладывались на полную. После всех проделанных работ мне, моим коллегам и нашим знакомым из штатов других операторов остаётся только гордится тем, насколько действительно круто мы вместе поработали.

Дело в том, что если бы вы проехали там же, то заметили бы, что на протяжении целых сотен километров телефон не «видел» сигнала сотовой сети ни одного из операторов. Ясное дело, для крупной федеральной трассы это не самая хорошая ситуация, которая требовала изменения. 30 августа 2010 года на совещании по дорожному строительству в г.Чите Председателем Правительства РФ была поставлена задача по оборудованию автомобильной дороги М58 Чита-Хабаровск (трасса «Амур») подвижной радиотелефонной связью с завершением работ в сентябре 2011 года.

Трасса

Ситуация на начало проекта

Самое время привести небольшую географическую справку. Федеральная трасса Чита — Хабаровск проходит по территориям трех субъектов РФ, общая протяженность трассы составляет 2.165 км. Для понимания глобальности поставленной задачи напомню, что расстояние от Москвы до Берлина составляет всего 1.606 км (или 1.820 километров по трассе).

Первое большое сотрудничество

Понимание глобальности поставленной задачи, подтолкнуло операторов Большой тройки к беспрецендентному шагу, а именно к принятию решения о паритетном разделении затрат на строительства сетевой инфраструктуры. Если везде по стране у каждого из операторов свои сайты и своё железо, то здесь в качестве базовых использовались общие платформы, согласованные по стандарту. Данное решение позволило снизить капиталовложения в проект каждого из участников более чем в полтора раза. Вообще, это удивительный случай, когда каждый из операторов реально начал работать в тесном контакте с остальными, что до этого момента считалось просто невероятным для отечественного рынка.
После определения адресной программы строительства антенно-мачтовых сооружений, определение и согласование которой проходило при участии планировщиков трех компаний, определились объемы работ, которые отводились каждой из сторон. Для организации 100% покрытия трассы сетями трех операторов, потребовалось установить в дополнение к существующим позициям 102 вышки, из которых в зоне ответственности компании Вымпелком оказались 38, МТС – 32, Мегафон – тоже 32. Для обеспечения полного покрытия трассы операторам было необходимо запустить 283 базовых станций, из которых 101 БС – ВымпелКом, 91 – МТС, 91 – Мегафон.

Желтый — наши сайты («Билайн»), зелёный — Мегафон, красный — МТС.

Связь

Единственным технологическим решением, которое позволило бы оперативно организовать транспорт вдоль трассы, стало построение транспортной сети на основе радиорелейного принципа связи (оборудование РРЛ). В данном направлении также был достигнут принцип межоператорского взаимодействия, основанный на разделении магистральной транспортной сети на 3 сегмента, определенных по географическому признаку. Каждый сегмент находится в зоне ответственности соответствующего оператора. Комплекс мероприятий по планированию, строительству и интеграции РРЛ в пределах своего кластера каждый оператор осуществлял самостоятельно, основываясь на согласованных технических требованиях и принципах организации каналов связи. Приведу основные положения данного соглашения:
• Возможность передачи как пакетного трафика, так и трафика TDM
• Минимальная пропускная способность РРЛ 150 Мбит/с в одной поляризации
• На магистральной РРЛ организовано 3 туннеля шириной 50 Мб для каждого оператора

Официальная часть

Проект координировался непосредственно Минкомсвязи России с привлечением государственных структур, содействовавших в выделении земельных и лесных участков, строительстве подъездных дорог. Обеспечение энергоснабжения объектов было возложено на ОАО «РАО ЭС Востока», ОАО «МРСК Сибири», ОАО «ФСК ЕЭС» и ОАО «РЖД». Бюджет проекта составил 4,7 миллардов рублей, из которых примерно 2,4 было использовано операторами «Большой тройки» на возведение объектов связи, а 2,3 выделило государство на обеспечение электропитанием и строительство подъездных путей к объектам.

Закладка фундамента первой башни «Билайна» по проекту «Амур» состоялась 22 апреля 2011 года с участием Заместителя Министра связи Н.С. Мардера в поселке Оль (Еврейская автономная область). Символично, что именно этот объект ОАО «ВымпелКом» стал первой выведенной в эфир базовой станцией проекта «Амур», и именно там в октябре была организована видеоконференцсвязь министра связи и массовых коммуникаций РФ Игоря Щеголева и заместителя председателя Правительства РФ Сергея Иванова.

Как мы взрывали и вывозили

Строительство такого количества объектов буквально за 4 месяца (основная фаза строительства стартовала лишь в конце мая) являлось нетривиальной задачей, прежде всего в силу слабого развития энергетической и транспортной инфраструктуры в регионе, необходимости строительства длинных подъездных дорог. Общая длина подъездных путей к объектам связи, построенных операторами, составляет более 100 километров, а протяженность последней мили энергетики превышает 500 километров.

Трасса

Новенькая базовая станция

Жанна-Чичатка: русская дорога

Жанна-Чичатка: начало строительства

Оль, закладка

Монтаж БС на Нюкже

Оль, аппаратная

Сложности были связаны и с огромными расстояниями. Например, между крайними БС «Билайн» в Амурской области расстояние составляет более 1000 километров (от Аячи на границе Забайкальского края и Амурской области до Казачего на границе ЕАО). Несмотря на это, в последние недели сентября удавалось запускать до 30 БС в неделю, в первую очередь за счет фактически круглосуточной работы подрядных организаций и сотрудников филиалов нашей компании.

Обязательно надо отметить сотрудников отдела эксплуатации транспортной сети. Ребята, получив абсолютно новое оборудование РРЛ и имея только документацию и программное обеспечение, самостоятельно разобрались, сконфигурировали, прописали маршрутизацию всей транспортной сети на новом железе вдоль всего участка в зоне ответственности «ВымпелКом», поскольку времени на привлечение квалифицированных специалистов со стороны поставщика (как это делается в обычных условиях) просто не было. Если среди читателей есть интеграторы, то вы прекрасно поймёте, насколько это сложная задача.

Пятилетку — за три года!

15 сентября – 3 БС в эфире
19 сентября – 7 БС в эфире
23 сентября – 13 БС в эфире
28 сентября – 22 БС в эфире
30 сентября – уже 46 БС в эфире
02 октября – более 70 БС в эфире
04 октября – 84 БС в эфире

Безусловно не все работы удалось завершить ровно к первому октября, как изначально планировалось. Так например половина позиций пока работает по временной схеме электроснабжения посредством установленных дизель-генераторных установок — электричество к таким объектам нужно вести несколько десятков километров. Могу совершенно однозначно заявить, что со стороны операторов Большой Тройки были приложены максимальные усилия, если не сказать сверхусилия, чтобы достичь такого результата.

Светлое и внезапное будущее в деревнях

Если говорить о социальной значимости проекта, то помимо организации связи на протяжении всей трассы необходимо отметить, что к трассе прилегает более 100 населенных пунктов, в которых проживает более 150 тысяч человек. При этом 50 поселков вообще были впервые телефонизированы. Обеспечение радиопокрытия на всем протяжении трассы «Амур» позволяет ускорить развитие придорожной инфраструктуры и существенно повысить удобство и безопасность магистрали для участников дорожного движения. Помимо голосовой связи, в результате реализации проекта жители прилегающих к трассе территорий получили возможность воспользоваться высокоскоростным Интернетом-доступом по технологии 3G.

Финальная приёмка

3 октября 2011 года Игорь Щеголев посетил федеральную трассу и проехал от Хабаровска до Благовещенска, лично проверяя результаты выполнения поручения Председателя Правительства РФ при помощи своего мобильного телефона. Как выяснилось в ходе поездки, министр пользуется услугами связи именно нашей компании, поэтому и о результатах проделанной, не побоюсь этого слова, колоссальной работы господин Щеголев судил именно по покрытию сети «Билайн». Игорь Олегович остался полностью удовлетворен результатом, о чем лично вскоре доложил Владимиру Владимировичу Путину.

«Полное покрытие трассы «Амур» мобильной связью приближает Дальний Восток к европейским стандартам доступности телекоммуникационных услуг. Модернизация транспортной и телекоммуникационной инфраструктуры идет полным ходом не только в европейской части, но и на востоке страны. Равномерное развитие информационной инфраструктуры, ликвидация цифрового неравенства — приортетные задачи. Этот проект – успешный опыт частно-государственного партнерства в создании инфраструктуры в малонаселенных и труднодоступных регионах страны», — отметил министр связи и массовых коммуникаций Российской Федерации Игорь Щёголев.

Источник

Сотовая связь хоть в тайге: три поколения передвижных базовых станций

Знакомьтесь, перед вами три поколения наших передвижных базовых станций, которые мы конструируем самостоятельно почти 8 лет! Есть станции, созданные на базе большого трехосного КАМАЗа, есть «малыши» на базе Ford Transit.

Их основное предназначение — замена стационарных БС во время их ремонта. Кроме того, передвижные базовые станции (ПБС) удобно использовать в случае форс-мажора — например при стихийных бедствиях, пожарах, наводнениях.

Хотите подробностей — добро пожаловать под кат.

Для развертывания передвижной базовой станции третьего поколения на базе микроавтобуса «Ford Transit» не нужно много места

Сопровождение различных праздничных мероприятий — это львиная доля всех выездов ПБС, поэтому у экипажей имеются соответствующая «парадно-выходная» одежда на случай дежурства у развернутого оборудования. Большая часть таких мероприятий проходит в летнее время — тогда нашим экипажам приходится совершать от четырех до шести выездов в неделю.

Основные ежегодные праздники включены в план обслуживания на постоянной основе, и на месте их проведения уже есть подготовленные площадки. Некоторые из них оборудованы стационарными антенными мачтами.

Передвижная базовая станция позволяет не только увеличить емкость сотовой сети в конкретном месте, но и улучшить ее покрытие или обеспечить его в новом месте. В таких случаях она обычно ставится временно, до появления в нужной точке стационарной БС. Кроме того, у нас есть услуга, в рамках которой любой желающий за определенную сумму может заказать себе такую БС на мероприятие или для обслуживания сотрудников компании.

От Iveco до Ford Transit

Группа передвижных базовых станций столичного филиала «Мегафона» была создана в 2010 году. Задача установки на колеса базовой станции изначально была нетривиальной — необходимого опыта в компании не было и приходилось идти практически «по целине».

Первой ласточкой стал комплекс на базе стандартного семитонного автомобиля Iveco, кунг которого оснастили приемо-передатчиками стандарта GSM, работающими в диапазонах 900/1800 МГц. Позднее, с началом массового строительства сетей третьего поколения, комплекс дополнили 3G-модулем и двумя мачтами – для сотовой и радиорелейной антенн.

Следующее поколение — мобильные комплексы, выполненные на базе на шасси КАМАЗ-43118 повышенной проходимости. Такой автомобиль может проехать по бездорожью в самые глухие и недоступные для обычного транспорта места.

Мобильная базовая станция на базе на шасси КАМАЗ-43118

При разработке новых комплексов мы учли все замечания и нюансы, выявленные во время эксплуатации первых ПБС. Аппаратная оснащена всем необходимым для всесезонной эксплуатации в автономном режиме: системами отопления и кондиционирования, оборудованием для приготовления пищи и спальными местами для персонала.

Радиооборудование состоит из приемо-передатчиков стандарта 2G/3G/4G+, способных работать в диапазонах 900, 1800, 2100, 2600 МГц, что позволяет обеспечить как голосовую связь, так и высокоскоростной мобильный интернет.

Апгрейд аппаратуры передвижных БС происходит примерно раз в полгода. На текущий момент она поддерживает все диапазоны и технологии связи, разрешенные оператору, включая 4G/LTE.

«Начинка» мобильных комплексов

Третьим поколением мобильных базовых станций стали комплексы на базе микроавтобуса Ford Transit со стандартным цельнометаллическим фургоном. В отличие от камазовского варианта они не требуют специального кузова, и размещение оборудования в нем требует минимума доработок, не считая крепежа антенной мачты. Правда, чтобы повысить устойчивость, автомобиль оснащается крепежом для присоединяемых упоров. Кроме того, пришлось кардинально переработать приточно-вытяжную систему кондиционирования, снабдив ее дополнительными вентиляторами.

ПБС третьего поколения прячется внутри обычного микроавтобуса Ford Transit

От электропитания до мачты

Зачастую мы разворачиваем передвижную базовую станцию вдали от каких-либо городских коммуникаций, включая сети электропитания. Поэтому каждый комплекс оснащен дизель-генератором, обеспечивающим автономным питанием все оборудование, включая механизм подъема антенной мачты.

Например, 20,5-тонный КАМАЗ несет на своем борту генератор мощностью 19 кВт. Его полностью залитого бака хватает на семь суток работы вдали от стационарных линий электропитания. Кроме того, в случае выработки топлива или остановки генератора, в течение семи часов питание может осуществляться от литий-ионных аккумуляторов.

Дополнительная «электростраховка» комплекса — заряда аккумулятора хватает на семь часов автономной работы

Специальный электронный блок позволяет следить за различными источниками электропитания и при необходимости переключаться с одного из них на другой

Все комплексы мобильной связи, имеющиеся сегодня в распоряжении «Мегафона», снабжены телескопическими выдвижными мачтами. Несмотря на большое количество подобных изделий, представленных на рынке, мачт, способных выдержать климатические условия средней полосы России, в ассортименте иностранных производителей нет. Постоянные колебания температуры, конденсация влаги внутри механизма и ее замерзание приводят к разрыву труб продукции «южан». Поэтому при создании комплекса мы решили отдать предпочтение мачтам российских производителей.

В принципе существуют мачты с гидравлическим и пневматическим механизмом подъема. В первом случае для выдвижения антенны используется компрессор и бак с маслом. Суммарный вес данной конструкции вместе с мачтой составляет 6 тонн. Выдержать такой вес по силам только шасси на базе КАМАЗа. Кроме того, подобные мачты могут выдвигаться в высоту не более чем на 15 метров и способные нести ограниченную по весу полезную нагрузку, что резко ограничивает варианты их применения. Поэтому мы однозначно выбрали «пневматику».

Сложенная 15-метровая мачта внутри ПБС контейнерного типа

Для крепления антенн во всех передвижных комплексах «Мегафона» используются телескопические раздвижные пневматические мачты, которые дешевле и экономичнее гидравлических и способны нести до 200 кг полезной нагрузки.

Принцип работы пневматического выдвижного механизма весьма прост. Специальный генератор нагнетает воздух вовнутрь колен, которые соединены друг с другом специальными манжетами с отверстием. Вначале выдвигается самое толстое колено, а потом, по мере раскрытия фиксирующих замков, и все остальные.

Для подъема 200 кг достаточно давления не более 1,7 атмосфер. При большем напоре воздуха срабатывает защитный клапан.

В комплексе на базе КАМАЗа используется 30-метровая мачта, состоящая из восьми колен. Такая высокая антенна позволяет обеспечить покрытие на большой территории. Это может быть удобно в местах с низкой плотностью установки базовых станций. Однако в условиях города, для того, чтобы не мешать работе близлежащих БС, можно обойтись и более короткими мачтами. К тому же, для надежной фиксации 30-метровой мачты требуется крепление с помощью четырех ярусов оттяжек и 12 полутораметровых металлических колов, забуривание которых может привести к повреждению подземных городских коммуникаций.

Передвижные базовые станции на базе Ford Transit оснащаются 12-метровыми мачтами, которые выдвигаются начиная с тонкого колена

В зимнее время трубы мачт требуют обработки специальным антифризом, впитывающим конденсат.

Правда, пневматические мачты не идеальны. Так, несмотря на применение манжет, воздух из системы потихоньку подтравливает. Поэтому мы присматриваемся к мачтам других конструкций. Например, сейчас прорабатывается вариант использования фермовых пролетов — правда, за счет массивности их можно будет использовать только на КАМАЗах.

От планирования до интегрирования

На первый взгляд может показаться, что запустить в эфир передвижную базовую станцию просто – пригнал машину в нужное место, поднял антенну и работай себе на здоровье. Но, конечно, на самом деле это не так.

Первым на предполагаемое место развертывания базовой станции выезжает инженер-планировщик, который определяет, какие радиочастоты можно задействовать в данном конкретном месте, чтобы не мешать впоследствии ни оборудованию иных ведомств или других сотовых операторов, ни своим базовым станциям, находящимся поблизости и работающим в тех же самых диапазонах. Он же решает, каким образом эта станция будет интегрироваться в общую инфраструктуру оператора. Это может быть, например, радиорелейный канал, подключение по медному или оптоволоконному кабелю или через спутник.

Следующий этап — согласование требуемых частотных параметров, мощности передатчиков, высоты подъема антенны и места установки комплекса с регулирующими органами. Обычно на это уходит около месяца, но в экстренных ситуациях подобные вопросы могут решаться гораздо оперативнее.

На завершающем перед выездом этапе экипаж, исходя из полученных от инженера-планировщика данных, подбирает антенны и фидеры для разрешенных к работе диапазонов и проводит настройку всего оборудования мобильной базовой станции

Передвижной комплекс связи обычно разворачивают два-три универсальных специалиста в течение трех-шести часов.

Прибыв на место, место машина выравнивается и фиксируется на площадке с помощью специальных упоров, которые придают ей необходимую устойчивость.

Для придания дополнительной устойчивости комплекс фиксируют с помощью специальных упоров.

Затем оборудование подключается к электропитанию — от ближайшей сети или генератора, если ее нет. Одновременно с этим на мачту крепятся антенны сотовой связи GSM 900/1800, 3G 900/1800/2100 и LTE 1800/2600 – в зависимости от того, на какие диапазоны было получено разрешение от регулирующих органов.

Перед подъемом антенн необходимо подключить к ним фидерные линии

Выдвинутую мачту необходимо зафиксировать несколькими рядами оттяжек

Для интегрирования мобильной базовой станции в инфраструктуру оператора требуется организовать служебную линию связи. Для этого используются защищенные медные кабели (протяженностью до 150 метров), оптоволоконные каналы, радиорелейные линии связи. А за счет специального спутникового оборудования ПБС интегрируется в единую инфраструктуру “Мегафона” в труднодоступных местах вдали от других транспортных каналов.

Наименее затратным и самым простым способом организации служебной линии является применение радиорелейных каналов, скорость передачи данных в которых может достигать 1 Гбит/с. Главное, чтобы в пределах прямой видимости находилась стационарная базовая станция, оснащенная радиорелейкой. На нее и направляется дополнительная параболическая антенна передвижного комплекса

Стойка с оборудованием внутри ПБС на базе Ford

Настроив антенны, мы переходим к настройке оборудования. Желтые метки на кабеле указывают на диапазон частот у коммутаторов

Правильно настроенная базовая станция способна обеспечить голосовой связью и мобильным интернетом, в зависимости от используемых диапазонов, от нескольких сотен до нескольких тысяч абонентов на расстоянии 5-25 километров.

Передвижная базовая станция в рабочем состоянии

От платформы до контейнера

Поэтому линейка передвижных станций «Мегафона» пополнилась контейнерным вариантом, который можно оперативно установить на автомобильное шасси, перевезти в нужное место и снять с платформы с помощью кранового манипулятора. Так один автомобиль сможет развозить несколько базовых станций

Контейнер — такая же передвижная базовая станция с выдвижной 15-метровой мачтой, только без колес. Откидные лапы обеспечивают дополнительную устойчивость.

Парк передвижных базовых станций «Мегафона». В столичном регионе их пока 12.

Теперь вы знакомы со всеми типами наших передвижных станций.Их использование расписано на год вперед, с учетом различных событий и мероприятий. В “жаркие сезоны” в московском регионе случается до пяти выездов в неделю не считая случаев, где передвижные станции устанавливаются на достаточно длительный срок. В стройные планы чаще всего неожиданно вклиниваются МЧСники, а иногда даже различные силовые структуры. И тут все понятно — у них работа не по расписанию. Но есть и коммерческие заказы, и ввиду возникновения заметного спроса мы в минувшем году даже ввели соответствующую коммерческую услугу. Так что многие компании вполне могут ей воспользоваться и хоть посреди тайги оказаться в “домашнем регионе”.

Источник