Базовые станции (БС) ─ одна из самых затратных статей в работе операторов связи. Причем затратная не только по финансам, но и про трудовым ресурсам. На “большую четверку” насчитывается больше 327 тысяч станций. В 2019 году их количество выросло на 36%, а в позапрошлом ─ на 50%. Поговорим о том, какую роль играют БС, как базовые станции операторов трансформируются в будущем и как они используются в работе MVNO.

Базовая станция сотового оператора сейчас

Часть населенного пункта или территории обслуживают несколько базовых станций, подключенных к контроллеру локальной зоны. Мобильные телефоны и БС поддерживают постоянный радиоконтакт. При приеме или инициировании вызова гаджет связывается с ближайшей базовой станцией для выделения голосового канала. Запрос отправляется от БС на контроллер, а оттуда ─ на коммутатор. После определения геолокации абонента звонок переводится на соответствующий коммутатор, и цепочка повторяется в обратном порядке.

Первые базовые станции операторов были громоздкими, малофункциональными, опутанными фидерными трассами. На смену первобытным фидерным БС пришли распределенные, которые занимают меньше места и не требуют отдельных помещений. Главные составляющие современной БС:

• Базовый блок ─ BBU. В его ведении: протоколы взаимодействия БС с абонентским терминалом, взаимодействия БС с ядром сети, обработка сигналов.
• Радиомодули ─ RRU. Отвечает за аналого-цифровое преобразование, усиление и фильтрацию сигнала, формирует радиочастотный тракт.
• Оптика ─ CPRI.
• Джампер.
• Модуль спутниковой синхронизации GPS/Glonass. Использование GPS для синхронизации между БС снижает расходы на частотные калибровки. LTE и LTE Advanced GPS ─ важный компонент синхронного переключения блока обработки сигналов в режим приема или передачи.
• Антенны. Для базовых станций операторы обычно используют секторные панельные антенны. Большинство антенн ─ широкополосные, поддерживают до трех диапазонов частот. Антенны базовых станций сотовых операторов меняют площадь радиопокрытия в зависимости от нагрузки на сеть.

В 2011-2013 годах, когда Минкомсвязи разрешил технологическую нейтральность для GSM/UMTS900 и GSM900/1800, к базовым станциям стали предъявляться более жесткие требования. БС постигла участь большинства гаджетов и технологического оборудования: меньше размер, больше функций. Одновременная работа в разных стандартах (GSM/UMTS/LTE) приемопередатчиков и системных модулей стала нормой. Так, оборудование на базовых станциях стало работать в режимах RF-sharing и single RAN.

Со временем началась тенденция замены локальных BBU облачными ─ их функциональность операторы связи стали переносить на виртуальные серверы ЦОД. Однако технология не сильно прижилась из-за требований к характеристикам CPRI каналов: допустимая задержка, уровень битовых ошибок, стабильность частоты и пропускная способность.

Виды базовых станций

БС сотовых операторов делят на несколько типов, отличающихся по мощности.

• Макросота. Это стандартные базовые станции операторов сотовой связи, из которых строятся мобильные сети. Мощность макросот ─ 50W, радиус покрытия ─ до 100 км. Так как это БС полной комплектации, конструкция может весить до 300 кг.
• Микросота. Компактный вариант базовой станции, который предпочитают современные операторы. Емкость поддерживаемых абонентов и мощность микросоты меньше, чем у макросоты, но этот тип БС идеально подходит для территорий, где эти параметры не столь важны, а возможности установить стандартную базовую станцию нет. Радиус покрытия микросоты ─ до 5 км, а масса ─ до 50 кг.
• Пикосота. Базовая станция малой мощности, использующая в качестве транспортной сети IP/Ethernet. По размерам пикосота не больше ноутбука, и часто устанавливается в местах локальной концентрации абонентов ─ например, в кафе.
• Small cell. Это относительно новый вид БС. По размерам он еще меньше, чем пикосота, однако вмещает в себя системный модуль, приемопередатчик, модуль GPS/Glonass и антенну. Small cell доступен для “простых смертных” ─ его может купить любой абонент.

Как изменятся базовые станции под 5G

Как распределенные станции сменили фидерные,так скоро AAS сменит современные БС. Под стандарт 5G придется перестроиться ─ чтобы подключить приемопередатчик к антенне через джампер, понадобится несколько десятков джамперов. На смену им придет активная антенная система. В составе БС формально останутся только три компонента: SM, CPRI и AAS. Но сама часть AAS будет состоять из антенны, джампера, приемопередатчика, RET и дуплексера.

Для увеличения пропускной способности базовых станций 5G операторы пробуют разные способы ─ к примеру, МТС тестировала подключение своих БС к к оптоволоконным сетям XGS-PON. Такой гибрид позволяет получить скорость передачи данных 10 Гбит/с и выше.

Скорее всего, идеология Cloud BBU для базовых станций все-таки найдет широкое применение при развертывании сетей 5G. 3GPP предлагает два основных сценария внедрения LTE и 5G:

• Standalone ─ использование только одной технологии радиодоступа;
• Non-Standalone ─ использование двух технологий одновременно, что упростит развертывание сетей нового поколения на первых этапах.

Модернизировать сети и БС операторы скорее всего будут все-таки постепенно, совмещая поддержку 4 и 5 поколений сети при максимальном переиспользовании инфраструктуры, узлов и сетевых элементов.Тогда зона покрытия и инвестирование в сети LTE не пострадает, а операторы тем временем смогут предоставлять абонентам новые 5G-услуги. Для воплощения в жизнь такого сценария нужно будет модернизировать БС сети 4G-LTE до уровня eLTE, чтобы поддерживать функционал взаимодействия с БС 5G. Еще один важный аспект: подключение пользовательских терминалов в состоянии RRC_CONNECTED одновременно к двум базовым станциям ─ Master eNb и Secondary eNb. При этом накладываются повышенные требования к пользовательским терминалам: одновременная работа модемов, увеличение буфера приема и дополнительная нагрузка на процессорные ресурсы PDCP.

Базовые станции и MVNO

С технической точки зрения MVNO ─ виртуальная сеть на основе радиопередающей инфраструктуры базовых операторов связи. “Материальная” часть остается в ведении хост-оператора, а виртуальному оператору остается HLR/AuC (БД с абонентами и центр аутентификации) и MSC (коммутирующий сервис). MSC виртуального оператора взаимодействует с контроллером базовой станции материнского оператора. Как правило, даже в модели Full MVNO базовые станции арендуются у оператора связи. Собственно, только они и арендуются ─ все остальное ложится на плечи MVNO. При этом виртуальный оператор может использовать базовые станции не только одного материнского сотового оператора, но и мощности нескольких операторов связи ─ такую схему часто используют MVNO с акцентом на международное обслуживание и роуминг.

Строительство собственных БС обойдется виртуальному оператору слишком дорого. 60% затрат на аренду транспортных сетей, оборудования фиксированной связи и прочего ─ аренда сайтов для размещения БС у различных арендодателей. Только на аренду площадок “большая четверка” ежегодно тратит более 70 млрд рублей. Закупка, монтаж и обслуживание базовых станций настолько дороги, что неподъемные затраты или недостаток БС становятся причиной банкротства зарубежных операторов. Операторы связи заинтересованы в том, чтобы по максимуму использовать самый дорогой ресурс, поэтому сдают в аренду наземную инфраструктуру или продают ее.

Кстати, примеры построения/выкупа виртуальными операторами собственных базовых станций все же есть. Например, первый российский MVNO-оператор “Корбина Телеком” сначала купил права на подключение к сети, а потом выкупил у “Вымпелкома” базовые станции стандарта DAMPS, когда хост-оператор спешно переходил на новый стандарт GSM. А японский MVNO на базе ритейлера Rakuten уже запустил 4400 базовых станций и даже обогнал мировых операторов по внедрению новшеств ─ он планирует обслуживать БС полностью удаленно с помощью дронов.

В целом, построение, монтаж и обслуживание сети БС ─ неоправданная трата для MVNO, особенно реализованного по модели Full. Такие виртуальные операторы и так максимально зависимы от хост-оператора: в их ведении и биллинг, и узлы мобильной связи, и обслуживание клиентов. К тому же, цифровой мир быстро меняется, а значит, придется постоянно модернизировать БС и успевать за новыми поколениями сетей. По факту, собственные базовые станции переводят виртуального оператора уже в ранг обычного оператора связи.