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:
- RFTST — тестирование и измерение радиочастот;
- TSTCON — контроллер тестирования;
- RANLS1 (базовая станция LimeSDR #1) и RANLS2 (базовая станция LimeSDR №2;
- CLKDST — распределение тактовых импульсов;
- RF4AT4 — RF-сплиттер/сумматор 4x на 4x плюс sysmoRFDSATT-4-62;
- MOD8SQ — кластер из восьми LTE-модемов, а именно две платы sysmoQMOD (на КДПВ);
- MOD4QV — кластер из четырёх модемов LTE с поддержкой VoLTE;
- DCPSU1 — общий источник питания постоянного тока.
Автоматизированное тестирование — с помощью OsmoGSMTester. Охват тестирования будет расширяться по мере развития проекта.
Эталонная аппаратная платформа
- Процессор канала прямой передачи Intel NUC7i7DNBE для обработки полосы частот и запуска верхних уровней стека сотовой связи.
- Плата LimeSDR-USB для программного радио
Плата LimeSDR-USB
- Плата LimeRFE на RF-фронтенде в комплекте с LNA, PA и дуплексерами обеспечит модулированный выход 24 dBm в нескольких диапазонах
Плата LimeRFE
- Для стабильной и точной генерации импульсов в LimeSDR используется опорный генератор Mini Precision GPS от Лео Боднара
Опорный генератор тактовых импульсов Mini Precision GPS
Программный стек
Ключевые компоненты программного обеспечения в предварительном стеке приведены ниже. Это далеко не полный список:
- eNodeB — компонент базовой станции 4G от srsRAN;
- Open5GS для базовой сети;
- Мультимедийная подсистема (IMS) — опенсорсный сервер Kamailio.
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.
| Полоса частот | Цена |
|---|---|
| 2x3,3 Мгц | ?80 |
| 10 Мгц | ?80 |
| 20 МГц | ?160 |
| 30 МГц | ?240 |
| 40 МГц | ?320 |
| 50 МГц | ?400 |
| 60 МГц | ?480 |
| 80 МГц | ?640 |
| 100 МГц | ?800 |
В диапазоне 26 ГГц ежегодная лицензия стоит ?320 независимо от полосы частот.
Можно купить лицензию меньше чем на год. Стоимость вычисляется пропорционально количеству месяцев, но минимум ?32 за лицензию.
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:
- 1989: LZEXE
- 1996: Harissa
- 1997: Публикация формулы Беллара для вычисления разрядов числа Пи
- 1999: Linmodem
- 2000: Вычисление самого большого известного простого числа (исходный код 438 байт)
- 2000: FFmpeg
- 2001: Компилятор TCC (Tiny C Compiler или TinyCC)
- 2002: TinyGL
- 2002: QEmacs
- 2003: QEMU
- 2004: Загрузчик TinyCC
- 2005: Передатчик сигнала в формате DVB-T с компьютера на телевизор
- 2009: Мировой рекорд по вычислению числа Пи
- 2011: Эмулятор компьютера с Linux на JavaScript
- 2012: LTEENB – LTE Base Station Software
- и другие...
