Базовая станция WiMAX.
Прошлую свою статью «WiMAX. Как это работает» я посвятил описанию технологии, общим словам о используемых механизмах, и показал приблизительную структуру сети. Поскольку эта тема интересна сообществу, я продолжаю.
На этот раз вы вплотную приблизитесь к Базовой Станции сети WiMAX, узнаете как она работает и сможете задать интересующие вас вопросы.
По сути сеть WiMAX — обыкновенная IP-сеть, на одном из сегментов которой в качестве среды передачи данных используются радиоволны. С другой же стороны на физическом уровне WiMAX очень похож на сети GSM, CDMA и любые другие беспроводные сети.
Под катом вы сможете узнать про элементы БС, принцип действия и используемые механизмы.
Хабракат — прекрасная вещь, помогает отделить зёрна от плевел для каждой конкретной статьи. Впрочем, я отвлёкся, простите.
Схема БС принципиально не отличается от используемой в других беспроводных технологиях: основной внутренний модуль, усилители и антенны. Единственное отличие: наличие (простите за игру слов) антенны GPS.
Перед началом повествования хочу сказать, что речь будет идти о реализации Huawei, поэтому некоторые моменты могут являться спецификой этой компании.
Итак. Базовая станция DBS3900 (Distributed Base Station) состоит из внутреннего обрабатывающего узла (BBU в терминологии Huawei), усилителей (RRU) и антенн.
Разумеется, «мозгом» БС является BBU — BaseBand Unit. На этот узел ложится практически вся нагрузка по обработке данных, синхронизации, управлению, сбору статистики.
В BBU со стороны сети ASN поступают PDU физического уровня. Данные канального уровня обрабатываются с помощью различных схем кодирования, модуляции, соответствующей уровню сигнала, претерпевают обратное преобразование Фурье, к ним добавляется Cycle Prefix и далее отправляются на усилитель.
DMS39000 состоит из следующих плат.
Первые 4 слота (с 0 по 3) отведены под платы BBBI (BWA BaseBand processing and radio Interface unit). На каждой плате есть по три оптических интерфейса (CPRI-Common Public Radio Interface) для подключения усилителей. Могут быть установлены одна или две платы, каждая из которых занимает два слота.
Слоты 4 и 5 отведены под плату USCU (Universal Satellite card and Clock Unit). Эта плата занимает также два слота и используется для синхронизации. Для WiMAX, использующего временной дуплекс (TDD) синхронизация — очень важный вопрос, поскольку время приёма/передачи должно быть синхронизировано как для разных секторов одной БС, так и для других базовых станций, являющихся соседними для рассматриваемой. Вообще говоря, используется GPS, как самый простой и универсальный способ. Но, как я уже говорил где-то в комментариях к другим статьям, в России обязывают устанавливать помимо GPS, плату приёмника ГЛОНАСС — K161, для которой на USCU производителем предусмотрены ножки крепления и небольшой джампер. Основной разъём на этой плате — SMA для дажмпера от антенны GPS.
Шестой и седьмой слот используется для «основной» платы BBU — BMPT (BWA Main Processing & Transmission unit). Собственно, это ЦУП БС, она и управляет всеми процессами. На ней есть Ethernet порт для управления, два порта RG-45 FE/GE и два оптических порта LC для связи с сетью ASN (логически может быть сконфигуровано только два порта). Кроме того, на ней конфигурируется логический интерфейс для связи с сетью управления.
Ещё две платы расположены в правой части лицевой панели — UPEU (Universal Power and Environment interface Unit), которые работают в режиме Hot Standby. На них расположен выключатель, разъём питания, сухие контакты и разъёмы для подключения внешних блоков мониторинга (RJ-45).
Что же происходит дальше с данными, обработанными на BBU? По оптическим интерфейсам, подключенным к портам CPRI данные передаются на блок усилителей (RRU — Radio Remote Unit). На усилителе происходят цифро-аналоговые (аналого-цифровые) преобразования, управление мощностью излучения, наложение аналогового сигнала на сигнал высокой частоты и мультиплексирование сигналов приёма и передачи.
Далее сигнал по фидеру передаётся на антенны. Для реализации MIMO в каждой антенне установлены по сути две антенны, имеющие кросс-поляризацию для уменьшения интерференции. Сами антенны просто крохотные, если сравнивать их с GSM. Это, естественно, связано с используемыми частотами.
DBS3900 поддерживает до 1024 абонентов на сектор (считаются, как активные пользователи, так и те, кто находится в режиме IDLE). На базовую станцию таким образом может быть «посажено» более 3000 абонентов. Сказать о том, насколько это реально, я к сожалению, не могу — не достигнуты ещё такие значения.
При использовании полосы пропускания 10 МГц на даунлинке можно получить 30 Мбит/с на сектор (на 5 МГц — 15 Мбит/с). Это возможно, если настроить на БС MIMO 2T2R SM (две антенны на приём, две на передачу, передающие и принимающие различную информацию), PUSC with All SC (об этом будет сказано позже) и соотношение даунлика к аплинку 32:15 (речь идёт о соотношении количества OFDMA-символов во фрейме, выделенных для DL/UL, соответсвенно). При тех же условиях на аплинке вы поимеете 6 Мбит/с на сектор.
Теперь можно остановиться на различных специфических вещах.
Качество сигнала определяется двумя основными параметрами: RSSI и CINR.
RSSI = Recieve Signal Strength Indicator. Измеряется в dBm и означает уровень сигнала. Чем дальше от БС, тем ниже это значение. Ухудшают его любые препятствия: здания, деревья.
CINR = Carrier to Interference and Noise Ratio. Объективный показатель качества принимаемого сигнала, измеряется в dB. Чем ниже значение, тем более плохим является сигнал. Это может быть обусловлено или удалённостью от БС или интерференцией.
Эти два параметра определены как для даунлинка (отражается иногда на абонентских устройствах), так и для аплинка (запросить данную информацию можно только с оборудования БС). Значение RSSI на аплинке может быть гораздо ниже из-за слабых передающих антенн мобильных устройств, но это компенсируется мощными принимающими антеннами БС.
Что такое MIMO? Технология с этим скромным названием позволяет использовать несколько антенн на приём и передачу. Для чего это может понадобиться? На этот счёт есть два варианта ответа и две соответствующие реализации:
MIMO Matrix A (Diversity mode): через различные антенны передаются одни и те же данные. Эта схема используется для улучшения качества передаваемого сигнала и улучшения приёма.
MIMO Matrix B (Spatial Multiplexing (SM) mode): через различные антенны передаются различные данные. Это позволяет увеличить скорость передачи данных.
В данный момент Huawei тестирует MIMO 4T4R в США.
Скорость передачи данных для каждого конкретного устройства определяется, грубо говоря, используемой модуляцией, схемой кодирования и параметром Repetition. Repetition означает количество повторных передач (2, 4, 6) при плохом сигнале. Все эти параметры выбираются автоматически, за что отвечает механизм AMC (Adaptive Modulation and Coding)
В комментариях к предыдущему топику меня просили коснуться темы «дышащей соты».
Дышащей сотой называется возможность БС менять свою мощность, а значит и зону покрытия, в соответствии с нагрузкой на самой БС и на соседних. В расчёт берётся количество абонентов и потребляемый трафик. Получается, что радиус действия одиноко стоящей БС будет гораздо больше, нежели у БС, вблизи которой есть соседние, при рочих равных условиях. Это в теории. На практике, к сожалению, сталкиваться с этим не приходилось.
Одним из серьёзных преимуществ WiMAX считают возможность использования адаптивной антенной системы, подстраивающей свою диаграмму направленности в соответствии с передвижением абонентской станции, то есть как бы выхватывает её и отслеживает. Но рациональность её использования — ещё вопрос. Это будет, скорее всего, отлично работать в сельских районах с невысокой застройкой и небольшим количеством абонентов. Как это будет работать в городских условиях, я не берусь предположить.
Теперь о том, что же такое PUSC with all sub-channels, а заодно и PUSC 1/3 sub-channels и FFR.
Речь идёт о повторном использовании частот.
PUSC=Partially Usage of Sub-Channels. PUSC 1/3 использует одну единственную частоту на все БС. На каждом секторе используется 1/3 всех подканалов (отсюда и название. Чуть подробнее можно посмотреть, например здесь).
PUSC with all sub-channels (он же FUSC — Full Usage of Sub-Channels) использует все подканалы на один сектор. То есть для одной БС нужно три различные частоты.
FFR (Fractional Frequency Re-Use) — грубо говоря, умный PUSC 1/3. На всех БС используется одна частота. Но при этом в области уверенного покрытия конкретного сектора используется PUSC with all sub-channels, а на границах секторов PUSC 1/3. Это позволяет абонентам, находящимся вблизи БС максимально использовать возможности сети.
Итак, теперь вы знаете, что, если имеете разрешение только на одну частоту, то можете использовать PUSC 1/3 или FFR. Разумеется, если оборудование поддерживает FFR, то лучше использовать его. А если у вас есть хотя бы три частоты, то использовать лучше PUSC with all sub-channels.
<В этой статье я не стал вдаваться в подробности, дабы не плодить сущности сверх необходимости (исчерпывающую информацию по большинству вопросов можно найти в википедии), а лишь коснулся их смысла и значения для нас — пользователей>
Прошлую свою статью «WiMAX. Как это работает» я посвятил описанию технологии, общим словам о используемых механизмах, и показал приблизительную структуру сети. Поскольку эта тема интересна сообществу, я продолжаю.
На этот раз вы вплотную приблизитесь к Базовой Станции сети WiMAX, узнаете как она работает и сможете задать интересующие вас вопросы.
По сути сеть WiMAX — обыкновенная IP-сеть, на одном из сегментов которой в качестве среды передачи данных используются радиоволны. С другой же стороны на физическом уровне WiMAX очень похож на сети GSM, CDMA и любые другие беспроводные сети.
Под катом вы сможете узнать про элементы БС, принцип действия и используемые механизмы.
Хабракат — прекрасная вещь, помогает отделить зёрна от плевел для каждой конкретной статьи. Впрочем, я отвлёкся, простите.
Схема
Схема БС принципиально не отличается от используемой в других беспроводных технологиях: основной внутренний модуль, усилители и антенны. Единственное отличие: наличие (простите за игру слов) антенны GPS.
DBS3900
Перед началом повествования хочу сказать, что речь будет идти о реализации Huawei, поэтому некоторые моменты могут являться спецификой этой компании.
Итак. Базовая станция DBS3900 (Distributed Base Station) состоит из внутреннего обрабатывающего узла (BBU в терминологии Huawei), усилителей (RRU) и антенн.
Разумеется, «мозгом» БС является BBU — BaseBand Unit. На этот узел ложится практически вся нагрузка по обработке данных, синхронизации, управлению, сбору статистики.
В BBU со стороны сети ASN поступают PDU физического уровня. Данные канального уровня обрабатываются с помощью различных схем кодирования, модуляции, соответствующей уровню сигнала, претерпевают обратное преобразование Фурье, к ним добавляется Cycle Prefix и далее отправляются на усилитель.
DMS39000 состоит из следующих плат.
Первые 4 слота (с 0 по 3) отведены под платы BBBI (BWA BaseBand processing and radio Interface unit). На каждой плате есть по три оптических интерфейса (CPRI-Common Public Radio Interface) для подключения усилителей. Могут быть установлены одна или две платы, каждая из которых занимает два слота.
Слоты 4 и 5 отведены под плату USCU (Universal Satellite card and Clock Unit). Эта плата занимает также два слота и используется для синхронизации. Для WiMAX, использующего временной дуплекс (TDD) синхронизация — очень важный вопрос, поскольку время приёма/передачи должно быть синхронизировано как для разных секторов одной БС, так и для других базовых станций, являющихся соседними для рассматриваемой. Вообще говоря, используется GPS, как самый простой и универсальный способ. Но, как я уже говорил где-то в комментариях к другим статьям, в России обязывают устанавливать помимо GPS, плату приёмника ГЛОНАСС — K161, для которой на USCU производителем предусмотрены ножки крепления и небольшой джампер. Основной разъём на этой плате — SMA для дажмпера от антенны GPS.
Шестой и седьмой слот используется для «основной» платы BBU — BMPT (BWA Main Processing & Transmission unit). Собственно, это ЦУП БС, она и управляет всеми процессами. На ней есть Ethernet порт для управления, два порта RG-45 FE/GE и два оптических порта LC для связи с сетью ASN (логически может быть сконфигуровано только два порта). Кроме того, на ней конфигурируется логический интерфейс для связи с сетью управления.
Ещё две платы расположены в правой части лицевой панели — UPEU (Universal Power and Environment interface Unit), которые работают в режиме Hot Standby. На них расположен выключатель, разъём питания, сухие контакты и разъёмы для подключения внешних блоков мониторинга (RJ-45).
Усилитель
Что же происходит дальше с данными, обработанными на BBU? По оптическим интерфейсам, подключенным к портам CPRI данные передаются на блок усилителей (RRU — Radio Remote Unit). На усилителе происходят цифро-аналоговые (аналого-цифровые) преобразования, управление мощностью излучения, наложение аналогового сигнала на сигнал высокой частоты и мультиплексирование сигналов приёма и передачи.
Антенны
Далее сигнал по фидеру передаётся на антенны. Для реализации MIMO в каждой антенне установлены по сути две антенны, имеющие кросс-поляризацию для уменьшения интерференции. Сами антенны просто крохотные, если сравнивать их с GSM. Это, естественно, связано с используемыми частотами.
Технические подробности
DBS3900 поддерживает до 1024 абонентов на сектор (считаются, как активные пользователи, так и те, кто находится в режиме IDLE). На базовую станцию таким образом может быть «посажено» более 3000 абонентов. Сказать о том, насколько это реально, я к сожалению, не могу — не достигнуты ещё такие значения.
При использовании полосы пропускания 10 МГц на даунлинке можно получить 30 Мбит/с на сектор (на 5 МГц — 15 Мбит/с). Это возможно, если настроить на БС MIMO 2T2R SM (две антенны на приём, две на передачу, передающие и принимающие различную информацию), PUSC with All SC (об этом будет сказано позже) и соотношение даунлика к аплинку 32:15 (речь идёт о соотношении количества OFDMA-символов во фрейме, выделенных для DL/UL, соответсвенно). При тех же условиях на аплинке вы поимеете 6 Мбит/с на сектор.
Теперь можно остановиться на различных специфических вещах.
Качество сигнала определяется двумя основными параметрами: RSSI и CINR.
RSSI = Recieve Signal Strength Indicator. Измеряется в dBm и означает уровень сигнала. Чем дальше от БС, тем ниже это значение. Ухудшают его любые препятствия: здания, деревья.
CINR = Carrier to Interference and Noise Ratio. Объективный показатель качества принимаемого сигнала, измеряется в dB. Чем ниже значение, тем более плохим является сигнал. Это может быть обусловлено или удалённостью от БС или интерференцией.
Эти два параметра определены как для даунлинка (отражается иногда на абонентских устройствах), так и для аплинка (запросить данную информацию можно только с оборудования БС). Значение RSSI на аплинке может быть гораздо ниже из-за слабых передающих антенн мобильных устройств, но это компенсируется мощными принимающими антеннами БС.
Что такое MIMO? Технология с этим скромным названием позволяет использовать несколько антенн на приём и передачу. Для чего это может понадобиться? На этот счёт есть два варианта ответа и две соответствующие реализации:
MIMO Matrix A (Diversity mode): через различные антенны передаются одни и те же данные. Эта схема используется для улучшения качества передаваемого сигнала и улучшения приёма.
MIMO Matrix B (Spatial Multiplexing (SM) mode): через различные антенны передаются различные данные. Это позволяет увеличить скорость передачи данных.
В данный момент Huawei тестирует MIMO 4T4R в США.
Скорость передачи данных для каждого конкретного устройства определяется, грубо говоря, используемой модуляцией, схемой кодирования и параметром Repetition. Repetition означает количество повторных передач (2, 4, 6) при плохом сигнале. Все эти параметры выбираются автоматически, за что отвечает механизм AMC (Adaptive Modulation and Coding)
В комментариях к предыдущему топику меня просили коснуться темы «дышащей соты».
Дышащей сотой называется возможность БС менять свою мощность, а значит и зону покрытия, в соответствии с нагрузкой на самой БС и на соседних. В расчёт берётся количество абонентов и потребляемый трафик. Получается, что радиус действия одиноко стоящей БС будет гораздо больше, нежели у БС, вблизи которой есть соседние, при рочих равных условиях. Это в теории. На практике, к сожалению, сталкиваться с этим не приходилось.
Одним из серьёзных преимуществ WiMAX считают возможность использования адаптивной антенной системы, подстраивающей свою диаграмму направленности в соответствии с передвижением абонентской станции, то есть как бы выхватывает её и отслеживает. Но рациональность её использования — ещё вопрос. Это будет, скорее всего, отлично работать в сельских районах с невысокой застройкой и небольшим количеством абонентов. Как это будет работать в городских условиях, я не берусь предположить.
Теперь о том, что же такое PUSC with all sub-channels, а заодно и PUSC 1/3 sub-channels и FFR.
Речь идёт о повторном использовании частот.
PUSC=Partially Usage of Sub-Channels. PUSC 1/3 использует одну единственную частоту на все БС. На каждом секторе используется 1/3 всех подканалов (отсюда и название. Чуть подробнее можно посмотреть, например здесь).
PUSC with all sub-channels (он же FUSC — Full Usage of Sub-Channels) использует все подканалы на один сектор. То есть для одной БС нужно три различные частоты.
FFR (Fractional Frequency Re-Use) — грубо говоря, умный PUSC 1/3. На всех БС используется одна частота. Но при этом в области уверенного покрытия конкретного сектора используется PUSC with all sub-channels, а на границах секторов PUSC 1/3. Это позволяет абонентам, находящимся вблизи БС максимально использовать возможности сети.
Итак, теперь вы знаете, что, если имеете разрешение только на одну частоту, то можете использовать PUSC 1/3 или FFR. Разумеется, если оборудование поддерживает FFR, то лучше использовать его. А если у вас есть хотя бы три частоты, то использовать лучше PUSC with all sub-channels.
<В этой статье я не стал вдаваться в подробности, дабы не плодить сущности сверх необходимости (исчерпывающую информацию по большинству вопросов можно найти в википедии), а лишь коснулся их смысла и значения для нас — пользователей>
