Kuinka radiolaitteet parantavat kantoaaltotukiasemien signaalipeitettä?

Radiolaitteiden rooli BTS-signaalinsiirrossa ja verkkovarmuudessa

Kantaverkkoasemat eli lyhyemmin BTS:t koostuvat useista tärkeistä osista, kuten lähetinvastaanottimista, tehotahdistimista ja antenneista. Nämä toimivat yhdessä muuttaakseen puhelut ja datasiirron radiotaajuisiksi aaltoiksi, jotka kulkevat matkapuhelinverkkojemme kautta. Useimpien nykyaikaisten BTS-järjestelmien ydin on niin sanottu hajautettu rakenne. Näin se toimii: perustaajuusyksiköt (BBU:t) hoitavat kaikki signaalinkäsittelytehtävät, kun taas etäisradiolaitteet (RRU:t) itse asiassa lähettävät taajuudet. Nämä komponentit yhdistetään nopeilla kuituoptisilla kaapeleilla, jotta toiminta säilyy sujuvana viiveiden välttämiseksi (kuten Fibconetin viime vuoden tutkimus osoitti). Sijoittamalla RRU:t suoraan antennien viereen verkko-operaattorit voivat huomattavasti vähentää signaalin heikkenemistä etäisyyden vaikutuksesta. Yhteyksien ylläpitämiseksi insinöörit luottavat kehittyneisiin menetelmiin, kuten OFDM-modulointiin sekä erilaisiin virheenkorjausstrategioihin. Nämä teknologiat auttavat torjumaan signaalien häiriöongelmia, jotka tulevat erityisen näkyviksi ruuhkautuneissa kaupunkialueilla, joissa monilla laitteilla on kilpailua samojen taajuuksien käytöstä.

Radiomodulien luotettavuus on erittäin tärkeää, kun halutaan pitää verkot toiminnassa sujuvasti niiden redundanttien ominaisuuksien ansiosta. Useimmat ongelmat joita näemme, johtuvat automaattisista kytkennöistä, jotka käynnistyvät signaalin heiketessä. Vuoden 2024 teollisuuden tietojen mukaan Hebeimailingilta, lähes kaikki verkon katkokset johtuvat RF-kaapeleissa tai liittimissä esiintyvistä vioista. Siksi monet operaattorit nykyään priorisoivat varjostettujen koaksiaalikaapeleiden käyttöä ja aikatauluttavat säännöllisiä tarkastuksia signaalivoimakkuudelle järjestelmissään. Kun kaikki toimii yhdessä moitteettomasti, nykyaikaisten kantaverkkopisteiden asetukset voivat ylläpitää melkein täydellistä palvelutasoa 99,99 prosentin saatavuudella, myös silloin kun kuorma kasvaa ruuhkahuorina.

Antennijärjestelmät ja radioavusteinen signaalin jakelu

Antennijärjestelmät ja niiden rooli kattavuuden laajentamisessa

Nykyään perusasemien eli BTS-yksiköiden toiminta perustuu pitkälti älykkäisiin antennijärjestelmiin, joilla pyritään ratkaisemaan ne ikävät kattavuusongelmat, joista kaikki olemme tietoisia. Ympärisäteilevät mallit levittävät signaaleja kaikkiin suuntiin ympärillään ja peittävät käytännössä kaiken kantaman sisällä olevan. Suunta-antennit puolestaan toimivat eri tavalla, keskittäen tehon tietyille alueille. Viime vuoden kenttätestit osoittivat itse asiassa, että nämä suunta-antennit paransivat signaalin voimakkuutta solujen reunoilla 35–50 prosenttia esikaupunkialueilla, ainakin osan alan raporttien mukaan. Oikeanlaisen antennin asennuksella ja oikealla tavalla on suuri merkitys, kun pyritään eliminoimaan ne ärsyttävät kuolleet alueet, joilla palvelu yksinkertaisesti katoaa.

Säteenmuodostus ja MIMO-teknologiat nykyaikaisissa radiolaitteissa varustetuissa perusasemissa

Beamforming toimii muuttamalla radiosignaalien vaiheita ja voimakkuutta siten, että ne keskittyvät tiettyihin laitteisiin. Tämä voi parantaa signaalin laatua huomattavasti, mikä joskus tekee signaaleista noin 12 dB vahvempia verrattuna staattisiin antenneihin. Kun beamforming yhdistetään MIMO-teknologiaan, se avaa uusia mahdollisuuksia. Useat sisääntulot ja lähtötulot mahdollistavat useiden datavirtojen samanaikaisen käytön, mikä tarkoittaa, että verkot voivat käsitellä kolme kertaa enemmän liikennettä lisäämättä tarvetta spektritilalle. Viime vuoden kenttätestit osoittivat myös jotain mielenkiintoista. Kun insinöörit sijoittelivat etäyksiköitä strategisesti stadionien yli, he pystyivät puolittamaan häiritsevät koaksiaalikaapelin häviöt. Entistä parempaa oli, että he onnistuivat pitämään viiveen alle 2 millisekunnissa suurissa tapahtumissa, joissa tuhannet ihmiset olivat yhtä aikaa yhteydessä.

Arvioidaan antennin korkeutta, kallistusta ja polarisaatiota optimaalista radiokattoa varten

Verkkosuunnittelijat optimoivat kattoa kolmen keskeisen antenniparametrin avulla:

• Korkeuden säädöt (30–50 m tyypillinen) tasapainottaa signaalin kantamaa häiriöiden hallinnalla
• Sähköinen kallistus (4–10°) hienosäätää pystysuuntaisia peittokuvioita vastaamaan maastoa
• Ristiinpolarisoidut antennit (±45°) torjuu signaalin heikkenemistä kaupunkien monitieympäristöissä

Näiden tekijöiden oikea asettaminen takaa 98 %:n sijaintisaatavuuden 4G/5G-palveluille 3GPP:n kaupunkien etenemismallien mukaan.

Radioon perustuva signaalien etenemisen mallinnus ja kattavuussuunnittelu

Signaalien etenemisen mallinnus käyttäen radioympäristön tietoja

Radioaaltojen etenemisen mallintaminen erilaisissa ympäristöissä tarkoittaa muun muassa maaston korkeuden, tiiviisti rakennettujen alueiden sekä tiheiden puustojen sijainnin tarkastelua. Signaalin käyttäytymisen analysoinnissa asiantuntijat käyttävät nykyisin menetelmiä kuten sädejäljitystä ja koneoppimisalgoritmeja. Näillä työkaluilla voidaan tunnistaa ongelmia signaalien kulussa ja arvioida katkoksia peitton alueilla melko tarkasti. Joidenkin tutkimusten mukaan nämä mallit saavuttivat noin 3,5 dB:n tarkkuusvirheen, kun niitä testattiin esikaupunkialueilla vuonna 2023 Ponemon Instituten tutkimusten mukaan. Esimerkiksi äskettäin tehdystä tutkimustyöstä käy ilmi, että tutkijat kouluttivat konvoluutioneuroverkkoja todellisten kaupunkiympäristöjen pohjalta. He onnistuivat ennustamaan millimetriaaltojen vaimennuksen noin 89 prosentin tarkkuudella erilaisissa kaupunkiympäristöissä. Tämä tarkoittaa, että verkkosuunnittelijoiden ei tarvitse rakentaa torni ensin sen testaamiseksi. Sen sijaan he voivat suorittaa simulointeja tietokonemalleissa, mikä säästää yrityksille noin seitsemän sataa neljäkymmentä tuhatta dollaria joka kerta, kun uuden verkon käyttöönotto aloitetaan.

Kattavuussuunnittelu ja sijaintivalinta radiotukiasemille ennakoivan radioanalytiikan avulla

Kun etsitään parhaita paikkoja BTS-asennuksille, ennakoiva analytiikka yhdistää etenemismallit, kartat, jotka osoittavat tilaajien keskittymät, sekä ennusteet siitä, kuinka paljon liikennettä verkko käsittelee. Operaattorit noudattavat tyypillisesti neliosaisia prosesseja: ensin ympäristöanalyysi, sitten kattavuussuunnittelu, sen jälkeen parametrien säätäminen ja lopuksi mitoitus. Tämä lähestymistapa vähentää kapasiteettiongelmia noin kaksi kolmasosaa monen operaattorin verkkoissa. Myös uudet työkalut, jotka hyödyntävät kehittyneitä 3D-radiolämpökarttoja, ovat osoittautuneet erittäin tehokkaiksi, vähentäen virheitä sijaintipaikan valinnassa yli 40 % verrattuna vanhaan tyyliin tehtyihin signaalivoimakkuustarkistuksiin. Otetaan esimerkiksi linkkibudjettisimulaatiot – nämä laskelmat tarkastelevat sekä ylös- että alaslähetyksen tehotasoja ja voivat itse asiassa laajentaa kattavuusalueita maaseuduilla lähes neljännekseen ilman, että tarvitaan uusia laitteistoinvestointeja.

Kaupunki- ja maaseuturadion etenemisongelmat BTS-asennuksissa

Kaupunkialueiden asennuksissa vaaditaan 7–9 dB korkeampia signaalimargeja torjumaan pilvenvarjostusta, kun taas maaseutuverkkojen kattavuus vaihtelee 12–18 % laajemmin epätasaisen maastopinnan vuoksi. Tekoälyohjatut suunnittelutyökalut ratkaisevat nämä ääriarvot ja saavuttavat 91 %:n tarkkuuden ensimmäisellä yrityksellä hybridialueilla.

5G-BTS-kattavuuden optimointi edistyneillä radiotekniikoilla

5G-tukiasemien kattavuuden optimointi millimetriaaltoradioiden avulla

MmWave-radiojärjestelmät ratkaisevat 5G-teknologian kattavuuden ja kapasiteetin välisen vaikean tasapainon toimimalla 28-47 GHz:n taajuusalueilla Nature-lehden viime vuoden tulosten mukaan. Nämä järjestelmät voivat toimittaa laajennuksia useissa gigahertseissä, mikä tarkoittaa data nopeuksia noin kymmenen kertaa nopeampia verrattuna vanhoihin alle 6-GHz:n verkkoihin, joita olemme käyttäneet. Mutta siinä on haitta. Signaali ei kulje kovin kaukana, vaan vain 300-500 metriä ennen kuin se alkaa häviää. Toimijoiden on mietittävä tarkkaan, mihin järjestelmät sijoittavat. He käyttävät usein säteenmuodostusta ja massiivista MIMO-muodostusta. Vuonna 2023 julkaistussa tutkimuksessa osoitettiin mielenkiintoisia tuloksia mmWave-teknologian sekoittamisessa perinteisiin alle 6 GHz:n taajuuksiin. Rakennusten täyteen leviävissä kaupungeissa verkkoyhteyden puutteet paranivat merkittävästi, eli heikkenivät noin 41 prosenttia.

Pienet solut ja hajautetut radioyksiköt 5G-katetta parantaessa

Kun hajautetut radioyksiköt (DRU) työskentelevät yhdessä pienten solujen käyttöönotolla, ne kiertävät mmWave-teknologian kiusallisia leviämisongelmia rakentamalla superkiireisiä verkkojärjestelmiä. Toimittajat ovat havainneet, että 120-150 solmukohtaa neliökilometriä kohti tekee suuren eron rakennusten sisälle lähetettävissä signaaleissa, ja lisää läpäisyprosenttia noin 60 prosentilla. Lisäksi se vähentää painetta BTS:n pääjärjestelmistä. Näimme tämän todellisissa kokeissa, joissa DRU-laitteet onnistuivat saamaan lähes 98% luotettavaa kattavuutta noilla vaikeilla korkeakoulualueilla. He tekivät älykkään jutun, jossa he vaihtoivat liikennettä eteenpäin ja taaksepäin 28 GHz:n ja 3,5 GHz:n taajuusalueiden välillä reaaliajassa sen mukaan, mikä toimi parhaiten.

Dynamiset taajuuksien jakaminen ja sen vaikutus radiosignaalin ulottuvuuteen

Dynamic Spectrum Sharing (DSS) -järjestelmällä voidaan käyttää samanaikaisesti sekä 4G- että 5G-verkkoja 1,8-2,1 GHz:n taajuusalueilla. Tämä älykäs lähestymistapa antaa operaattoreille noin kolmanneksen enemmän 5G-katetta ilman lisätaajuuslisenssien tarvetta. Järjestelmä säätää modulaatiotekniikoitaan automaattisesti vaihtamalla QPSK:n ja 256-QAM:n välillä signaalien tarpeiden mukaan, mikä pitää yhteydet vakaina, vaikka joku olisi juuri solun reunalla vain 65 dBm:n signaalivoiman kanssa. Kenttäkokeet osoittavat, että DSS:tä toteuttavat verkkooperaattorit ovat nähneet noin viidesosan vähenemisen puhelujen pudotuksessa, kun tavalliset makrosolut täyttävät nämä nopeat mmWave-alueet. On järkevää, koska nämä siirtymäkohdat olivat aina ongelmallisia.

Radio-lähetyksen seuranta ja optimointi datapohjaisten tekniikoiden avulla

Radiosignaalin voimakkuuden arviointimenetelmät reaaliaikaisen seurannan varten

Signaalin voimakkuuden seuranta on tullut verkonoperaattoreiden vakioprosessi, joka seuraa keskeisiä indikaattoreita, kuten bittipätöluokkaa (BER) ja signaalin ja melun välistä suhdetta (SNR). Kun verkot analysoivat BER:tä reaaliajassa, ne voivat vähentää kattavuushäiriöitä noin kolmanneksella kiireisillä aikoilla. SNR-kartat auttavat myös tunnistamaan signaalien hajoamisalueet, jotka ovat usein noin 200 metrin etäisyydellä toisistaan. Nykyään kehittyneet järjestelmät yhdistävät BER- ja SNR-tiedot paikallisiin sääolosuhteisiin ja rakennusten suunnitteluun. Tämä mahdollistaa insinöörien voiman tason muuttamisen dynaamisesti eri osien radiotaajuusinfrastruktuurin kautta, vaikka tämän kaikkien sujuvan toiminnan saaminen on edelleen haaste monille kenttätiimeille, jotka käsittelevät monimutkaisia kaupunkien ympäristöjä.

Kattavuuskuolleen pisteen tunnistaminen ajokokeiden ja yleisölähteiden radiotietojen avulla

Hybridi lähestymistapa signaaliongelmien havaitsemiseen yhdistää kaksi pääkomponenttia: erikoiset testiautot, jotka ajetaan keräämässä tietoja, sekä anonymiset tiedot useimmista verkkoon liittyvistä laitteista, jotka kattavat todennäköisesti noin 85% niistä. Kun nämä testiautot ovat tiellä, ne tarkastavat, kuinka voimakkaita signaalit ovat eri kohdissa suurten teiden varrella ja merkitsevät paikkoja, joissa vastaanotto laskee hyväksyttävän tason alle (-90 dBm on raja). Mutta kyse ei ole vain suurten kokeiden. Todellinen taikuus tapahtuu, kun arkipäivän käyttäjätkin antavat tietoja laitteestaan. Tämä joukko-lähteiden tieto osoittaa pieniä kuolleita vyöhykkeitä, - joiden leveys ei ole suurempi kuin 50 metriä, - jotka piilevät rakennusten välillä kaupungin keskustassa. Ja alan raporttien mukaan tämä yhdistelmämenetelmä löytää ongelmia noin 40 prosenttia useammin kuin vanhat menetelmät.

Ai-voimalla toimiva radioanalytiikka ennakoivan kattavuuden ylläpitämiseksi

Tutkimalla aiempia suorituskykyadatoja koneoppimisen mallit voivat nyt ennustaa, milloin kattavuus alkaa heikentyä noin kolme päivää etukäteen. Yksi kerrostumisen avulla toimiva tekoälyn laite onnistui määrittämään parhaat modulaatiot 98,6 prosentin tarkkuudella. Kenttäkokeet osoittivat, että tämä vähentää puhelujen hylkäämistä noin 20-25% Nature-lehdessä viime vuonna julkaistun tutkimuksen mukaan. Nämä järjestelmät ovat hyödyllisiä, koska ne toimivat muuttuvien taajuussääntöjen rinnalla. Kun liikennettä on liikaa, - osa siirtyy automaattisesti harvoin käytettyihin taajuuksiin. Tämä auttaa pitämään palvelun laadun vakaana useimmille ihmisille, ja noin 95% käyttäjistä ei ilmoita ongelmista jopa ruuhka-aikoina.