Hur kan radioutrustning förbättra signaltäckningen för basstationer?

Radioutrustningens roll i BTS:s signalöverföring och nätverkets tillförlitlighet

Basstationer, eller BTS för att använda det vanliga förkortningen, samlar flera viktiga komponenter som sändare/mottagare, effektförstärkare och antenner. Dessa samverkar för att omvandla röstsamtal och data till radiovågor som skickas via våra mobilnät. Kärnan i de flesta moderna BTS-system är vad vi kallar en distribuerad uppställning. Så här fungerar det: Baseband-enheter (BBU) hanterar alla signalbehandlingsuppgifter, medan fjärrradioenheter (RRU) faktiskt sänder frekvenserna. Dessa komponenter är sammankopplade med snabba fiberkablar för att säkerställa smidig drift utan fördröjningar (enligt Fibconets forskning från förra året). Genom att placera RRU direkt intill antenner kan nätoperatörer avsevärt minska signalförlust över distans. För att upprätthålla goda anslutningar förlitar sig ingenjörer på sofistikerade metoder såsom OFDM-modulering tillsammans med olika felkorrigeringstekniker. Dessa teknologier hjälper till att bekämpa störningar i signalen, vilket särskilt märks i tätbefolkade stadsmiljöer där många enheter konkurrerar om utrymme på samma frekvenser.

Pålitligheten hos radiomoduler spelar verkligen roll när det gäller att hålla nätverk igång smidigt tack vare deras redundansfunktioner. De flesta problem vi ser uppstår på grund av att dessa automatiska växlar aktiveras när signalerna tappar kontakten. Enligt senaste branschdata från Hebeimailing från 2024 beror nästan alla nätavbrott faktiskt på att RF-kablar eller kontakter går sönder. Därför prioriterar många operatörer idag användningen av skärmade koaxialkablar och planerar regelbundna kontroller av signalkraften i sina system. När allt fungerar ordentligt kan dagens basstationskonfigurationer upprätthålla nästan perfekta servicenivåer med 99,99 procents tillgänglighet, även under belastningstoppar vid högtrafikperioder.

Antennsystem och radioförstärkt signalspridning

Antennsystem och deras roll i täckningsutvidgning

Dagens basstationer eller BTS-enheter är kraftigt beroende av smarta antennuppsättningar för att hantera de irriterande täckningsbristerna som vi alla känner till. Omodiriktiga modeller sprider signaler åt alla håll runt dem och täcker nästan allt inom räckhåll. Riktade antenner fungerar annorlunda – de koncentrerar effekten mot särskilda områden. Fälttester från förra året visade faktiskt att dessa riktade lösningar ökade signalkraften vid cellgränserna med 35 till 50 procent i förstadsområden, enligt vissa branschrapporter. Att installera rätt typ av antenn på rätt sätt spelar stor roll när man försöker eliminera de irriterande döda zonerna där tjänsten helt enkelt försvinner.

Beamforming- och MIMO-tekniker i moderna radioutrustade BTS

Beamforming fungerar genom att ändra fasen och styrkan hos radiosignaler så att de fokuserar på specifika enheter. Detta kan förbättra signalkvaliteten avsevärt, ibland göra signaler ungefär 12 dB starkare än vad statiska antenner erbjuder. När beamforming kombineras med MIMO-teknik öppnas nya möjligheter. De multipla ingångarna och utgångarna tillåter flera dataströmmar samtidigt, vilket innebär att nätverk kan hantera tre gånger mer trafik utan att behöva extra frekvensutrymme. Fälttester från förra året visade också något intressant. När ingenjörer placerade fjärrradioenheter strategiskt över stadierna halverade de de irriterande förlusterna i koaxialkablar. Ännu bättre lyckades de hålla latensen under 2 millisekunder under stora evenemang där tusentals personer är anslutna samtidigt.

Utvärdering av antennhöjd, lutning och polarisering för optimal radiotäckning

Nätplanerare optimerar täckning genom tre viktiga antennparametrar:

• Höjjusteringar (30–50 m typiskt) balanserad signalräckvidd med störningshantering
• Elektrisk lutning (4–10°) finjusterar vertikala täckningsmönster för att anpassa sig till terrängen
• Korspolariserade antenner (±45°) motverkar signaldämpning i urbana miljöer med multipelvägsspridning

Rätt justering av dessa faktorer säkerställer 98 % platsförekomst för 4G/5G-tjänster enligt 3GPP:s urbana spridningsmodeller.

Radio-baserad modellering av signalspridning och planering av täckning

Modellering av signalspridning med hjälp av radio-miljödata

Modellering av hur radiosignaler sprids genom olika miljöer innebär att analysera faktorer som terrängens höjd, tätt samlade byggnader i vissa områden och där träd växer tätast. När det gäller att förstå signalbeteende använder experter idag metoder såsom ray tracing tillsammans med maskininlärningsalgoritmer. Dessa verktyg hjälper till att identifiera problem med signalspridning och kan också noggrant ange täckningshål. En del forskning visade att dessa modeller uppnådde en noggrannhetsmarginal på cirka 3,5 dB vid tester i förorter 2023 enligt Ponemon Institute. Ta till exempel nyare studier där forskare tränat konvolutionella neuronnätverk på verkliga stadslandskap. De lyckades förutsäga millimetervågssignalförluster med en framgångsgrad på cirka 89 procent i olika urbana miljöer. Detta innebär att nätverksdesigners inte längre behöver bygga sändartorn bara för att se om de fungerar. Istället kan de köra simuleringar på datormodeller, vilket sparar företag ungefär sjuhundrafyrtiotusen dollar varje gång de påbörjar planeringen av en ny nätverksutbyggnad.

Täckningsplanering och platsval för BTS med prediktiv radioanalys

När det gäller att hitta de bästa platserna för BTS-installationer kombinerar prediktiv analys spridningsmodeller, kartor som visar var abonnenter är koncentrerade och prognoser om hur mycket trafik nätverket kommer att hantera. Operatörer följer vanligtvis en fyrastegsprocess: först miljöanalys, sedan täckningsplanering, därefter justering av parametrar och slutligen dimensionering. Denna metod minskar kapacitetsproblem med ungefär två tredjedelar i nätverk som betjänar flera operatörer. Nya verktyg som använder dessa avancerade 3D-radiovärmebilder har också visat sig mycket effektiva, genom att minska fel vid platsval med över 40 % jämfört med traditionella signalstyrkekontroller. Ta länkbudget-simuleringar som exempel – dessa beräkningar undersöker både upplänk- och nedlänk-effektnivåer och kan faktiskt utöka täckningsområdena i landsbygdsregioner med nästan en fjärdedel utan att kräva några nya investeringar i utrustning.

Storsstadsmiljöers respektive landsbygdens radioförutsättningar vid BTS-utplacering

I urbana områden krävs 7–9 dB högre signalmarginaler för att motverka skuggning från skyskrapor, medan landsbygdsnät drabbas av 12–18 % större täckningsvariation på grund av ojämn topografi. Planeringsverktyg driven av AI löser dessa extrema fall och uppnår 91 % täckningsnoggrannhet vid första försöket i hybridterräng.

Optimering av 5G BTS-täckning med avancerade radiotekniker

optimering av 5G-basstationstäckning med millimetervågsradiosystem

MmWave-radiosystemen hanterar den svåra balansen mellan täckning och kapacitet inom 5G-teknik genom att arbeta inom de höga frekvensområdena 28 till 47 GHz enligt Nature's resultat från förra året. Dessa system kan leverera bandbredder mätta i flera gigahertz, vilket motsvarar datahastigheter cirka tio gånger snabbare jämfört med de äldre sub-6 GHz-nätverk vi har använt. Men det finns ett problem. Signalen färdas inte särskilt långt – egentligen endast cirka 300 till 500 meter innan den börjar försvagas. Det innebär att operatörer måste noggrant överväga var de placerar dessa system, ofta med hjälp av tekniker som beamforming och något som kallas Massive MIMO för att rikta signalerna på rätt sätt. Viss forskning publicerad 2023 visade intressanta resultat när man kombinerade mmWave-teknik med traditionella sub-6 GHz-frekvenser. Städer med tät bebyggelse såg en betydande förbättring av nätverksluckor, faktiskt en minskning med cirka 41 %, vilket gör dessa hybridlösningar lovande för att lösa anslutningsproblem i urbana miljöer.

Småceller och distribuerade radiouniter för förbättring av 5G-täckning

När distribuerade radiouniter (DRU) arbetar tillsammans med småcellsinstallationer kan de faktiskt kringgå de irriterande spridningsproblem som drabbar mmWave-teknik genom att bygga dessa extremt täta nätverksuppställningar. Operatörer har upptäckt att att placera cirka 120 till 150 noder per kvadratkilometer gör en stor skillnad när det gäller att få signaler inomhus, vilket ökar penetrationen med ungefär 60 procent. Dessutom minskas belastningen på de stora makro-BTS-systemen. Vi såg detta i praktiken under tester i Seoul där dessa DRU-installationer uppnådde nästan 98 % tillförlitlig täckning i de svåråtkomliga höghusområdena. De gjorde detta på ett smart sätt genom att växla trafik mellan 28 GHz- och 3,5 GHz-frekvensbanden i realtid beroende på vilket som fungerade bäst i varje ögonblick.

Dynamisk spektrumdelning och dess inverkan på radiosignals räckvidd

Dynamisk spektrumdelning, eller DSS, gör det möjligt för både 4G- och 5G-nät att köras samtidigt inom frekvensbanden 1,8 till 2,1 GHz. Den här smarta lösningen ger operatörer cirka en tredjedel mer 5G-täckning utan att behöva ytterligare spektrumlicenser. Systemet justerar sina moduleringsmetoder automatiskt, genom att växla mellan QPSK och 256-QAM beroende på vad signalerna kräver, vilket håller uppkopplingen stabil även när någon befinner sig precis vid cellens gräns med endast 65 dBm signalkraft. Fälttester visar att nätoperatörer som implementerat DSS har sett en minskning på ungefär en femtedel av frånkopplade samtal i de områden där vanliga makroceller möter de höghastighetsinriktade mmWave-zonerna. Det är egentligen logiskt eftersom dessa övergångsområden alltid varit problematiska för konsekvent service.

Övervakning och optimering av radiotäckning genom datastyrd analys

Metoder för utvärdering av radiosignals styrka för realtidsövervakning

Övervakning av signalstyrka har blivit standardpraxis för nätverksoperatörer som spårar nyckelindikatorer såsom bithutfrekvens (BER) och signalt-brusförhållande (SNR). När nätverk analyserar BER i realtid kan de minska täckningsproblem med ungefär en tredjedel under belastade perioder. Under tiden hjälper detaljerade SNR-kartor till att identifiera områden där signaler har svårt, ofta med ett avstånd på cirka 200 meter mellan varandra. Dessa dagar kopplar avancerade system faktiskt samman BER- och SNR-data med lokala väderförhållanden och byggnaders layout. Detta gör det möjligt för ingenjörer att dynamiskt justera effektnivåer över olika delar av radiofrekvensinfrastrukturen, även om det fortfarande är en utmaning för många fältteam att få allt detta att fungera smidigt i komplexa urbana miljöer.

Identifiering av täckningens blinda fläckar med hjälp av körförsök och samlad radiodata från användare

Den hybridmetod som används för att upptäcka signalproblem kombinerar två huvudkomponenter: specialutrustade testbilar som kör runt och samlar in data, samt anonym information från de flesta uppkopplade enheter där ute, vilket troligen täcker cirka 85 % av dem. När dessa testbilar är på vägarna spårar de i praktiken hur starka signalerna är vid olika punkter längs med större vägar, och markerar platser där mottagningen sjunker under den nivå vi anser vara acceptabel (-90 dBm är gränsen). Men det handlar inte bara om dessa storskaliga tester. Den riktiga magin sker när vanliga användare också bidrar med sina enheters data. Denna crowdsource-sammanställda information visar små döda zoner ibland inte större än 50 meter breda, gömda mellan byggnader i stadskärnor. Enligt branschrapporter identifierar denna kombinerade metod problem ungefär 40 procent oftare än äldre tekniker gjorde förr i tiden.

AI-drivna radioanalyser för prediktiv täckningsunderhåll

Genom att analysera tidigare prestandadata kan maskininlärningsmodeller nu förutsäga när täckningen börjar försämras ungefär tre dagar i förväg. En särskild AI-uppbyggnad som arbetar i lager uppnådde en noggrannhetsgrad på cirka 98,6 % när det gäller att fastställa de bästa moduleringsinställningarna. Fälttester visade att detta faktiskt minskade antalet avbrutna samtal med ungefär 20–25 %, enligt forskning publicerad i Nature förra året. Vad som gör dessa system särskilt användbara är hur de fungerar tillsammans med föränderliga spektrumregler. När det är för mycket trafik i ett område flyttar de automatiskt en del av den till frekvenser som inte används lika mycket. Detta hjälper till att hålla tjänstekvaliteten stabil för de flesta människor, där cirka 95 % av användarna rapporterar inga problem även under rusningstid.