Thiết bị vô tuyến có thể cải thiện phạm vi phủ sóng của các trạm thu phát gốc như thế nào?

Vai Trò Của Thiết Bị Vô Tuyến Trong Truyền Tín Hiệu BTS Và Độ Tin Cậy Mạng

Các trạm thu phát gốc, hay còn gọi tắt là BTS, tập hợp nhiều bộ phận quan trọng bao gồm bộ thu phát, bộ khuếch đại công suất và ăng-ten. Những thành phần này phối hợp với nhau để chuyển đổi các cuộc gọi thoại và dữ liệu thành sóng vô tuyến truyền đi qua mạng điện thoại di động của chúng ta. Trung tâm của hầu hết các hệ thống BTS hiện đại là mô hình thiết lập phân tán mà chúng ta thường gọi. Cách thức hoạt động như sau: Các đơn vị băng tần cơ sở (BBU) đảm nhận toàn bộ các nhiệm vụ xử lý tín hiệu, trong khi các đơn vị radio từ xa (RRU) thực hiện việc truyền tần số. Các thành phần này được kết nối với nhau bằng cáp quang tốc độ cao nhằm đảm bảo vận hành trơn tru và không bị trễ (theo nghiên cứu của Fibconet năm ngoái). Bằng cách đặt các RRU ngay cạnh các ăng-ten, các nhà cung cấp mạng có thể giảm đáng kể tổn thất tín hiệu theo khoảng cách. Để duy trì kết nối ổn định, các kỹ sư dựa vào những phương pháp phức tạp như điều chế OFDM cùng với nhiều chiến lược sửa lỗi khác nhau. Những công nghệ này giúp chống lại các vấn đề nhiễu tín hiệu, vốn trở nên rõ rệt đặc biệt ở các khu vực thành thị đông đúc nơi có rất nhiều thiết bị đang cạnh tranh sử dụng cùng một dải tần.

Độ tin cậy của các mô-đun radio thực sự quan trọng khi muốn duy trì hoạt động ổn định của mạng nhờ khả năng dự phòng của chúng. Hầu hết các sự cố chúng tôi thấy xảy ra là do những bộ chuyển đổi tự động này kích hoạt khi tín hiệu bị lệch khỏi đường truyền. Theo số liệu ngành gần đây từ Hebeimailing vào năm 2024, gần như tất cả các sự cố mất mạng đều bắt nguồn từ việc cáp RF hoặc đầu nối bị hỏng. Vì lý do này, nhiều nhà vận hành hiện nay ưu tiên sử dụng cáp đồng trục có chắn và lên lịch kiểm tra định kỳ mức độ tín hiệu trên toàn hệ thống. Khi mọi thứ phối hợp đúng cách, các trạm gốc hiện đại ngày nay có thể duy trì mức dịch vụ gần như hoàn hảo với độ sẵn sàng 99,99 phần trăm, ngay cả khi nhu cầu tăng vọt trong giờ cao điểm.

Hệ Thống Anten Và Phân Phối Tín Hiệu Được Tăng Cường Bằng Radio

Các hệ thống anten và vai trò của chúng trong việc mở rộng vùng phủ sóng

Các trạm phát sóng cơ sở (BTS) ngày nay phụ thuộc rất nhiều vào các hệ thống ăng-ten thông minh để xử lý những khoảng vùng phủ kém mà chúng ta đều đã quá quen thuộc. Các mẫu ăng-ten vô hướng phát tín hiệu theo mọi hướng xung quanh, bao phủ hầu như mọi thứ trong phạm vi hoạt động. Trong khi đó, các ăng-ten định hướng hoạt động khác biệt hơn khi tập trung năng lượng vào những khu vực cụ thể. Các bài kiểm tra thực địa từ năm ngoái cho thấy các phương pháp định hướng này đã tăng cường độ tín hiệu ở rìa tế bào từ 35 đến 50 phần trăm tại các khu vực ngoại ô, theo một số báo cáo ngành. Việc lựa chọn đúng loại ăng-ten và lắp đặt chính xác đóng vai trò rất lớn trong việc loại bỏ những điểm chết khó chịu nơi dịch vụ đột ngột biến mất.

Công nghệ Beamforming và MIMO trong các trạm BTS hiện đại được trang bị radio

Beamforming hoạt động bằng cách thay đổi pha và cường độ của các tín hiệu radio để tập trung vào các thiết bị cụ thể. Điều này có thể cải thiện đáng kể chất lượng tín hiệu, đôi khi làm cho tín hiệu mạnh hơn khoảng 12 dB so với những gì mà ăng-ten tĩnh cung cấp. Việc kết hợp beamforming với công nghệ MIMO mở ra những khả năng mới. Nhiều đầu vào và đầu ra cho phép truyền đồng thời nhiều luồng dữ liệu, nghĩa là mạng có thể xử lý lượng lưu lượng gấp ba lần mà không cần thêm băng tần. Các bài kiểm tra thực tế từ năm ngoái cũng cho thấy một điều thú vị. Khi kỹ sư bố trí các đơn vị radio từ xa một cách chiến lược khắp các sân vận động, họ đã giảm được một nửa những tổn thất do cáp đồng trục gây ra. Tốt hơn nữa, họ vẫn duy trì được độ trễ dưới 2 mili giây trong các sự kiện lớn khi hàng ngàn người kết nối đồng thời.

Đánh giá chiều cao, góc nghiêng và phân cực của ăng-ten để đảm bảo phủ sóng radio tối ưu

Các nhà lập kế hoạch mạng tối ưu hóa vùng phủ sóng thông qua ba thông số chính của ăng-ten:

• Điều chỉnh chiều cao (30–50m điển hình) phạm vi tín hiệu cân bằng với quản lý can thiệp
• Độ nghiêng điện (4–10°) tinh chỉnh các mẫu phủ sóng theo chiều dọc để phù hợp với địa hình
• Ăng-ten phân cực chéo (±45°) chống suy giảm tín hiệu trong môi trường đô thị nhiều đường truyền

Việc căn chỉnh đúng các yếu tố này đảm bảo khả năng cung cấp dịch vụ tại 98% vị trí cho các dịch vụ 4G/5G theo các mô hình lan truyền đô thị của 3GPP.

Mô hình hóa Lan truyền Tín hiệu và Lập kế hoạch Phủ sóng Dựa trên Radio

Mô hình hóa Lan truyền Tín hiệu Sử dụng Dữ liệu Môi trường Radio

Mô hình hóa cách tín hiệu vô tuyến lan truyền qua các môi trường khác nhau liên quan đến việc xem xét những thứ như độ cao địa hình, các tòa nhà được xếp lại với nhau ở một số khu vực nhất định và nơi cây mọc dày đặc nhất. Khi tìm ra hành vi tín hiệu, các chuyên gia hiện đang sử dụng các phương pháp như theo dõi tia sáng cùng với các thuật toán máy học. Những công cụ này giúp phát hiện ra các vấn đề với đường dẫn tín hiệu và có thể cho chúng ta biết về lỗ hổng bảo hiểm khá chính xác. Một số nghiên cứu cho thấy các mô hình này đạt khoảng biên độ chính xác 3,5 dB khi được thử nghiệm ở vùng ngoại ô vào năm 2023 theo phát hiện của Viện Ponemon. Ví dụ như công việc gần đây mà các nhà nghiên cứu đã đào tạo mạng thần kinh cong trên cảnh quan thành phố thực tế. Họ đã dự đoán được sự mất tín hiệu sóng milimet với tỷ lệ thành công khoảng 89% trên các khu vực đô thị khác nhau. Điều này có nghĩa là các nhà thiết kế mạng không cần phải xây dựng tháp chỉ để xem chúng có hiệu quả trước không. Thay vào đó, họ có thể chạy mô phỏng trên mô hình máy tính giúp các công ty tiết kiệm khoảng 740.000 đô la mỗi khi họ bắt đầu lên kế hoạch triển khai mạng mới.

Kế hoạch bao phủ và lựa chọn địa điểm cho BTS với phân tích vô tuyến dự đoán

Khi tìm kiếm những nơi tốt nhất cho các thiết bị BTS, phân tích dự đoán kết hợp các mô hình phổ biến, bản đồ cho thấy nơi người đăng ký tập trung và dự đoán về lượng lưu lượng truy cập mà mạng sẽ xử lý. Các nhà cung cấp thông thường theo dõi một phân tích môi trường quy trình bốn phần đầu tiên, sau đó là lập kế hoạch bảo hiểm, tiếp theo là điều chỉnh các tham số và cuối cùng là xác định kích thước. Cách tiếp cận này cắt giảm các vấn đề về dung lượng khoảng hai phần ba trong các mạng phục vụ nhiều nhà mạng. Các công cụ mới sử dụng những bản đồ nhiệt 3D vô tuyến này cũng đã chứng minh hiệu quả, giảm hơn 40% các lỗi trong quá trình lựa chọn địa điểm so với các kiểm tra sức mạnh tín hiệu cũ. Lấy mô phỏng ngân sách liên kết làm ví dụ, những tính toán này xem xét cả mức năng lượng liên kết lên và xuống và thực sự có thể mở rộng khu vực bảo hiểm ở các vùng nông thôn gần một phần tư mà không cần đầu tư thiết bị mới.

Thách thức phát sóng vô tuyến đô thị so với nông thôn trong việc triển khai BTS

Việc triển khai đô thị đòi hỏi biên tín hiệu cao hơn 7 9 dB để chống lại bóng từ các tòa nhà chọc trời, trong khi các mạng nông thôn phải đối mặt với sự khác biệt bảo hiểm rộng hơn 12 18% do địa hình không đồng đều. Các công cụ lập kế hoạch dựa trên AI giải quyết những điều cực đoan này, đạt được độ chính xác 91% trong lần thử đầu tiên trong địa hình lai.

Tối ưu hóa phạm vi phủ sóng 5G BTS bằng các công nghệ vô tuyến tiên tiến

tối ưu hóa phạm vi phủ sóng trạm cơ sở 5G bằng cách sử dụng hệ thống vô tuyến sóng milimet

Các hệ thống vô tuyến sóng mm giải quyết sự cân bằng khó khăn giữa phạm vi phủ sóng và dung lượng trong công nghệ 5G bằng cách hoạt động trong phạm vi tần số cao 28 đến 47 GHz theo phát hiện của Nature từ năm ngoái. Những hệ thống này có thể cung cấp băng thông được đo bằng nhiều gigahertz, điều này chuyển thành tốc độ dữ liệu nhanh hơn gấp 10 lần so với các mạng lưới cũ dưới 6 GHz mà chúng tôi đã sử dụng. Nhưng có một cái bẫy. Dấu hiệu không đi xa lắm, chỉ đi khoảng 300 đến 500 mét trước khi bắt đầu phai mờ. Điều đó có nghĩa là các nhà điều hành cần phải suy nghĩ cẩn thận về nơi đặt các hệ thống này, thường dựa vào các kỹ thuật như hình thành chùm và thứ gọi là MIMO lớn để tập trung các tín hiệu đúng cách. Một số nghiên cứu được công bố vào năm 2023 cho thấy kết quả thú vị khi trộn công nghệ mmWave với tần số truyền thống dưới 6 GHz. Các thành phố đầy tòa nhà đã thấy sự cải thiện đáng kể về khoảng cách phủ sóng mạng, giảm khoảng 41% thực sự, làm cho các phương pháp tiếp cận lai này khá hứa hẹn để giải quyết các vấn đề kết nối trong môi trường đô thị.

Các tế bào nhỏ và các đơn vị vô tuyến phân tán trong việc tăng cường bảo hiểm 5G

Khi các đơn vị phát thanh phân tán (DRU) làm việc cùng với các thiết bị di chuyển tế bào nhỏ, chúng thực sự vượt qua những vấn đề lan truyền phiền toái gây ra cho công nghệ sóng mm bằng cách xây dựng các thiết lập mạng siêu dày đặc. Các nhà mạng đã phát hiện ra rằng việc đặt khoảng 120 đến 150 nút trên mỗi km vuông tạo ra sự khác biệt lớn trong việc nhận tín hiệu bên trong tòa nhà, tăng tỷ lệ xâm nhập khoảng 60%. Thêm vào đó nó cũng giảm áp lực từ hệ thống BTS chính. Chúng tôi đã thấy điều này trong cuộc sống thực trong các thử nghiệm được thực hiện ở Seoul nơi các thiết bị DRU này đã đạt được mức độ bảo hiểm gần 98% trong những khu vực cao tầng khó khăn. Họ đã làm một việc thông minh khi họ chuyển giao thông qua lại giữa dải tần số 28 GHz và 3,5 GHz trong thời gian thực tùy thuộc vào những gì hoạt động tốt nhất tại bất kỳ thời điểm nào.

Chia sẻ Dải tần Động và Tác động của Nó đến Phạm vi Tín hiệu Vô tuyến

Chia sẻ Dải tần Động hay DSS cho phép cả mạng 4G và 5G cùng hoạt động đồng thời trên các dải tần số từ 1,8 đến 2,1 GHz. Cách tiếp cận thông minh này giúp các nhà khai thác tăng thêm khoảng một phần ba vùng phủ sóng 5G mà không cần giấy phép phổ tần bổ sung. Hệ thống tự động điều chỉnh kỹ thuật điều chế, chuyển đổi giữa QPSK và 256-QAM tùy theo nhu cầu tín hiệu, nhờ đó duy trì kết nối ổn định ngay cả khi người dùng ở rìa vùng phủ sóng với cường độ tín hiệu chỉ 65 dBm. Các thử nghiệm thực địa cho thấy các nhà cung cấp mạng áp dụng DSS đã giảm khoảng một phần năm số lần mất cuộc gọi tại những khu vực giao nhau giữa trạm macro thông thường và vùng mmWave tốc độ cao. Điều này hoàn toàn hợp lý vì những vị trí chuyển tiếp này trước đây luôn gây khó khăn cho dịch vụ ổn định.

Giám sát và Tối ưu Hóa Phủ sóng Vô tuyến Thông qua Các Kỹ thuật Dựa trên Dữ liệu

Các kỹ thuật đánh giá cường độ tín hiệu vô tuyến để giám sát theo thời gian thực

Việc giám sát cường độ tín hiệu đã trở thành quy trình tiêu chuẩn đối với các nhà khai thác mạng, những người theo dõi các chỉ số quan trọng như tỷ lệ lỗi bit (BER) và tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SNR). Khi mạng phân tích BER theo thời gian thực, họ có thể giảm khoảng một phần ba các vấn đề về phủ sóng trong những thời điểm cao điểm. Trong khi đó, các bản đồ SNR chi tiết giúp xác định chính xác các khu vực mà tín hiệu gặp khó khăn, thường cách nhau khoảng 200 mét. Ngày nay, các hệ thống tiên tiến thực sự kết hợp dữ liệu BER và SNR với điều kiện thời tiết địa phương và bố trí tòa nhà. Điều này cho phép kỹ sư điều chỉnh mức công suất một cách linh hoạt ở các phần khác nhau của cơ sở hạ tầng tần số vô tuyến, mặc dù việc vận hành trơn tru toàn bộ hệ thống này vẫn là thách thức đối với nhiều đội kỹ thuật làm việc trong môi trường đô thị phức tạp.

Xác định điểm mù phủ sóng bằng dữ liệu radio từ chạy thử và dữ liệu do cộng đồng cung cấp

Phương pháp lai để phát hiện sự cố tín hiệu kết hợp hai thành phần chính: các xe thử nghiệm đặc biệt di chuyển xung quanh để thu thập dữ liệu, cùng với thông tin ẩn danh từ hầu hết các thiết bị kết nối hiện có, có khả năng bao phủ khoảng 85% trong số đó. Khi những chiếc xe thử nghiệm này hoạt động trên đường, chúng theo dõi mức độ mạnh yếu của tín hiệu tại các điểm khác nhau dọc theo các tuyến đường chính, đánh dấu những vị trí mà chất lượng thu sóng giảm xuống dưới ngưỡng chấp nhận được (-90 dBm là ngưỡng giới hạn). Tuy nhiên, không chỉ dừng lại ở các cuộc kiểm tra quy mô lớn này. Điều kỳ diệu thực sự xảy ra khi người dùng hàng ngày cũng đóng góp dữ liệu từ thiết bị của họ. Thông tin do cộng đồng cung cấp này cho thấy những vùng chết nhỏ bé, đôi khi rộng chưa đến 50 mét, ẩn mình giữa các tòa nhà ở trung tâm thành phố. Theo các báo cáo ngành, phương pháp kết hợp này phát hiện sự cố thường xuyên hơn khoảng 40% so với các kỹ thuật cũ trước đây.

Phân tích radio dựa trên AI để bảo trì phủ sóng dự đoán

Bằng cách phân tích dữ liệu hiệu suất trong quá khứ, các mô hình học máy hiện nay có thể dự đoán khi chất lượng phủ sóng bắt đầu suy giảm khoảng ba ngày trước thời điểm xảy ra. Một cấu hình AI cụ thể hoạt động theo từng lớp đã đạt được tỷ lệ độ chính xác khoảng 98,6% trong việc xác định các thiết lập điều chế tối ưu nhất. Các thử nghiệm thực tế cho thấy giải pháp này thực sự giúp giảm số cuộc gọi bị ngắt khoảng 20-25%, theo nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature năm ngoái. Điều làm nên tính hữu ích thực sự của các hệ thống này là khả năng vận hành song song với những thay đổi về quy định phổ tần. Khi có quá nhiều lưu lượng tại một khu vực, hệ thống sẽ tự động chuyển một phần sang các tần số đang được sử dụng ít hơn. Việc này giúp duy trì chất lượng dịch vụ ổn định cho đa số người dùng, với khoảng 95% người dùng báo cáo không gặp sự cố ngay cả trong giờ cao điểm.