Сотовая сеть. Как спланируешь, так абонент дозвонится или нет
Всем привет. Меня зовут Сергей, главный эксперт по стратегическому планированию инфраструктуры в МегаФоне. В телекоммуникациях уже почти четверть века. Окончил факультет Радиоэлектроники летательных аппаратов Московского Авиационного института (МАИ), потом аспирантура, защита диссертации и с 1998 года работа в телекоме. Мне повезло стоять у истоков развития мобильной связи в России.
Хочу рассказать о профессии планировщика сотовой связи, которая стала для меня любимым делом. Делом, благодаря которому я состоялся как исследователь, и получаю удовольствие от поиска новых решений и инструментов в работе. Не только деньги привели меня в эту специальность.
Вы не задумывались, почему мобильные сети называют сотовыми? Зачем нужны сотни, тысячи базовых станций с антеннами на башнях, столбах, крышах? Почему нельзя установить антенны с радиопередатчиком на очень высокой башне, например, Останкинской и обеспечить связью всю Москву?
Ответ — можно, и не только Москву, а весь мир. Впервые это сделал наш соотечественник — известный полярный исследователь Эрнест Теодорович Кренкель в 1930 году, когда был установлен рекорд дальности радиосвязи. Находясь в Арктике, он связался с американской антарктической экспедицией. Общая протяженность радиоканала составила 20 тыс. км. Этот рекорд не побит до наших дней.
Кстати, современное оборудование связи во много раз эффективнее радиостанции Кренкеля, но при этом зона обслуживания современной БС может не превышать 100 метров.
Все дело в объеме передаваемой информации и количестве пользователей услуг связи. Если в 1930 году во всем мире было несколько сотен радиолюбителей, и все общение шло азбукой Морзе (точка-тире), то сейчас только мобильной связью на Земле пользуются свыше 4 млрд. людей, а ежедневный объем передаваемой через мобильный интернет информации уже более одного Эксабайта (1018 байт).
Представьте себе радиоканал, по которому информация передается от смартфона на ближайшую базовую станцию, в виде трубы. Ее толщина, т. е. пропускная способность, зависит от количества выделенных на радиоканал частот. Чем их больше, тем шире «труба» и тем больший объем информации передается. Например, если мы захотим в одном радиоканале обслужить всех пользователей мобильного интернета на Земле, потребуется пропускная способность 2.2×1014 Бит/сек. Весь частотный ресурс, используемый для сверхдальней радиосвязи в 1930 году, не смог бы обеспечить даже 0.0001% от требуемой пропускной способности.
Частотный ресурс распределяется государством, и он уже давно поделен между различными заинтересованными организациями — от радио и телевидения до спецслужб. Операторам мобильной связи тоже выделены частоты, но их мало. Один радиоканал, организованный на всем выделенном операторам частотном ресурсе не сможет обслужить даже 0.1% абонентов.
Поэтому мобильная связь много раз переиспользует имеющиеся частоты на локальных участках местности — сотах. Представьте себе лоскутное одеяло, которым «накрывают» территорию, на которой работает мобильная связь. Каждый цветной лоскуток — это сота, в пределах которой на выделенных именно для этой соты частотах работает передатчик базовой станции, а само одеяло — это радиопокрытие, с помощью которого организуются каналы передачи информации от абонентов до базовых станций. Размер и форму сот стараются делать такими, чтобы находящимся в них абонентам хватало пропускной способности радиоканала, которая ограничена частотным ресурсом.
В реальности соты совсем не похожи на шестигранники. Их форма, размер подбираются под конкретные задачи. Кроме этого физика радиоволн не позволяет делать соты правильной формы. Их границы постоянно меняются во времени, как говорят «сота дышит».
Есть одна серьезная проблема в переиспользовании радиочастот — это помехи, возникающие на границах сот, когда разные передатчики, работающие на одних и тех же частотах, начинают мешать друг другу. При этом пропускная способность радиоканала начинает падать, и абоненты видят это как «зависание» интернета или невозможность дозвониться.
Поэтому очень важно так скроить «лоскутное одеяло» мобильной связи, чтобы зон наложения сот было как можно меньше. Это непростая задача.
Например, вы хотите организовать мобильную связь в городе. У вас есть разрешение на использование некоторого объема радиочастот и прогноз по количеству абонентов. Вы, как продавец услуг связи, понимаете, какими сервисами связи и в каком объеме будут пользоваться ваши абоненты.
И вот на сцену выходят главные герои моего рассказа — специалисты планирования радиосети или, как их еще называют, планеры.
Скорее всего, вы их видели. Как правило, это молодые ребята, стоящие на крыше здания и фотографирующие окрестности, делая записи в блокноте.
Вначале идет знакомство с местностью, на которой планируется развернуть сеть. Анализируется вся доступная информация, начиная с картографических сервисов Яндекса и Гугла и заканчивая официальными данными переписи населения и проектов новостроек. Основная задача — определить, где сосредоточены будущие абоненты, как они перемещаются, где работают, спят и проводят свободное время. Это необходимо учитывать в планах сети. Например, там, где концентрация абонентов высокая, нужно ставить соты малого размера, чтобы всем хватило частотного ресурса, а там, где абоненты активно перемещаются — запланировать вытянутые соты, чтобы в процессе движения абоненты как можно реже попадали в зону наложения частот.
Следующий этап — моделирование будущей сотовой сети на компьютере. Используются специальные программные комплексы (системы автоматизированного проектирования (САПР) Asset, Atoll, Planet и т.п.), позволяющие рассчитать радиопокрытие, оценить эффективность трафика планируемой сети и даже получить рекомендации от САПР, где и как устанавливать оборудование базовых станций. Главный результат этого этапа — оценка бюджета проекта и решение о его рентабельности.
Когда определено количество и конфигурация сот, принято решение о технической реализации проекта, начинается полевая работа — знакомство с местностью с высоты крыш. Нужно определиться с точками размещения оборудования базовых станций. Базовая станция содержит радиопередающее оборудование, подключенное к антеннам. Антенны излучая и принимая радиосигнал обеспечивают радиопокрытие в каждой соте.
Здесь начинается самая интересная часть работы планера, в которую он вкладывает весь свой опыт и творческие способности.
С радиопокрытием всегда непросто. Электромагнитные волны, которые его формируют, очень трудно управляемы. В идеале нужно создать радиоканал в сторону абонента так чтобы передаваемая энергия не тратилась впустую и не создавала помех другим радиоканалам. Любое препятствие на пути электромагнитных волн изменяет их распространение. Они отражаются, рассеиваются, могут взаимно усиливаться или, наоборот, гасить друг друга.
Представьте себе, вы собрались со своими друзьями в какой-то большой комнате. У каждого из вас есть фонарик, светящий своим цветом (красный, белый, синий, зеленый и т.д.). В комнате выключили свет, и все должны направить свои фонарики на белую стену, так чтобы световые пятна не пересекались, и чтобы оставалось как можно меньше темных мест. Так вот, в сотовой связи роль фонарика выполняет антенна, а световые пятна в нашей темной комнате — это соты, которые обслуживают абонентов.
Внешне антенна сотовой связи совсем не похожа на фонарик — обычно это вытянутая панель белого или серого цвета, к которой подключены черные кабели. И все же у всех антенн есть общее с фонариком — это диаграмма направленности (ДН), т. е. способность антенны концентрировать излучение в каком-то направлении. Например, чем точнее вы хотите ограничить размеры соты, тем антенну с более узкой ДН нужно использовать. У каждого типа антенн своя ДН. При этом чем уже ДН, тем антенна больше.
И здесь очень важно правильно выбрать тип антенны, место ее размещения, а также направление в нужную сторону. Без творческого подхода тут никак, и со временем у каждого планировщика вырабатывается свой стиль проектирования. Иногда достаточно взглянуть на расположение позиций базовых станций, чтобы догадаться, кто из твоих коллег занимался планированием этой сети.
Например, я при выборе места размещения антенны, использую одну особенность человеческого зрения. Мозг устроен так, что угол зрения, в пределах которого мы можем обдумывать видимые предметы, равен 60 градусам (как и сектор излучения большинства антенн), а периферийное зрение, когда мы предметы видим, но не концентрируем на них внимание — 120 градусов. Одна позиция базовой станции формирует три соты в полном круговом секторе (360° градусов), следовательно, на одну соту приходится 120°. Получается, когда я стою на предполагаемом месте установки антенны, основным зрением я вижу сектор основного обслуживания соты, а периферийным — всю соту.
Все увиденное на крыше фиксируется на панорамные фото, чтобы потом, сидя в офисе, можно было бы еще раз обдумать свое решение и выбрать оптимальный вариант. На профессиональном сленге это называется сайт-дизайном. Свои решения планер проверяет расчетами в САПР, который моделирует, как новый сайт «впишется» в сеть и не будет ли создавать помехи соседним позициям базовых станций.
В понятие «оптимальный» в мобильной связи вкладываются не только особенности радиопланирования. Позицию базовой станции (или сайт) нужно построить, потом эксплуатировать, она должна соответствовать всем санитарным нормам, не должна создавать помехи другим радиосредствам, учитывать требования собственника здания. Да и внешний облик дома, на крыше которого будут размещаться антенны, не должен пострадать. Как правило, эти требования идут вразрез с оптимальным радиопланированием, и приходится придумывать нетиповые конструктивные решения, чтобы добиться лучших результатов. Планер на этом этапе выступает в роли генерального конструктора, в задачи которого входит сопрячь все участвующие в создании сайта службы и не потерять в процессе главного — эффективной работы БС по обслуживанию абонентов.
Самое важное для меня в этой профессии — видеть результат своего труда. Когда сайт построен и запущен в эксплуатацию, всегда приятно наблюдать, как он начал обслуживать абонентов — создал новое покрытие или решил проблемы перегрузок на соседних станциях. Бывают и неудачные реализации, с которыми приходится разбираться и искать решение возникших проблем. В любом случае к построенным с твоим участием сайтам и сети относишься как к чему-то родному, куда вложил часть себя.
Сейчас я уже мало занимаюсь полевой работой. Накопленный опыт применяю на стратегическом уровне, когда число сайтов превышает уже десятки тысяч, а сотовые сети покрывают уже не города и области, а всю территорию нашей страны. Но старая привычка выискивать глазами на крышах антенны сотовой связи осталась. Машинально оцениваешь, как мои коллеги строят сеть, какие задачи решал неизвестный мне планировщик.
Что хотелось бы сказать в заключение. Мобильная связь жестко стандартизирована. Написано множество инструкций и рекомендаций о строительстве сотовой сети. Но все равно остаются задачи, в которых из множества вариантов человек выбирает оптимальный и несет ответственность за полученный результат. Нестандартно мыслить, идти на оправданные риски, признавать свои ошибки и делать из них выводы, чтобы не допускать промахов в будущем и, главное, работать на результат — это основные качества профессии планировщика.
В каждой творческой профессии должна быть мечта. Моя — покрыть сотовой сетью весь мир.
