В современном мире, где всё больше устройств и приложений требуют широкополосного и высокоскоростного Интернета, проектирование мультисервисных мобильных сетей связи пятого поколения (5G) становится важной задачей.
Мультисервисные мобильные сети 5G — это следующий шаг в развитии телекоммуникационных технологий. Они обеспечивают высокую пропускную способность, минимальную задержку и широкий охват, что позволяет использовать их для самых разных задач — от передачи больших объёмов данных до управления беспилотниками и «умной» техникой.
Для построения 5G-сетей учёные МТУСИ предлагают использовать комбинированный подход, объединяющий различные технологии и протоколы. В основе этого подхода лежит использование сотовых станций с большой пропускной способностью и малой задержкой, а также передовых антенных систем.
Радиоподсистема пятого поколения представлена в виде набора секторов. Для упрощения расчётов эти сектора часто изображают в виде правильных шестиугольников. Одним из важных вопросов при проектировании таких сетей становится выбор оптимального числа обслуживающих секторов на базовой станции.
«Этот параметр может быть равен одному, трём секторам или шести. Увеличение количества секторов повышает пропускную способность, но усложняет оборудование станции и увеличивает затраты на его эксплуатацию. Наиболее оптимальным вариантом ещё с первых систем мобильной связи принято считать число секторов, равное трём. Это касается территорий с преобладающим числом жилых кварталов, обеспечивающих наличие потенциальных абонентов. В промзонах, а также в населённых пунктах с небольшой населённостью могут применяться более простые односекторные базовые станции», — отмечает Алексей Николаевич Данилов, доцент, к.т.н., доцент кафедры ССиСК МТУСИ.
Учёные провели исследование в рамках стандартной топологии сотовой станции, которая состоит из трёх секторов. В центре этой структуры, представляющей собой три шестиугольные зоны, находится базовая станция, отвечающая за обслуживание абонентских терминалов.
«Для каждого сектора была рассчитана площадь обслуживаемой территории. Дистанция (радиус) действия сектора базовой станции был рассчитан на основе формул Окамура-Хата. С её помощью осуществляется прогнозирование средних потерь на распространение радиоволны при отсутствии наличия прямой видимости до абонентского терминала. Важно отметить, что формула Окамура-Хаты является эмпирическим расчётом, который необходимо корректировать по мере модернизации передающего оборудования и при смене рабочих диапазонов частот», — поделился исследованием Сергей Петрович Максимов, старший преподаватель кафедры ССиСК МТУСИ.
Исследователи внедрили модернизированные версии формул Окамура-Хата для прогнозирования средних потерь в структуре связи. Первый вариант формулы был рассчитан для населённых пунктов с небольшой и средней плотностью населения, второй — для городов с большой плотностью населения, а третий — для городов с населением более 100 тысяч человек (наибольшей плотностью).
Исследование показало, что средняя дистанция обслуживания для разных диапазонов работы сетей пятого поколения выглядит следующим образом:
1. Низкочастотный диапазон 700 МГц — десятки километров.
2. Диапазон средних частот от 2 до 6 ГГц — оптимальное покрытие на расстоянии до 1–2 километров.
3. Диапазон миллиметровых волн выше 24 ГГц — дистанция покрытия составляет примерно 150–300 метров.
В результате проведённого исследования учёные пришли к выводу, что выбор оптимального количества секторов и расстояния, на которое действует базовая станция, зависит от множества факторов. К таким факторам относятся плотность застройки, численность населения на территории и необходимая пропускная способность сети.
Методика проектирования мультисервисных мобильных сетей 5G, предложенная учёными МТУСИ, открывает новые горизонты в области телекоммуникационных технологий. Предлагаемый метод построения мультисервисной мобильной сети пятого поколения позволяет обеспечить высокую пропускную способность, низкую задержку и широкий охват, что является основными характеристиками идеальной 5G-сети.
Ожидается, что сети пятого поколения за счёт агрегации самых передовых технологий предоставления услуг связи смогут провести техническую революцию и станут флагманом в реализации совершенно новых услуг связи.
Дальнейшие исследования в этой области будут направлены на оптимизацию параметров проектирования, таких как число секторов на базовой станции, радиус действия сектора и число сайтов.
