Современная электроника №3/2021

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 26 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2021 Рис. 1. Ровная сельская местность вокруг участка в Квад-Сити, штат Иллинойс (слева) и 300-метровая телебашня с оттяжками, которая использовалась для экспериментов с покрытием (справа) Во всём мире диапазоны частот сотовой связи для стандартов 2G, 3G и LTE, как правило, находятся в диапа- зоне от 600 МГц до 2,7 ГГц. Типичные антенны базовой станции, использу- емые в стандартных базовых станци- ях macrocell, имеют усиление 18 дБи в полосе 2500 МГц. SuperCell использует антенны, кото- рые обеспечивают усиление до 29 дБи в том же диапазоне благодаря узкой диа- грамме направленности. Такие харак- теристики могут обеспечить, напри- мер, антенны на линзе Люнеберга [1]. Вместе увеличение высоты расположе- ния антенны и высокий коэффициент усиления дают преимущество распро- странения в 29 дБ (18 дБ – от преимуще- ства по высоте и 11 дБ – от КУ антенны). Высота антенно-мачтовой конструк- ции и усиление антенны сохраняют- ся симметрично как для uplink, так и для downlink. Предполагая, что показа- тель потерь на трассе равен 4, SuperCell даёт преимущество по дальности при- мерно в 5,3 раза. Большая часть экономического обо- снования SuperCell заключается в изме- рении и реальной оценке преимуще- ства по дальности. Команда Facebook Connectivity и партнёры провели изме- рения распространения сигнала, исполь- зуя телерадиовещательные башни, рас- положенные в сельских районах США [2]. Территория вокруг Квад-Сити име- ет относительно ровную местность с пахотными землями (см. рис. 1). В Меткалфе преобладает равнинная местность с густыми лиственными деревьями. Френчбург расположен на пересечённой гористой местности с пахотными землями. Были проведены измерения с передатчиками, использу- ющими узконаправленные антеннына линзах Люнеберга, размещёнными на разных высотах на радиовещательных башнях. С помощьюполученных изме- рений были построены модели потерь на трассе распространения для различ- ных высот передатчиков. Эти экспери- ментальнонастроенные моделипотерь на трассе распространения затем были объединены с эмпирически собранны- ми диаграммами направленности мно- Плюсы и минусы различных решений для связи Решение Транспортная сеть: спутниковая или широкополосная Плюсы Минусы Недорогие небольшие базовые станции с транспортом через спутниковый канал и электропитанием от солнечной энергии Спутниковая или широкополосная ● Затраты на одну станцию очень маленькие; ● станция может быть легко перемещена на новое место ● Высокие затраты на обслуживание спутниковых каналов, из-за чего высокая стоимость услуги для населения Покрытие больших территорий с использованием привязанного аэростата Широкополосная ● Замена нескольких базовых станций на одну большую имеет преимущество в стоимости; ● станция может быть легко перемещена в новую локацию; ● один спутниковый канал вместо многих ● Аэростаты необходимо спускать при ветреной погоде; ● требуется периодическое восполнение гелием; ● вес базовой станции увеличивает стоимость аэростата; ● проблема надёжности – большой регион обслуживается всего из одной нестационарной точки Покрытие больших территорий с использованием стратосферного аэростата Широкополосная ● Не требуется инфраструктура на земле – покупка земли, землеотвод и т.п. для каждой станции; ● расположение под углом, более близким к прямому, позволяет сигналу эффективнее преодолевать растительность ● Вес базовой станции зависит от размера баллона; ● перемещение станции может привести к большим проблемам с хэндовером; ● перемещение из-за ветров на больших высотах; ● бизнес-модель недостаточно изучена Система спутниковой связи LEO Спутниковая ● Меньшая задержка связи в сравнении с привычными системами связи с использованием геостационарных спутников; ● сеть из таких спутников может обеспечить повсеместное покрытие по всему земному шару ● Вопрос окупаемости данного решения для сельских регионов остаётся открытым; ● следящая антенна должна располагаться на земле; ● окупаемость полного набора средств для обслуживания сельских регионов может занять годы SuperCell Широкополосная ● Замена одной станцией SuperCell многих традиционных БС более выгодна с совокупной стоимости владения (TCO); ● высокие башни и мачты – апробированное решение. Такие конструкции давно используются телевещании и связи; ● есть возможность размесить много тяжёлого оборудования на АМС; ● традиционная апробированная бизнес- модель ● Требуется квалифицированное планирование сайта. Перемещение конструкции после развёртывания невозможно; ● потенциально при сбое в единственной точке большой регион остаётся без связи; ● высокое потребление электроэнергии, но планирование операционных затрат (OpEx) проще из-за одного сайта вместо нескольких