Alcatel-Lucent: Główne wyzwania w realizacji sieci mobilnych z metrokomórkami

Operatorzy sieci mobilnych potrzebują ekonomicznych rozwiązań, które obsłużą intensywny wzrost transmisji danych prognozowany dla tych sieci i pozwolą utrzymać wysoki poziom jakości usług, postrzegany przez klientów. Stacje bazowe typu „metro” (metrokomórki), czyli oszczędniejsza wersja typowych, dużych stacji bazowych (makrokomórek), są powszechnie uważane za takie rozwiązanie. Umożliwiają one zbudowanie heterogenicznej sieci, która uzupełni niedobory przepustowości i zasięgu w istniejącej sieci radiowej. Operatorzy mają jednak wiele wątpliwości dotyczących wdrażania metrokomórek, które z natury rzeczy muszą być rozmieszczone o wiele gęściej niż tradycyjne makrokomórki. Niniejsza publikacja omawia najważniejsze zagadnienia związane z wdrażaniem metrokomórek w sieciach mobilnych, związane bezpośrednio z planowaniem rozwiązań radiowych oraz z innymi aspektami całego procesu

Publikacja: 30.09.2012 20:53

Obecnie jesteśmy świadkami wzrostu transmisji danych w sieciach mobilnych na niespotykaną dotąd skalę. Według obliczeń Alcatel-Lucent Bell Labs do 2016 roku ilość tych danych wzrośnie 25-krotnie. Powszechnie wiadomo, że tradycyjne rozwiązania bazujące jedynie na makrokomórkach nie są w stanie długofalowo zapewnić wymaganej przepustowości (zarówno z przyczyn ekonomicznych, jak i praktycznych). Powodem jest ograniczone pasmo radiowe, wyczerpujące się możliwości usprawniania transmisji wraz ze zbliżaniem się do teoretycznych limitów określonych przez Claude’a Shannona oraz ograniczenia prawne i ekonomiczne w rozmieszczaniu makrokomórek wszędzie tam, gdzie istnieje potrzeba zwiększenia przepustowości. Rozwiązaniem zapewniającym duże przepustowości jest raczej skuteczny podział pasma częstotliwości radiowych na mniejsze „sektory” lub obszary pokrycia. Taki podział można przeprowadzić na wiele sposobów: od rozmieszczenia aktywnych układów anten (AAA), po zastosowanie małych komórek. W tym drugim przypadku jedno z głównych rozwiązań stanowi „zagęszczenie” instalacji sieci mobilnej za pomocą komórek typu „metro” – niewielkich stacji bazowych, należących do operatorów sieci i przez nich zarządzanych, które umożliwiają tworzenie heterogenicznych sieci radiowych (HetNet).

Metrokomórki – kluczowy element każdej sieci heterogenicznej, to rozwiązanie atrakcyjne dla OSM z wielu powodów. Umożliwiają one ekonomiczne zwiększanie przepustowości w strategicznych obszarach o dużym natężeniu ruchu, co przekłada się na lepsze postrzeganie jakości usług przez klientów. Ponadto pozwalają rozszerzyć zasięg sieci do wnętrz budynków, co stanowi często problem dla rozwiązań opartych wyłącznie na makrokomórkach (zob. ilustracja 1).

Operatorzy mają jednak wiele wątpliwości związanych z rozmieszczaniem stacji bazowych typu „metro”, zarówno w istniejących sieciach 3G, jak i w sieciach LTE, stawiając pytania takie, jak:

Ponadto, duże wdrożenia metrokomórek niosą ze sobą szereg problemów, które trzeba rozwiązać, aby utrzymać koszty na niskim poziomie.

DLACZEGO WARTO STOSOWAĆ METROKOMÓRKI ?

Metrokomórki  – małe stacje bazowe umieszczane przez operatorów w miejscach publicznych lub ogólnodostępnych, to odpowiedź na potrzebę zwiększenia przepustowości po niższych kosztach, dokładnie w obszarze zapotrzebowania. Ich wdrożenie przyczynia się zarazem do poprawy jakości oferowanych usług.

Metrokomórki, ze względu na małe wymiary i niskie zużycie energii, zapewniają niższy całkowity koszt użytkowania (TCO) niż rozwiązanie oparte wyłącznie na makrokomórkach. W celu oszacowania oszczędności oferowanych przez metrokomórki, w Alcatel-Lucent Bell Labs porównano koszty TCO dla dwóch przypadków: rozwiązania opartego wyłącznie na makrokomórkach oraz rozwiązania łączącego makro- i metrokomórki, w wariantach z wczesnym wdrożeniem LTE oraz bez niego. Wyniki uzyskane przez Bell Labs pokazały, że rozwiązanie łączące makro- i metrokomórki W-CDMA daje około 38% oszczędności na całkowitych kosztach użytkowania w porównaniu z rozwiązaniem opartym wyłącznie na makrokomórkach W-CDMA (zob. wykres 2). W przypadku LTE, gdy makrokomórki LTE są rozmieszczane wraz z metrokomórkami W-CDMA i LTE, koszty TCO w okresie pięciu lat są o 45% niższe w porównaniu do zastosowania wyłącznie makrokomórek WCDMA (zob. wykres 3).

Wykres 3. TCO w okresie pięciu lat dla makrokomórek W-CDMA oraz makrokomórek LTE uzupełnionych o metrokomórki W-CDMA i LTE.

KIEDY WDRAŻAĆ MAKROKOMÓRKI ?

Najlepszy czas na wdrażanie metrokomórek zależy od tego, czy mają one rozwiązać kwestię przepustowości, czy zasięgu.

Jako rozwiązanie dla przepustowości, metrokomórki rozmieszczane są zazwyczaj w miejscach o wysokim natężeniu danych ruchu. W ten sposób odciąża się przeładowane stacje bazowe typu „makro”. Z badań przeprowadzonych przez Alcatel Lucent Bell Labs wraz z z wiodącym operatorem sieci W-CDMA w Europie wynika, że około 2% wszystkich makrokomórek W-CDMA jest już przepełnionych. Dlatego operator posiadający sieć o dużej gęstości komórek, który planuje wprowadzić technikę LTE na późniejszym etapie, już obecnie skorzystałby z wdrożenia metrokomórek W-CDMA, odciążając istniejącą sieć. Jeśli natomiast technika LTE ma zostać wdrożona szybko, operator może rozpocząć rozmieszczanie metrokomórek od razu, ale raczej wybiórczo, by w 2013 lub 2014 r., gdy lokalizacje makrokomórek zaczną się przepełniać, zwiększyć intensywność tego procesu. Z drugiej strony, metrokomórki LTE powinny zostać uwzględnione w projektach sieci LTE od samego początku, szczególnie w strefach o wysokim natężeniu ruchu, w których można oczekiwać przepełnienia zasobów już w krótkim czasie po uruchomieniu usługi.

Jako rozwiązanie dla zwiększenia zasięgu, metrokomórki umieszczane są zazwyczaj na obszarach o słabym zasięgu makrokomórek lub przy jego braku. Są to zarówno lokalizacje wewnątrzbudynkowe, jak i zewnętrzne, takie jak obrzeża zasięgu komórek podmiejskich czy niewielkie miejscowości na obszarach wiejskich. Uzupełnienie takich luk w zasięgu jest bardzo kosztowne przy zastosowaniu konwencjonalnych stacji bazowych typu „makro”. Nie należy zatem zwlekać z rozmieszczeniem metrokomórek W-CDMA – rozwiązują one zarówno problem braku pokrycia radiowego, jak i ekonomicznego zwiększenia jakości oferowanych usług.

GDZIE STOSOWAĆ METROKOMÓRKI ?

Metrokomórki są stosowane w obszarach miejskich o dużym natężeniu ruchu, do zwiększenia pokrycia radiowego wewnątrz budynków oraz zwiększenia zasięgu i przepustowości sieci na obszarach wiejskich.

Jako rozwiązanie zwiększające przepustowość w obszarach miejskich o dużym zapotrzebowaniu na usługi, metrokomórki rozmieszczane są zwykle w wybranych lokalizacjach, takich jak centra miast, stacje kolejowe lub centra handlowe. W przypadku zwiększania zasięgu sieci w budynkach, typowe lokalizacje metrokomórek to centra konferencyjne, lobby hoteli lub biurowce. Metrokomórki stosuje się wszędzie tam, gdzie chcemy umożliwić dostęp do usług głosowych i pakietowej transmisji danych o wysokiej jakości, a obecnie nie ma tam zasięgu makrokomórek lub jest on bardzo słaby. Dotyczy to tak samo obszarów wiejskich, gdzie metrokomórki umieszczane są we wsiach i innych rejonach, zapewniając dostęp do usług.

Podsumowując, metrokomórki mogą być rozmieszczane tam, gdzie zapewniają koszty TCO niższe od pozostałych metod rozszerzania zasięgu w budynkach i na zewnątrz.

PASMO DEDYKOWANE CZY WSPÓŁDZIELONE?

Na zwrot inwestycji w sieć metrokomórek wpływa stopień odciążenia przez nie istniejących stacji bazowych, co z kolei zależy od pasma częstotliwości przydzielonego dla warstwy metrokomórek. Stacje bazowe typu „metro” mogą być uruchomione w dedykowanym paśmie częstotliwości lub współdzielić je z warstwą makokomórek  (zob. ilustracja 4).

Ilustracja 4. Obszar zasięgu metrokomórek w wariancie z pasmem dedykowanym i współdzielonym.

W przypadku pasma dedykowanego, operator rezerwuje je na wyłączny użytek metrokomórek w obszarach, gdzie wymagana jest dodatkowa przepustowość. Na wszystkich pozostałych obszarach makrokomórki mogą wykorzystywać ten sam zakres częstotliwości. W przypadku pasma współdzielonego, metrokomórki wykorzystują jeden z zakresów przypisanych już do warstwy makrokomórek. Pokrycie radiowe oraz wydajność odciążania sieci przez metrokomórki przy wykorzystaniu współdzielonego pasma są jednak niższe niż w przypadku częstotliwości dedykowanych. Ponadto, przy tym rodzaju rozmieszczenia nie można umieszczać metrokomórek zbyt blisko stacji bazowych „makro” o dużej mocy. Symulacje przeprowadzane przez Alcatel Lucent Bell Labs mogą stanowić cenną pomoc w wyborze odpowiedniego rozwiązania.

ROZWIĄZYWANIE PROBLEMÓW ZWIĄZANYCH Z WDRAŻANIEM METROKOMÓREK

Metrokmórki pokrywają swoim zasięgiem znacznie mniejsze obszary niż makrokomórki i z tego powodu trzeba je rozmieszczać w większych ilościach, w niestandardowych lokalizacjach, w tym na poziomie ulicy. Z uwagi na te różnice proces rozmieszczania metrokomórek rodzi szereg wyzwań, z którymi operatorzy sieci mobilnych muszą się zmierzyć, aby przeprowadzić go zarówno szybko, jak i oszczędnie. Główne wyzwania obejmują wybór i pozyskanie lokalizacji dla stacji bazowych oraz przyłączenie stacji do sieci transportowej (backhaul network).

Proces wyboru lokalizacji dla stacji bazowych jest dobrze znany operatorom sieci. Należy jednak zauważyć, że dotychczasowe modele i narzędzia wykorzystywane do planowania i projektowania sieci makrokomórek nie sprawdzają się w przypadku rozmieszczania stacji bazowych typu „metro”. Dzieje się tak, ponieważ metrokomórki odpowiadają za zasięg oraz przepustowość na znacznie mniejszych obszarach lub w „hot-spotach” leżących wewnątrz większych makrokomórek. Dla optymalnego rozmieszczenia metrokomórek niezbędne jest zatem opracowanie i zastosowanie nowych modeli, narzędzi i metod.

Operatorzy wiedzą, jak pozyskiwać lokalizacje dla makrokomórek. Wielu z nich ma także wieloletnie kontakty z przedsiębiorstwami zajmującymi się masztami przesyłowymi. Metrokomórek nie umieszcza się jednak na masztach ani dachach budynków lecz raczej montuje się je w znacznych ilościach w niestandardowych miejscach, jak np. na latarniach, słupach energetycznych oraz na zewnętrznych i wewnętrznych ścianach budynków. W celu szybkiego, a przy tym oszczędnego rozmieszczenia metrokomórek, operator musi znaleźć wiele dogodnych lokalizacji z niskimi kosztami wynajmu, łatwym dostępem do zasilania oraz infrastruktury sieci transportowej. Budowanie kontaktów z władzami miejskimi, zakładami użyteczności publicznej i innymi przedsiębiorstwami, które są właścicielami infrastruktury odpowiedniej dla instalacji metrokomórek lub mają do niej dostęp, jest skuteczną metodą osiągania ww. celów (zob. ilustracja 5)

Ilustracja 5. Warunkiem optymalnego pozyskania lokalizacji jest bogata sieć partnerów

Transport danych ze stacji bazowych także stawia operatorom sieci mobilnych szereg wyzwań. Metrokomórki powodują znaczny wzrost liczby lokalizacji, które trzeba przyłączyć do sieci transportowej – jest to koszt, który może zadecydować o finansowym powodzeniu całej inwestycji. Dlatego na etapie planowania należy koniecznie uwzględnić takie czynniki, jak wymagana dostępność sieci transportowej, jej przepustowość i opóźnienia oraz zapewnić, że jej przyłączenie nie opóźni instalacji i uruchamiania samych metrokomórek. Ponadto, sieć transportowa musi zapewniać szybką, niskonakładową rozbudowę wraz ze wzrostem liczby instalowanych metrokomórek oraz niskie koszty utrzymania, które pozwolą ograniczyć liczbę wizyt techników w miejscu instalacji i tym samym zmniejszyć koszty operacyjne. Wydajność, dostępność, łatwość utrzymania oraz skalowalność sieci transportowej przekładają się bezpośrednio na ogólny całkowity koszt użytkowania (TCO), który musi być utrzymany na minimalnym poziomie, aby realizacja sieci heterogenicznej zakończyła się sukcesem.

Operatorzy wdrażający sieci metrokomórek muszą się także zmierzyć z problemami implementacyjnymi. Aby pomóc operatorom sieci mobilnych w zredukowaniu ryzyka związanego z procesem wdrażania i utrzymania metrokomórek oraz w skróceniu czasu implementacji tych rozwiązań, Alcatel-Lucent umożliwia im skorzystanie ze swojego arsenału doświadczeń i możliwości w postaci jednej usługi. Obejmuje ona pomoc w takich kwestiach, jak wybór i pozyskanie lokalizacji, sieci transportowe, zasilanie czy zgodność z przepisami nakładanymi przez regulatora rynku. Alcatel-Lucent oferuje usługę Build, Operations Assist and Transfer, w ramach której zawarto nie tylko konsulting w zakresie biznesowych, operacyjnych i infrastrukturalnych aspektów realizacji całego przedsięwzięcia, ale też projektowanie, integrację, testowanie, pomoc w obsłudze systemu oraz przekazanie operatorowi wiedzy na temat sieci metrokomórek. Usługa ta ma na celu eliminację wszelkich zawiłości związanych z uruchomieniem nowej sieci i zapewnienie jej optymalnego działania.

PODSUMOWANIE

Metrokomórki zapewniają wymaganą przepustowość i zasięg przy mniejszym całkowitym koszcie użytkowania niż rozwiązania oparte wyłącznie na makrokomórkach. Umożliwiają one zarazem operatorom sieci mobilnych zaspokojenie rosnących wymagań użytkowników w zakresie jakości usług w dowolnej lokalizacji. Dla zwiększenia przepustowości sieci, metrokomórki powinno się już teraz instalować w obszarach o nasilonym ruchu, aby odciążyć przepełnione stacje bazowe W-CDMA. Metrokomórki powinno się także od razu wdrażać do sieci LTE, a zwłaszcza do stref o wysokim natężeniu transmisji, jak np. obiekty sportowe, ponieważ w takich miejscach można oczekiwać przeciążenia sieci w krótkim czasie po uruchomieniu usługi. Operatorzy sieci mobilnych skorzystaliby także z wdrożenia metrokomórek już teraz wszędzie tam, gdzie potrzebne jest zwiększenie zasięgu, szczególnie wewnątrz budynków, które zawsze było trudno pokryć siecią bazującą wyłącznie na makrokomórkach, oraz na obszarach wiejskich, gdzie makrokomórki byłyby rozwiązaniem zbyt kosztownym. W przypadku sieci LTE, szczególnie tych działających na wyższych pasmach częstotliwości, metrokomórki powinno się uruchamiać od samego początku, dla zapewnienia zasięgu sieci wewnątrz budynków.

Ponieważ metrokomórki różnią się od makrokomórek, ich wdrożenie na dużą skalę oznacza dla operatorów szereg nowych problemów, które należy rozwiązać, aby można było odkryć wszystkie zalety tego rozwiązania. W tym celu operatorzy sieci mobilnych muszą nie tylko zrewidować swoje procedury planowania, projektowania i budowania sieci, ale też na nowo określić swoje powiązania i partnerstwa biznesowe, a nawet nawiązać nowe. Tylko przy holistycznym podejściu do tworzenia sieci metrokomórek operatorzy będą mogli w pełni zrealizować wszystkie korzyści płynące z tego rozwiązania.

NATYCHMIASTOWE ROZWIĄZANIE: ALCATEL LUCENT LIGHTRADIO™ METRO CELL

Alcatel-Lucent kontynuuje prace nad małymi komórkami. Technika ta miała początkowo poprawić działanie sieci komórkowej w domu i w pracy, ale dziś jest w stanie zapewnić zwiększoną przepustowość transmisji danych także w miejscach publicznych. W miarę jak zwiększa się potrzeba efektywnego wykorzystania dostępnego pasma, małe komórki, a w szczególności stacje bazowe typu „metro”, stają się optymalnym rozwiązaniem oferującym większą przepustowość przy niższych kosztach przypadających na transmisję w przeliczeniu na jeden bit informacji, umożliwiając operatorom poradzenie sobie z lawinowo rosnącą transmisją mobilnych danych. Aby operatorzy sieci mobilnych mogli w pełni docenić korzyści płynące ze stosowania metrokomórek, nie wystarczy im jednak sama skrzynka. Potrzebują oni rozwiązań i usług specjalnie zaprojektowanych z myślą o ułatwieniu instalacji, obsługi oraz utrzymania metrokomórek. Alcatel-Lucent lightRadio Metro Cell Express to kompleksowe rozwiązanie. Obejmuje ono produkty i usługi najwyższej jakości, w tym: pełen zakres prostych w instalacji metrokomórek, zaprojektowanych tak, aby można było je łatwo instalować i uruchamiać w środowisku obejmującym systemy pochodzące od wielu dostawców; modelowanie biznesowo-finansowe; usługi wykrywania miejsc o dużym natężeniu ruchu w celu optymalnego wyboru lokalizacji dla stacji bazowych; kontakty i partnerstwa ułatwiające szybkie pozyskanie lokalizacji; realizacja sieci transportowych obsługujących stacje bazowe (backhaul) oraz usługi projektowania sieci. W rezultacie, to kompleksowe rozwiązanie charakteryzuje się możliwością szybkiego wdrożenia, krótkim czasem wejścia na rynek, uproszczoną obsługą i utrzymaniem oraz dużą skalowalnością, ułatwiającą przyszłe rozbudowy.

Obecnie Alcatel-Lucent posiada 39 umów na wdrożenia komercyjne. Przeprowadzanych jest także ponad 20 testów dla tego kompleksowego rozwiązania bazującego na małych komórkach. Oficjalnie ogłoszeni klienci to m.in.: Telefonica w Hiszpanii, Etisalat and du w Zjednoczonych Emiratach Arabskich, MegaFon oraz VimpelCom w Rosji, Optus w Australii, a także grupa Vodafone, która wybrała firmę Alcatel-Lucent jako głównego ogólnokrajowego dostawcę femtokomórek „Sure Signal” w Wielkiej Brytanii oraz Nowej Zelandii, „Booster” we Włoszech oraz „Private 3G Zone” w Republice Czeskiej.

Więcej informacji o usługach Alcatel-Lucent lightRadio Metro Cell Express w zakresie tworzenia sieci metrokomórek znajduje się na naszej stronie internetowej.

[materiał dostarczony przez Alcatel-Lucent Polska, partnera serwisu rpkom.pl, stanowi płatny materiał promocyjny]

Telekomunikacja
Eldorado 5G dobiega końca, a firmy tną etaty. Co z Polską?
Materiał Promocyjny
Tajniki oszczędnościowych obligacji skarbowych. Możliwości na różne potrzeby
Telekomunikacja
Do kogo przenoszą się klienci sieci komórkowych. Jest największy przegrany
Telekomunikacja
To już wojna w telefonii na kartę. Sieci komórkowe mają nowy haczyk na klientów
Telekomunikacja
Polski internet mobilny właśnie mocno przyspieszył. Efekt nowego pasma 5G
Materiał Promocyjny
Naukowa Fundacja Polpharmy ogłasza start XXIII edycji Konkursu o Grant Fundacji
Telekomunikacja
Nowy lider wyścigu internetowych grup w Polsce. Przełomowy moment dla Polsatu