Rambler's Top100
 
 
Статьи
Виктор Михайлович Леончиков  05 апреля 2019

Облачные RAN в структуре 5G-сетей

C-RAN может стать не просто частью проекта 5G. Облачные структуры способны существенно упростить процесс внедрения новых стандартов радиосвязи и обеспечить экономический оптимум всем участникам телекоммуникационного рынка.

Определив точно значения слов, вы избавите человечество от половины заблуждений.
Рене Декарт

В телеком-сообществе начало 2019 г. отмечено бурными дебатами относительно процедуры внедрения нового стандарта 5G. Факт сам по себе примечательный, особенно если учесть, что предмет обсуждения до сих пор не совсем ясен таким гигантам, как Ericsson, Nokia и пр. Даже высокий МСЭ склонен рассуждать скорее о продуктах, которые можно реализовать с помощью 5G, чем о технологической сущности грядущего стандарта. Кстати, стандарта чего? Поскольку пристальное внимание уделяется радиочастотному спектру, можно предположить, что это стандарт радиосвязи, а в силу наличия номера (5) – связи мобильной и сотовой. Если это так, то все продукты вообще и те, которые увязываются исключительно с 5G, реализуются на уровне приложений и, следовательно, могут обеспечиваться сетями произвольного рода связи, а не только сетями нового поколения мобильной сотовой связи. Тем не менее пока все сходятся в том, что с точки зрения радио 5G остается старой доброй системой OFDMA c расширенным относительно 4G-LTE спектром для реализации модуляции 256-QAM (таким образом, можно сказать, что 5G = 4G + ΔF :) ). В этом случае в разговорах об инфраструктуре сети нового стандарта радиосвязи особое значение приобретает вопрос: «Что собственно строить?».

Три уровня инфраструктуры


Определим инфраструктуру сети произвольного стандарта радиосвязи как совокупность технических средств электросвязи, обеспечивающих доставку сигнала от одного терминала к другому (безусловно, мы говорим о связи внутри одного государства). При этом под терминалом будем понимать оконечное (абонентское) устройство, преобразующее сообщение в электрический сигнал. Для упрощения примем «рыночно-собственнический» подход, следуя которому можно выделить три уровня (вида) инфраструктуры:
  1. Инфраструктура верхнего уровня – полноценная сеть сотовой связи. Всё (включая рабочие частоты), кроме оконечного оборудования потребителя, принадлежит одному оператору (модель сотового оператора). Сюда же относятся варианты с арендой элементов этой инфраструктуры другими операторами.
  2. Инфраструктура среднего уровня. Функционально независимые субсети, являющиеся элементами макросети (п. 1) оператора, принадлежат разным собственникам. Например, оптическая транспортная сеть, или серверы ИТ-платформы, в том числе в виде облачной структуры, или центр коммутации мобильной связи виртуального оператора не принадлежат обладателю лицензии (и/или частот) сотовой связи.
  3. Инфраструктура низшего уровня (пассивная) -- опоры и площадки для размещения оборудования (п. 1, 2) с вспомогательными элементами электропитания, мониторинга и пр. К этой категории относится и примитивный бизнес аренды площадей на крышах с предоставлением подключения к первичным источникам электроэнергии.
Существует еще один уровень инфраструктуры (активный), пропагандируемый специалистами в последние два-три года и близкий по сути к среднему уровню. Это инфраструктура радиооблака с применением технологии активных распределенных антенных систем (active distributed antenna system, ADAS) или другой, близкой по технической сущности. Применительно к стандарту 5G такая инфраструктура обладает рядом замечательных свойств. Но сначала – определение.

Радиооблако как инфраструктурный продукт

Под облачными сетями радиодоступа (Cloud Radio Access Network, C-RАN), или радиооблаком, будем понимать радиосистему двусторонней связи абонентского терминала (АТ) и базовой станции (БС) с линейным переносом спектра радиосигнала в среду (диапазон) транспорта с целью доставки радиосигнала на участке БС -- АМ (антенные модули) при произвольном распределении последних на заданной площади. Первые упоминания о таких системах Wikipedia относит к 2010 г. Оставим это утверждение на совести авторов Wiki, но заметим, что в действительности подобные системы известны отечественным специалистам с конца прошлого века, а некоторые даже запатентованы (Громаков Ю.А. Система сотовой радиосвязи и ее узлы. Патент РФ № 2279764 от 27.07.2005). Возраст приличный, и тем не менее ощутимых результатов использования инфраструктуры на основе этой технологии не наблюдается. Можно предположить, что в негативном отношении операторов сотовой связи к C-RАN виноваты неопределенность, или отсутствие достаточной информации для принятия решения, что заставляет их считать технологию убыточной.

Здесь необходимо отметить, что инфраструктурный оператор предоставляет операторам сотовым не примитивный набор отдельно стоящих сайтов, а сплошную зону радиопокрытия в соответствующих частотных диапазонах с заданным и согласованным с сотовыми операторами уровнем сигнала U ≥ F(QoS). Сотовые (и не только) операторы смогут включать в это радиооблако (Леончиков В.М. Облачные RAN как перспектива инфраструктурного бизнеса ) свои базовые станции (RRU или даже BBU) и создавать потребительскую емкость соответствующего nG стандарта. Таким образом получается энергетическая инфраструктура, индифферентная к поколению подключаемого радиооборудования. Другими словами, инфраструктурный оператор, он же облачный провайдер, создает уникальный, независимый от смены поколений радиооборудования продукт, название которому -- емкость радиооблака. Предельную емкость облака удобно рассматривать как максимально допустимое количество (zmax) приемопередатчиков (трансиверов, RRU, TRX, RRH…) разных диапазонов и стандартов, которое оборудование облака позволяет разместить на центральном узле и в заданных комбинациях подключить к антенным модулям. Этот продукт инфраструктурный оператор может реализовать на рынке в полном соответствии с общими принципами маркетинга.

Физические размеры радиооблака зависят от количества сот (секторов антенн) и потребляемой мощности (мощности антенных усилителей) и могут быть настолько велики, насколько инфраструктурный оператор способен обеспечить (профинансировать) eго строительство в соответствии с запросами сотовых операторов.

Кому выгодно?

Выигрыш сотового оператора при работе с радиооблаком очевиден. Он, не теряя в покрытии, получает возможность использовать пико- или микроБС вместо типовых макроБС. На этом оператор может сэкономить 20--50% стоимости базовых станций. Другие статьи экономии – это 50% (а то и все 100%) стоимости источников питания (в том числе бесперебойных) и, конечно, 100% стоимости инсталляции оборудования. Об экономии потребляемой электроэнергии и говорить не нужно -- это неоспоримый факт. Более того, в радиооблаке появляется возможность распределять емкость одиночной БС на несколько сайтов или даже на все облако, что особенно важно, когда сотовый оператор только начинает свою работу и его сеть недогружена. А это уже означает экономию CAPEX по меньшей мере на порядок. Точное определение реальной экономии -- предмет изысканий сотового оператора. В свою очередь, оператор инфраструктурный, который эту экономию обеспечивает, должен минимизировать как собственные CAPEX путем грамотного радиопланирования, так и OPEX посредством учета локальных условий ведения бизнеса.

Состоятельность такого бизнеса могут подтвердить только расчеты. Простая модель (Леончиков В.М. Экспресс-анализ облачных RАN ) позволила получить расчетные соотношения для определения времени TB достижения точки безубыточности при различных вариантах включения операторов в радиоблако. Модель предусматривает последовательное (не одновременное) включение n операторов в облако с временной задержкой m месяцев и линейное наращивание исходной (стартовой) емкости каждого оператора z0 путем включения новых трансиверов с интенсивностью h (1/мес.). Пример расчета окупаемости затрат на создание инфраструктуры из S = 15 секторов (стоимость одного сектора -- 1,3 млн руб., а операционные затраты на обслуживание такого облака -- 170 тыс. руб. в месяц) представлен на рисунке.

Расчеты свидетельствуют, что успех такого облачного бизнеса – в грамотной и согласованной с сотовыми операторами работе группы развертывания сети инфраструктурного оператора (роллаут-группы) с целью обеспечения максимального стартового объема радиооблака. В этом случае асинхронность начала работы сотовых операторов даже при весьма демократических тарифах не является критическим фактором.

Бизнес радиооблака критичен лишь к управлению на всех этапах своего развития, в том числе при организации пуска элементов сетей 5G, для которых радиооблако является подготовленной стартовой площадкой. Радиооблако допускает использование существующего оборудования операторов сотовой связи, запуск независимых пилотных сетей 5G в различных регионах и одновременно позволяет подготовить оборудование отечественного производства. При этом следует предостеречь разработчиков аппаратуры от чрезмерной увлеченности усложнением инфраструктуры облака путем включения в него элементов, присущих сетям независимых сотовых операторов, и дополнительных управляющих (коммутирующих) устройств всякого рода. Прелесть облачных структур -- в сохранении за мобильными операторами свободы управления собственной сетью и бизнесом внутри облака.

* * *
Все вышеизложенное в принципе не противоречит концепции МСЭ относительно запуска автономных и неавтономных сетей 5G, но позволяет отечественной отрасли взвешенно подойти к фантазиям некоторых иностранных чиновников от электросвязи. Практика -- критерий истины, и радиооблако, способное работать с любыми стандартами связи на любых частотах, поможет эту истину выявить. Ведь всего 120 лет назад лондонцы полагали, что основной проблемой через 100 лет будет уборка конского навоза с улиц, а шорники США писали письмо президенту с просьбой остановить строительство железных дорог.

Виктор Леончиков, независимый эксперт
Поделиться:
Заметили неточность или опечатку в тексте? Выделите её мышкой и нажмите: Ctrl + Enter. Спасибо!