English
français
español
العربيةПоиск
Что Вы ищете?
Поиск
По мере того, как операторы мобильной связи стремятся развернуть 5G и расширить зону покрытия, давление на необходимость совместного использования инфраструктуры становится все более сильным. Совместное использование вышек — размещение антенн нескольких операторов на одной вышке. монопольная башня —Значительно снижает капитальные затраты, ускоряет сроки развертывания и минимизирует количество неприглядных вышек. Однако размещение оборудования в дата-центре создает серьезную техническую проблему: электромагнитные помехи (ЭМП) Между близко расположенными антеннами. В отличие от структурных конфликтов, решаемых с помощью стального усиления, помехи невидимы, зависят от частоты и могут существенно ухудшить работу сети, если их не контролировать должным образом.
В этом блоге рассматриваются физические аспекты связи между антеннами на монопольном антенном основании, исследуются инженерные параметры, определяющие необходимую изоляцию, и представлены три основные стратегии снижения помех. расстояние между антеннами, физические барьеры и оборудование, оптимизированное для подавления интермодуляционных искажений. —которые позволяют нескольким операторам сосуществовать на одной структуре, не ухудшая работу сетей друг друга.
Когда антенны разных операторов установлены на одном монополе, каждая передающая антенна излучает энергию, которая может передаваться на соседние приемные антенны. Эта нежелательная связь, количественно оцениваемая изоляцией, проявляется в виде помех, которые снижают чувствительность приема сотовой связи, ухудшают отношение сигнал/шум и — в тяжелых случаях — полностью блокируют звонки.
Сложность усугубляется тремя факторами, характерными именно для совместного размещения оборудования:
· Близость: В отличие от вышек, принадлежащих операторам, где антенны могут быть расположены на значительном расстоянии друг от друга, в случае с общими монопольными опорами антенны располагаются в непосредственной близости. В стандартных конструкциях вышек несколько платформ обычно располагаются на расстоянии всего 5 метров друг от друга, что может быть недостаточно для некоторых комбинаций систем.
• Частотное разнесение: Разные операторы используют разные технологии (GSM, CDMA, LTE, 5G NR) в нескольких частотных диапазонах. Взаимосвязь может возникать даже при работе систем на разных частотах, например, за счет пассивной интермодуляции (PIM), при которой смешиваются несколько сигналов, создавая паразитные гармоники, попадающие в приемный диапазон другого оператора.
• Динамическая загрузка: По мере того, как операторы увеличивают пропускную способность — больше секторов, больше антенн, больше несущих — меняется и обстановка с помехами, что требует разработки систем изоляции с заложенным запасом на случай будущего расширения.
Отраслевой стандарт для изоляции антенн при совместном размещении оборудования — это... минимум 30 дБ Этот показатель измеряется как отношение мощности сигнала, подаваемого на одну антенну, к мощности сигнала, принимаемого другой. Достижение этой цели при различных комбинациях частот, присутствующих на общей монопольной антенне, требует целенаправленного проектирования с учетом трех взаимодействующих параметров: вертикального и горизонтального разделения, а также реализации физических барьеров.
Прежде чем рассматривать методы снижения помех, необходимо понять, как взаимодействуют антенны. При совместном размещении связь осуществляется посредством двух основных механизмов:
Связь в ближнем поле: На близком расстоянии (в пределах нескольких длин волн) антенны напрямую обмениваются электромагнитной энергией посредством взаимного импеданса. Сила связи уменьшается с расстоянием, но может оставаться значительной даже на расстоянии нескольких метров.
Связь на большом расстоянии: с увеличением расстояния антенны взаимодействуют посредством излучаемых полей. Энергия от боковых лепестков передающей антенны — непреднамеренное излучение за пределами ее основного луча — может быть захвачена основным лепестком или боковыми лепестками соседней антенны.
Ключевой вывод для инженеров заключается в том, что Вертикальное разделение значительно эффективнее горизонтального. При достижении одинаковой изоляции. При постоянном расстоянии между антеннами вертикальная установка обеспечивает значительно большую изоляцию, чем горизонтальная. Для вертикального разделения требуемое расстояние между центрами антенн обратно пропорционально частоте: для более низких частот требуется значительно большее расстояние. Например, китайское исследование показало, что требуемое расстояние вертикальной изоляции между системами CDMA 1X и GSM900 достигает 9,7 метров, а с учетом размеров антенн общее расстояние между платформами должно превышать 11,7 метров. Это значительно превышает типичное расстояние между платформами в 5 метров в стандартных конструкциях вышек, что объясняет, почему многие существующие вышки структурно не подходят для размещения оборудования нескольких операторов.
Из этого следует, что изоляция не может быть достигнута только за счет горизонтального разделения. Оптимизация многооператорских схем требует использования преимуществ вертикального разделения при минимизации количества платформ, высоты башен и стоимости конструкции.
Самый простой способ добиться изоляции — это просто увеличить расстояние между антеннами. Размещение антенн на большем расстоянии друг от друга уменьшает связь обратно пропорционально расстоянию, и для большинства диапазонов это приводит к... разделение на полволны (приблизительно 0,4-0,5λ) достаточно для предотвращения значительной связи между близко расположенными элементами.
В рамках этой стратегии инженеры должны выбрать один из двух способов размещения:
| Тип разделения | Типичное требование | Эффективность | Преимущества | Проблемы |
|---|---|---|---|---|
| Вертикальный | 1–10+ метров в зависимости от частотного диапазона | Начальство | Дополнительная платформа не требуется; используется существующая высота башни. | Требуется несколько уровней платформы; ограничения обусловлены высотой башни. |
| Горизонтальный | 0,5–4,5 метра на одной и той же платформе | Низший | Используется одна платформа; дополнительная высота башни не требуется. | Платформа должна быть достаточно широкой, но ограничена физическим пространством. |
Для обеспечения горизонтального разделения четкие ориентиры предоставляют практические рекомендации из отраслевых стандартов установки антенн:
Двухполяризационные антенны (±45°): расстояние между ними 20–30 см (ортогональность поляризации обеспечивает присущую им изоляцию).
Направленные антенны (одна платформа): ≥2,5 метра
Всенаправленные антенны (одна платформа): ≥4 метра
Приемные антенны с разнесением в пределах одной соты: ≥3 метров
Передающие и приемные антенны на разных платформах: вертикальное расстояние ≥1 метр.
Для вертикального разделения нет фиксированных правил — необходимое расстояние должно рассчитываться исходя из конкретных частотных диапазонов, мощностей передатчиков и чувствительности приемников операторов, использующих одну вышку. Вертикальное разделение предпочтительно, если позволяют условия площадки, поскольку оно обеспечивает большую изоляцию на каждый метр расстояния.
Наиболее эффективной архитектурой для монопольных антенн с общим доступом является многоуровневая платформенная система, где антенны каждого оператора закреплены за определенным уровнем платформы. Это обеспечивает четкое вертикальное разделение между операторами, позволяя каждому оптимизировать ориентацию своих антенн в пределах выделенного ему уровня.
Проблема интермодуляционных искажений (PIM) является серьезной в сотовых сетях. По мере того, как несколько операторов добавляют оборудование к общей вышке, они неизбежно вводят в радиочастотную цепь новые пассивные компоненты — разъемы, кабели, крепления, перемычки. Каждый из этих компонентов, если он установлен неправильно, изготовлен из ферромагнитных материалов или подвержен коррозии, может стать источником нелинейности.
Когда два или более мощных нисходящих сигнала проходят через нелинейный пассивный канал, они смешиваются, образуя новые частоты. Если какой-либо из этих паразитных продуктов попадает в полосу приема оператора, он проявляется как помеха, которая может блокировать звонки или значительно снижать чувствительность приема.
Эффект интермодуляционных искажений (PIM) особенно коварен в условиях совместного размещения оборудования, поскольку его последствия проявляются непредсказуемо. При вводе в эксплуатацию объект может быть признан чистым, но спустя несколько месяцев может появиться PIM из-за окисления разъемов, ослабления креплений или потери крутящего момента. Поскольку PIM генерируется на вершине башни, для его диагностики требуется специализированное оборудование для тестирования PIM, и часто это включает в себя подъем к каждой точке подключения.
Организации, занимающиеся стандартизацией, такие как GTI (Global TD-LTE Initiative), опубликовали обширные исследования по сосуществованию сетей, посвященные проблеме интермодуляционных искажений (PIM) и другим механизмам помех между несколькими операторами, совместно использующими спектр и инфраструктуру, включая требования к защитной полосе и механизмам синхронизации для сетей TDD.
В коммерческом плане отрасль отреагировала, разработав оборудование, оптимизированное для подавления интермодуляционных искажений (PIM). Такие компании, как ANDREW (компания Amphenol), предлагают специализированные монопольные платформы, разработанные специально для снижения PIM в многооператорных средах. Эти платформы обладают следующими характеристиками:
Оптимизированное межсекторное расстояние: Удлинённые рамы увеличивают расстояние между антеннами без необходимости увеличения высоты мачты.
Удлинённые монтажные стойки: Десятифутовые направляющие обеспечивают специальные зоны для крепления удаленных радиомодулей (RRU), физически отделяя активные радиостанции от точек подключения антенн, чтобы уменьшить пути интермодуляционных искажений (PIM).
Указанные аппаратные материалы: Все кронштейны, трубы и крепежные элементы изготовлены из неферромагнитных материалов и проходят квалификационные испытания на предмет отсутствия дополнительных источников интермодуляционных искажений.
Эти платформы, оптимизированные для PIM-протокола, обычно имеют рейтинг для высокая емкость —способны вмещать до трех секторов с несколькими антенными каналами в каждом секторе — и разработаны для совместимости с креплениями PIM-Guard, которые дополнительно снижают потенциал помех в точках подключения радиочастот.
В условиях ограниченного пространства или недостаточных мер контроля за распространением инфекционных материалов, физические барьеры обеспечивают дополнительный уровень изоляции. Они могут принимать три основные формы:
Запатентованные методы экранирования антенн специально разработаны для решения проблемы помех между расположенными рядом антеннами на вышках. Эти устройства используют стратегически расположенные проводящие поверхности для создания локальных зон изоляции, что позволяет размещать антенны ближе друг к другу, чем это было бы возможно без учета взаимного влияния. Для массивов Massive MIMO экранирующие стенки между отдельными антенными модулями должны обеспечивать как минимум Изоляция X-POL и CO-POL 20 дБ соответствовать минимальным требованиям к производительности.
Передовые исследования показали, что правильно спроектированные мантийные плащи —Узорчатые металлические листы, размещенные вокруг цилиндрических монополей, — позволяют плотно расположенным антеннам работать так, как если бы они были изолированы в свободном пространстве. Такой подход позволяет размещать антенны на расстоянии, составляющем всего 1/10 от более короткой рабочей длины волны, что открывает потенциальный путь к значительному увеличению плотности размещения на существующих монопольных конструкциях.
Материал RAM может использоваться в качестве изоляционных барьеров между антеннами на одной платформе. Эти материалы преобразуют падающую электромагнитную энергию в тепло, уменьшая энергию, доступную для связи с соседними антеннами. Барьеры из RAM могут сочетаться с гофрированными элементами с диэлектрической нагрузкой для расширения возможностей изоляции в низкочастотные диапазоны, где эффективность обычных материалов RAM ограничена.
Интеграция гофрированных элементов с диэлектрической нагрузкой и RAM расширяет эффективность барьера в низкочастотный диапазон, создавая гибридную структуру, сочетающую широкоспектральное поглощение с частотно-избирательным отражением.
Однако, Универсального решения не существует. Выбор технологии физических барьеров во многом зависит от конкретных частотных диапазонов, достижимого расстояния между барьерами и доступного места для их установки на платформе.
Сравнение основных подходов к изоляции помогает прояснить компромиссы в проектировании:
| Параметр изоляции | Вертикальное разделение | Горизонтальное разделение | Платформы, оптимизированные для PIM | Металлические перегородки / щитовые стенки |
|---|---|---|---|---|
| Первичный механизм | Увеличенное 3D-расстояние | Увеличен горизонтальный зазор | Минимизация источников PIM | Направленное отражение/поглощение |
| Эффективность на единицу расстояния | Высокий | Низкий | Неприменимо (специфично для PIM) | Умеренный |
| Увеличивает высоту башни? | Да | Нет | Нет | Нет |
| Занимает ли платформа пространство на своих серверах? | Нет | Да | Да | Да |
| Снижение риска развития потенциально нежелательных лекарственных реакций? | Нет | Нет | Да | Нет |
| Типичное влияние на стоимость | Высокий (пристройка к башне) | Умеренный (более широкая платформа) | Умеренный | Низкий до умеренного |
| Лучше всего подходит для | Различные частотные диапазоны | Совместное размещение в одном диапазоне частот | Участки высокой мощности | Потребности в изоляции с ограниченной полосой пропускания |
Структурированные обследования местности Интеграция этих подходов имеет важное значение. Каждый оператор должен предоставить подробные технические характеристики: мощность передачи на несущую, чувствительность приема, рабочие частотные диапазоны и диаграммы направленности антенны. Затем эти данные используются для вычисления:
Требуемое расстояние вертикальной изоляции (с использованием моделей распространения для каждой пары оператор-оператор)
Требуемое горизонтальное расстояние изоляции (если вертикальное расстояние ограничено)
Остаточные помехи после установки зазоров — определяют, необходимы ли перегородки или оперативная память.
Анализ интермодуляционных искажений (на основе уровней мощности передачи и типов разъемов)
Этот аналитический процесс не подлежит обсуждению. Установка перегородок или увеличение расстояния между ними без четкой модели механизмов соединения может привести к избыточному проектированию (бесполезные затраты) или недостаточному проектированию (помехи, проявляющиеся после ввода в эксплуатацию).
Для сетевых планировщиков и владельцев вышек обеспечение надежной изоляции между несколькими операторами требует дисциплинированного процесса:
Соберите технические характеристики оператора: Мощность передачи на несущую, чувствительность приема, рабочие диапазоны, диаграммы направленности антенны.
Рассчитайте необходимую изоляцию, используя стандартизированные модели (например, процедуры TIA для измерения изоляции между расположенными рядом антеннами).
Определите требования к расстоянию между объектами: Вертикальное против горизонтального — по возможности отдавайте предпочтение вертикальному.
Проверьте наличие остаточных помех: Если одного лишь расстояния недостаточно для обеспечения звукоизоляции в 30 дБ, следует использовать звукопоглощающие панели или RAM-материал.
Проверьте элементы управления PIM: Убедитесь, что все крепления и разъемы сертифицированы по стандарту низкого уровня интермодуляционных искажений (PIM), а монтажные бригады обучены методам безопасной работы с PIM-эффектом.
Тестирование после ввода в эксплуатацию: Перед объявлением объекта работоспособным необходимо провести тестирование PIM и проверку изоляции.
Важность проверки невозможно переоценить. Деформация межфазных помех (PIM) — серьезная проблема в сотовых сетях, вызванная старением оборудования, добавлением нового оборудования и некачественной установкой. Объект, который соответствует требованиям изоляции с первого дня, может выйти из строя через несколько месяцев из-за коррозии разъемов или ослабления креплений.
Размещение оборудования нескольких операторов на одном монопольном разъеме является экономической и экологической необходимостью в современных сетях. Однако невидимая проблема электромагнитных помех — связь антенн и интермодуляционные искажения — требует такой же инженерной точности, как и расчеты несущих нагрузок.
Для обеспечения надежной изоляции необходим сбалансированный подход, сочетающий три основные стратегии: максимальное вертикальное расстояние, использование оптимизированного для PIM-эффекта монтажного оборудования и применение физических барьеров в условиях ограниченного пространства. Каждая стратегия имеет свою область оптимального применения, и правильный баланс зависит от конкретных частотных диапазонов, уровней мощности и физических ограничений объекта.
Стандартный для отрасли уровень изоляции в 30 дБ достижим на монопольных линиях общего пользования — но только благодаря целенаправленному проектированию, основанному на данных. Операторы, которые инвестируют в надлежащую разработку изоляции на этапе планирования, избегают дорогостоящей переделки экранирования после того, как помехи уже нарушили работу сети. В эпоху общей инфраструктуры хорошие соседи не просто делят сталь — они делят электромагнитный спектр, не мешая друг другу.
Узнайте больше на www.alttower.com
Поддерживается сеть IPv6