Τι είναι τα μικρά κύτταρα στην τεχνολογία 5G

Καθώς πλησιάζουμε το πρότυπο 5G για ασύρματη επικοινωνία, η παραδοσιακή υποδομή δικτύου έχει πολλούς περιορισμούς. Η τεχνολογία 5G πρέπει να αντιμετωπίσει πολλές προκλήσεις όσον αφορά τις προδιαγραφές ταχύτητας δεδομένων, αξιοπιστίας και καθυστέρησης. Για να παρέχει σήμα υψηλότερου εύρους ζώνης και να επεκτείνει την κάλυψη για περισσότερους χρήστες, η τεχνολογία 5G θα πρέπει να χρησιμοποιήσει την ιδέα της μικρής κυψέλης.

Τι είναι τα μικρά κύτταρα στην τεχνολογία 5G;

Οι μικρές κυψέλες είναι συστήματα ασύρματης μετάδοσης χαμηλής ισχύος και μικρής εμβέλειας (σταθμοί βάσης) που καλύπτουν μια μικρή γεωγραφική περιοχή ή εφαρμογές εσωτερικού/εξωτερικού χώρου. Ωστόσο, οι μικρές κυψέλες έχουν όλα τα βασικά χαρακτηριστικά των συμβατικών σταθμών βάσης και είναι σε θέση να χειρίζεται υψηλό ρυθμό δεδομένων για μεμονωμένους χρήστες. Σε προηγμένες αναπτύξεις LTE και 5G, οι μικρές κυψέλες θα διαδραματίσουν σημαντικό ρόλο στην αποτελεσματική παροχή υψηλής ταχύτητας ευρυζωνικής σύνδεσης για κινητά και άλλες εφαρμογές χαμηλής καθυστέρησης.

Τα μικρά κελιά χωρίζονται περαιτέρω σε τρεις μεγάλες κατηγορίες με βάση την περιοχή κάλυψης και τον αριθμό των χρηστών που μπορούν να υποστηρίξουν.

Femtocells

Οι Femtocells είναι μικροί κινητές σταθμοί βάσης που έχουν σχεδιαστεί για να παρέχουν εκτεταμένη κάλυψη για οικιακές και εταιρικές εφαρμογές. Η κακή ισχύς σήματος από τους σταθμούς βάσης των φορέων κινητής τηλεφωνίας μπορεί να λυθεί με την εφαρμογή Femtocell. Τα Femtocells εισάγονται κυρίως για να εκφορτώνουν τη συμφόρηση δικτύου, να επεκτείνουν την κάλυψη και να αυξάνουν τη χωρητικότητα δεδομένων για χρήστες εσωτερικού χώρου.

Βασικά χαρακτηριστικά / Προδιαγραφές

Περιοχή κάλυψης	10 μέτρα έως 50 μέτρα (σε εσωτερικούς χώρους)
Εξουσία	Συνήθως 100 milliwatts
Αριθμός χρηστών	8 έως 16 χρήστες
Backhaul	Ενσύρματη σύνδεση με ίνες
Εφαρμογή	Εσωτερική (κυρίως για εσωτερική εφαρμογή, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για εφαρμογές εξωτερικού χώρου)
Κόστος	Χαμηλό κόστος

Picocells

Οι κυψέλες Pico είναι μια άλλη κατηγορία μικρών κυψελών κατάλληλων για εφαρμογές μικρών επιχειρήσεων για εκτεταμένη κάλυψη δικτύου και απόδοση δεδομένων.

Βασικά χαρακτηριστικά / Προδιαγραφές

Περιοχή κάλυψης	100 μέτρα έως 250 μέτρα (σε εσωτερικούς χώρους)
Εξουσία	Συνήθως 250 milliwatts
Αριθμός χρηστών	32 έως 64 χρήστες
Backhaul	Ενσύρματη σύνδεση με ίνες
Εφαρμογή	Εσωτερικές εφαρμογές (γραφεία, νοσοκομεία, εμπορικά κέντρα και σχολεία)
Κόστος	Χαμηλό κόστος

Μικροκύτταρα

Οι μικροκυψέλες έχουν σχεδιαστεί για να υποστηρίζουν έναν ελαφρώς μεγάλο αριθμό χρηστών σε σύγκριση με τα femtocells και τα pico κύτταρα. Λόγω της υψηλής ισχύος μετάδοσης, μπορεί να καλύψει μεγαλύτερο μέγεθος κυψελών και είναι κατάλληλο για εφαρμογές όπως έξυπνες πόλεις, έξυπνα μετρό κ.λπ.

Βασικά χαρακτηριστικά / Προδιαγραφές

Περιοχή κάλυψης	500 μέτρα έως 2,5 χιλιόμετρα
Εξουσία	2 έως 5 watt
Αριθμός χρηστών	έως 200 ταυτόχρονοι χρήστες
Backhaul	Ενσύρματη σύνδεση, σύνδεση ινών και ζεύξεις μικροκυμάτων
Εφαρμογή	Εφαρμογές σε εξωτερικούς χώρους
Κόστος	Μεσαίου κόστους

Γιατί το 5G απαιτεί μικρά κύτταρα;

Η τεχνολογία 5G έχει σχεδιαστεί για να εστιάζει σε τρεις βασικούς τομείς όπως:

Βελτιωμένη ευρυζωνική κινητή κινητή ευρυζωνική σύνδεση υψηλής ταχύτητας έως και λίγα gigabyte ανά δευτερόλεπτο.

Εξαιρετικά αξιόπιστο και χαμηλό λανθάνον δίκτυο: ένα έξυπνο δίκτυο με λιγότερη λανθάνουσα κατάσταση th1-millisecond εξαιρετικά αξιοπιστία για κρίσιμες εφαρμογές.

Τεράστιο IoT: Το Διαδίκτυο των Πραγμάτων θα συνδέσει τεράστιο αριθμό (εκατομμύρια ή δισεκατομμύρια) συσκευών και έξυπνων αισθητήρων για μαζική επικοινωνία μηχανών και πολλές εφαρμογές σε έξυπνα σπίτια, υγειονομική περίθαλψη κ.λπ.

Το συμβατικό δίκτυο κινητής τηλεφωνίας έχει περιορισμούς για περαιτέρω βελτιώσεις λόγω της τεχνολογίας, του φάσματος συχνοτήτων (εύρος ζώνης) και της υποδομής. Κάθε κελί έχει περιορισμένο αριθμό χρηστών και χωρητικότητα δεδομένων. Προηγμένες τεχνολογίες όπως το τεράστιο MIMO και η διαμόρφωση δέσμης χρησιμοποιούνται στην τεχνολογία 5G για την αύξηση του ρυθμού δεδομένων και της απόδοσης του φάσματος.

Πώς λειτουργεί ένα μικρό κύτταρο;

Τα μικρά κύτταρα λειτουργούν ακριβώς παρόμοια με τη συμβατική ιδέα κυψελών με προηγμένες τεχνικές όπως MIMO, σχηματισμός δέσμης και κύματα χιλιοστών για μετάδοση. Οι σταθμοί μετάδοσης χαμηλής ισχύος μπορούν εύκολα να αναπτυχθούν χρησιμοποιώντας την ιδέα της μικρής κυψέλης. Επιπλέον, οι μονάδες υλικού μικρής κυψέλης έχουν σχεδιαστεί για να μειώνουν την πολυπλοκότητα και έτσι η εφαρμογή είναι ταχύτερη και ευκολότερη.

Μικροί σταθμοί βάσης (πομποδέκτες) μπορούν να στερεωθούν σε τοίχο για εφαρμογές εσωτερικού χώρου και μικροί πύργοι ή λαμπτήρες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για εφαρμογές εξωτερικού χώρου. Οι συνδέσεις Backhaul μπορούν να γίνουν χρησιμοποιώντας συνδέσεις ινών, ενσύρματη σύνδεση και μέσω ζεύξεων μικροκυμάτων. Η διαμόρφωση είναι λιγότερο περίπλοκη, απλώς χρειάζεται να συνδεθεί με backhaul και πηγή ενέργειας.

Παράγοντες που επηρεάζουν την κάλυψη κυψέλης και τη χωρητικότητα δεδομένων

Συχνότητα: Η υψηλότερη συχνότητα έχει χαμηλότερο ρυθμό διείσδυσης και υπόκειται σε μεγαλύτερη παραμόρφωση. Το εύρος ζώνης του σήματος εξαρτάται από τη συχνότητα, η υψηλότερη συχνότητα έχει μεγαλύτερο εύρος ζώνης προς χρήση.

Εξουσία: Η ισχύς μετάδοσης είναι ένας άλλος παράγοντας που περιορίζει την περιοχή κάλυψης της κυψέλης. Οι πομποί υψηλής ισχύος μπορούν να καλύψουν μεγαλύτερο περιβάλλοντα χώρο.

Τεχνικές κεραίας: το ύψος, η γωνία και ο αριθμός της διάταξης κεραίας (MIMO) συμβάλλουν σημαντικά στην κάλυψη κυψέλης και στον ρυθμό δεδομένων.

Εικονικοποίηση σε ασύρματα δίκτυα

Η πρώιμη γενιά κυψελωτών σταθμών βάσης ήταν πολύπλοκη και απαιτούσε μεγάλη πολυπλοκότητα υλικού (για παράδειγμα δίκτυα ραδιοπρόσβασης – RAN). Στο LTE και σε νεότερες εκδόσεις ασύρματης τεχνολογίας κεντρικά δίκτυα ραδιοπρόσβασης, τα C-RAN αντικατέστησαν τα κατανεμημένα RAN. Η περίπλοκη εργασία επεξεργασίας έχει εκτελεστεί σε έναν κεντρικό σταθμό cloud επεξεργασίας που βρίσκεται μακριά από τη θέση της κυψέλης.

Οι σύγχρονες λύσεις μικρών κυψελών είναι πολύ προηγμένες και μπορούν εύκολα να διαμορφωθούν με τα υπάρχοντα πρότυπα δικτύου.

Μελλοντικές εφαρμογές μικρών κυττάρων

• Οι κύριες εφαρμογές είναι το προηγμένο LTE και η λύση ανάπτυξης δικτύου 5G για βελτιωμένη ευρυζωνική σύνδεση κινητής τηλεφωνίας σε πολυκατοικημένες περιοχές για την αποφυγή συμφόρησης της κυκλοφορίας δεδομένων και την παροχή καλύτερης εμπειρίας χρήστη.
• Για την υποστήριξη κρίσιμων υπηρεσιών που απαιτούν χαμηλή καθυστέρηση και εξαιρετικά αξιόπιστο δίκτυο.
• Διάφορες εφαρμογές Internet of Things όπως βιομηχανικό IoTέξυπνη υγειονομική περίθαλψη, έξυπνη πόλη και έξυπνο σπίτι
• Υποστήριξη τεράστιου αριθμού χρηστών κατά τη διάρκεια ειδικών εκδηλώσεων όπως αθλήματα και παιχνίδια με πολλαπλές αναπτύξεις κυψελών
• Εφαρμογή διαχείρισης καταστροφών (όπως cell on wheel COW) και drones

Πλεονεκτήματα των μικρών κυττάρων

• Τα μικρά κελιά μπορούν να προσφέρουν υψηλότερο ρυθμό δεδομένων έως και λίγα gigabit ανά δευτερόλεπτο
• Λιγότερο περίπλοκες λύσεις, μπορούν εύκολα να εφαρμοστούν
• Αποδοτική
• Ταχύτερες αναπτύξεις
• Οι απαιτήσεις τοποθεσίας είναι ελάχιστες (βολικό για ανάπτυξη σε εσωτερικούς και εξωτερικούς χώρους)

Μειονεκτήματα των μικρών κυττάρων

• Ένα από τα σημαντικότερα μειονεκτήματα είναι ο περιορισμός κάλυψης λόγω χαμηλής ισχύος
• Ο αριθμός των χρηστών σε ένα κελί είναι περιορισμένος λόγω πόρων
• Χρειάζεται τεράστιος προϋπολογισμός για μεγάλο αριθμό αναπτύξεων

συμπέρασμα

Δεδομένου ότι η τεχνολογία 5G είναι ένα μελλοντικό πλαίσιο για την υποστήριξη διαφόρων εφαρμογών, πρέπει να πληροί όλες τις απαραίτητες προδιαγραφές. Η ιδέα της μικρής κυψέλης είναι μια τέλεια λύση για την παροχή βελτιωμένης ευρυζωνικότητας για κινητά, χαμηλής καθυστέρησης και αξιόπιστης εξυπηρέτησης στους χρήστες. Οι τεχνικές διαμόρφωσης υψηλότερης τάξης, η τεχνολογία MIMO και το φάσμα κυμάτων χιλιοστών θα εξασφαλίσουν τη σωστή λειτουργία των μελλοντικών αναπτύξεων μικρών κυψελών.

Πηγή: https://www.rfpage.com/