Базовые основы оператора, или Как организуется работа сотовой связи

Большинство абонентов не задумывается о том, как осуществляется звонок по мобильному телефону, как происходит передача SMS-сообщения или data-трафика. Главное, чтобы в любой момент времени и в любой точке пространства они не испытывали проблем со связью. Между тем комфорт общения обеспечивается постоянно работающей огромной системой, состоящей из тысяч элементов, в числе которых базовые станции, контроллеры, коммутационное оборудование, ИТ-системы и многое другое, что позволяет оставаться на связи 24 часа в сутки. Стоит подчеркнуть, что один абонентский звонок одномоментно обслуживают порядка 14—17 операционных ИТ-систем, находящихся в постоянном взаимодействии друг с другом.

Одним из основных элементов сети любого сотового оператора является базовая станция (base station subsystem), представляющая собой системный комплекс приемопередающей аппаратуры, осуществляющей централизованное обслуживание группы конечных абонентских устройств. Проще говоря — благодаря базовым станциям (или коротко — БС) мобильные устройства абонентов (сотовые телефоны, планшеты, usb-модемы) могут связываться между собой через коммутационное оборудование, выходить в интернет, получать и отправлять сообщения и данные. Зона покрытия антенн базовой станции образует соту, а вместе — группу сот. Покрытие 1 БС в зависимости от настроек может быть от нескольких десятков метров до 50 километров (иногда и более). Каждая БС обслуживает только свой определенный участок сети с помощью нескольких нацеленных в различные участки сектора трансиверов. Рабочий радиус (ширина охвата), равно как и емкость, у БС может быть разной и зависит от установленного оборудования.

Базовые станции могут работать в различных радиочастотных ресурсах, которые принято относить к различным стандартам сотовой связи, например — 900 МГц, 1800 МГц и 2100 МГц, соответственно GSM900, GSM1800 и UMTS. Как нам пояснили в «Tele2 Казахстан», это стандарты связи, которые используются в Казахстане сотовыми GSM-операторами, представленные на мобильном рынке Казахстана. Разные операторы используют разные частотные диапазоны, что позволяет операторам работать и не оказывать влияния друг на друга. Каждая базовая станция состоит из следующих основных элементов: приемо-передающих антенных устройств или секторов, оборудования для ретрансляции радиосигнала. Также БС, помимо основного источника питания, обеспечиваются резервным источником автономного питания на случай отключения электричества (аккумуляторные батареи, иногда небольшой дизель-генератор).

Каждая базовая станция способна обслуживать определенное количество абонентов — так называемая емкость базовой станции. В случае, если емкость конкретной базовой станции исчерпана, например, БС способна обслужить только 30 абонентов, соответственно поддерживается разговор 30 абонентов, то 31-го абонента и всех последующих данная БС «передаст» на обслуживание соседней базовой станции. Этот процесс передачи, или перехода абонента, от одной базовой станции к другой называется «хэндовер». Управляет данным процессом устройство «контроллер базовых станций», который постоянно отслеживает работу нескольких десятков базовых станций и распределяет нагрузку внутри сети, при этом осуществляя связь с коммутационным оборудованием (коммутатором). При этом контроллер следит сразу за несколькими параметрами, в том числе и за уровнем принимаемого и передаваемого сигнала сотовым устройством, если сотовый телефон сигнализирует, что уровень сигнала от текущей базовой станции слабый, то контроллер дает команду на переключение на другую базовую станцию с более сильным сигналом. Количество «контроллеров» зависит от количества работающих базовых станций.

Связь между элементами сети и центром управления сетью осуществляется посредством радиорелейной связи или через кабельное соединение.

«У БС достаточно большие запасы по емкости, которые можно расширять за счет используемых частотных диапазонов. Важно знать, что базовые станции стандарта GSM900 способны обеспечивать покрытие на гораздо большем расстоянии, нежели базовые станции стандарта GSM1800. А значит, для обеспечения связи на определенной территории количество БС стандарта GSM 1800 нужно в несколько раз больше, чем БС стандарта GSM900», — пояснил Нуркен Халыкберген, PR-менеджер «Tele2 Казахстан».

В городе рабочий радиус одной БС может быть ограничен несколько сотнями метров, поэтому БС в городе строят недалеко друг от друга, устанавливая таким образом, чтобы не «мешать» как своим ближайшим БС, так и станциям других сотовых операторов.

Большое количество БС обеспечивает закрытие «дыр вещания», или «мертвых» зон, и, соответственно, увеличивает зону покрытия, емкость сети и повышает качество сотовой связи. Количество БС в крупных городах только у одного оператора может достигать нескольких сотен. Но при этом сразу же возрастает уровень капитальных затрат сотового оператора на строительство сети, что находит отражение в стоимости сотовой связи.

Так как же осуществляется строительство одной базовой станции в городе? С какими трудностями сталкивается оператор и как их решает? Этим опытом с Profit.kz поделился шведский оператор-дискаунтер Tele2.

Строительство и поддержка БС — это сложный и трудоемкий процесс, который обеспечивается работой нескольких служб внутри компании: отделом планирования, строительства, оптимизации и эксплуатации.

Первое, чем руководствуется оператор — это планом организации покрытия сотовой связью. При этом покрытие может быть в нескольких вариантах. Номинальное покрытие — когда у оператора есть хотя бы одна базовая станция в том или ином населенном пункте, что свидетельствует об его присутствии. Но, как правило, для тех сотовых операторов, кто решил серьезно заявить о себе на рынке, этого недостаточно, поскольку им необходимо 100%-ное покрытие, или «полная» зона. С пониманием этого и начинается слаженная работа всех подразделений сотового оператора.

Заказчиком строительства БС является коммерческая дирекция, которая определяет — какие конкретные регионы необходимо «закрыть» связью. «Логика строительства идет от крупного к малому, то есть вначале связь запускают в крупных городах-миллионниках, полумиллионниках, 200-тысячниках и далее вниз, к малым населенным пунктам в сельских регионах. Параллельно ведется работа по обеспечению связью дорог и магистралей республиканского значения, — рассказывает Нуркен Халыкберген. — Таким образом, все операторы начинают разворачивать свои сети в новых для них регионах. Ведь абонент рассуждает с точки зрения доступности услуг, а оператор — экономичности и позиции бизнеса. В этом отношении крупные и плотно заселенные регионы, например, Европа, Китай, Индия просто идеальны для оператора, поскольку затраты на оборудование окупаются гораздо быстрее, чем в малонаселенных районах».

В Казахстане ситуация иная, поскольку по площади территория занимает 9-е место среди крупнейших государств мира, при этом плотность населения — менее 6 человек на 1 кв км (для сравнения, в Индии плотность населения составляет свыше 300 человек на 1 кв км). Для операторов большая территория свидетельствует о больших затратах на строительство и обслуживание сети. Поэтому наиболее хорошими регионами для старта являются Астана, Алматы, Шымкент, Караганда и Тараз, где плотность населения наиболее высокая. Во всех остальных городах население словно «размазано слоем масла» по всей территории области. Поэтому говорить о том, что как только появляется новый оператор, он сразу застраивает весь регион — нельзя. Для этого необходимо время. «Сегодня мы переживаем свой бум строительства, который у других операторов пришелся на последние 10 лет. У нас нет столько времени, и мы вынуждены за один-два года достичь высоких показателей по связи, покрытию, сервису и обеспечить этим своего потребителя, который уже знает, что такое хорошая связь», — отметил г-н Халыкберген. Поэтому сегодня оператор выходит на такой уровень строительства, когда монтирует от 5 до 10 БС в день.

Проектирование сети сотовой связи

Итак, заказ на строительство БС в том или ином городе, исходя из количества абонентов, делает коммерческая дирекция сотового оператора. Ее заказ поступает в техническую дирекцию, где отдел планирования предварительно наносит базовые станции на карту города, обозначая ориентировочные зоны поиска. После чего карта передается подрядчикам, которые с выездом на место производят первичные осмотры обозначенных зон и определяют места установки БС, удовлетворяющих всем критериям поиска (а именно: высота подвеса антенны — в сельских регионах она обычно составляет 17—20 метров, отсутствие заграждающих строений, отсутствие таких близкорасположенных объектов, как школы, больницы, детсады). Таким образом, от каждого подрядчика оператор получает 2—3 альтернативных места установки, и далее отдел планирования выбирает наиболее подходящее, с точки зрения радиуса покрытия, место.

Параллельно отдел трансмиссии разрабатывает оптимальный план расположения БС, чтобы обеспечить качественную связь с новой базовой станцией через каналы трансмиссии, при этом канал связи (или трансмиссия с БС) может быть как собственным, так и арендованным.

При установке новой базовой станции планировщики будут учитывать множество факторов, которые будут влиять на работу БС и уровень сигнала сети, среди которых важнейшими являются условия распространения сигнала (рельеф местности, плотность застройки, антропогенные факторы, зеленые насаждения, наличие радиопомех и т.д.). При планировании специалисты также должны учесть возможное будущее строительство новых базовых станций, чтобы в последующем новые базовые станции не оказывали влияние на старые, учесть воздвигаемые новые здания, которые могут перекрыть сигнал, учесть погодные условия в конкретной местности и многое другое.

Чем сложнее условия распространения радиосигнала и выше плотность населения, тем меньше размеры сот, или зона покрытия базовой станции. В этих случаях устанавливаются БС с более высокой мощностью сигнала, и располагаются они на небольшом расстоянии друг от друга. Например, «закрытие» парков производится установкой БС с нескольких сторон, при этом сектора у БС могут работать не одинаково. Как рассказал Сергей Желдак, начальник отдела строительства и монтажа Технической дирекции Tele2 Казахстан, «листва деревьев очень сильно экранируют сигнал сотовой связи, мешая его прохождению. Поэтому с разных сторон парка устанавливаются базовые станции с секторами большой мощности, с помощью чего можно обеспечить в парках уверенное покрытие. Также покрытие таких зон может обеспечиваться путем изменения угла передачи сигналов», — добавил он.

Также на этапе планирования учитывается присутствие других сотовых операторов, которые тоже ведут строительство своих базовых станций, а также сторонних организаций, которые в своей работе могут использовать различные приемопередатчики, оказывая влияние на сеть.

Вообще, планирование строительства БС — довольно сложная работа. Как отметил специалист технического отдела Tele2, необходимо не только знать основы, но и чувствовать, как изменения в одной точке сети могут вызвать изменения во всем городе. Количество переменных огромно, и неправильно установленная одна БС может негативно сказаться на работе всей сети, поэтому производятся многократные итерации для улучшения сигнала.

Оформление документов на строительство базовой станции

На следующем этапе происходит оформление разрешительной документации из различных контролирующих служб. Это один из самых затяжных по времени этапов, поскольку на получение некоторых документов может уйти от месяца до полугода. И это зависит от разных, в том числе форс-мажорных, обстоятельств. Как правило, данные факторы не зависят ни от коммерческой, ни от технической дирекций. «Иногда в момент поиска позиции мы попадаем в регион, где нет подходящего места, например, все дома одноэтажные, что в итоге не позволит нам достигнуть нужного покрытия. В подобном случае возникает необходимость строительства дополнительных антенно-мачтовых сооружений, башен, конструкций типа монополь», — рассказывает Сергей Желдак. Что, естественно, вытекает в довольно большие финансовые затраты и временные задержки, поскольку строительство требует новых документов и новых разрешений, а это еще больше согласований и инстанций. В частности, для строительства башни оператору нужна земля, которую надо либо взять в аренду, либо купить. Соответственно надо получить землеотвод, провести топосъемку, подготовить технические условия, для чего подаются документы в соответствующие службы. И с момента подачи заявления до получения документа с техническим актом проходит порядка полугода.

Отличным местом для установки БС могут стать другие существующие высотные сооружения — трубы, элеваторы и т.д., если, конечно, таковые имеются. Использование полезной площади различных высотных конструкций позволяет ощутимо сэкономить время на строительство мачты.

Еще одна проблема, с которой оператор сталкивается в сельских регионах: изношенность линий электропередач или просто их отсутствие, что означает увеличение сроков получения технических условий на подключение и запуска сети, а значит и запуска новой БС, в разы.

Порой оператору за свой счет приходится либо менять несколько километров линий электропередач, либо подключаться к высоковольтным линиям электропередач. В последнем случае приходится строить рядом трансформаторную подстанцию для БС, а для этого нужны техплан, землеотвод, проектная документация, которую должны утвердить в РЭС и т.д.

После того, как вся проектная документация утверждена, начинаются строительно-монтажные работы. «При строительстве БС очень важен проектный подход, — говорят в „Tele2 Казахстан“. — Это когда ты учитываешь все, что прямо отражается на стоимости и себестоимости возведения БС». Кроме того, нужно помнить, что зачастую в селах нет стройматериалов, а значит все нужно везти с собой. Как финальный аккорд — есть согласование СЭС, пожарных служб, составление санитарного паспорта базовой станции. С учетом бюрократических процессов согласование и получение разрешений может длиться месяцами. Не стоит забывать, что иногда БС приходиться переносить (окончание срока договора аренды или просто снос здания), а значит весь процесс нужно проходить заново.

Строительство базовой станции и пусконаладочные работы

За десять лет технологии ушли далеко вперед, что позволяет сегодня намного быстрее возводить БС на местах. В частности, если ранее от БС к сенсорным антеннам тянули громоздкий фидерный кабель, требующий более аккуратной работы при установке, поскольку он очень критичен к геометрии прокладки — изгибы, перекручивания, также нельзя забывать про вес кабеля, что отнимало много сил и времени, то сегодня используется легкий и гибкий оптический кабель, значительно сокращающий и время, и ресурсы. Поэтому сроки строительства (до запуска БС), если все идет хорошо и никаких проблем не возникает, занимают от двух недель до месяца. Непосредственно сам запуск БС осуществляется за 1 день. В частности, производятся тест-драйвы: снимаются уровни и качество сигнала в каждой точке, накладываются на карту. После чего планировщик еще раз все проверяет: не остались ли «дыры вещания», нет ли конфликтов в работе оборудования, и принимает меры к их устранению.

Бывают случаи, когда в процессе строительства ранее построенные базовые станции начинают «конфликтовать» между собой, внося помехи в общую работу сети. Например, процесс хэндовера — передача абонента от одной базовой станции другой — происходит с ошибками или не происходит вообще, из-за чего могут возникать обрывы при разговорах, потеря сигнала сотовой связи. Подобные и другие конфликты как раз и проверяются при запусках новых базовых станций, и если не удается что-либо исправить, то оператор идет на такие крайние меры — снос вновь построенной БС и перенос ее в совершенно другое место.

«Строительство сети — это словно работа на живом организме. Здесь важно учитывать множество факторов, чтобы не допустить ошибку, которая может стать фатальной для всей сети», — подчеркнул Нуркен Халыкберген.

Несмотря на то, что на рынке присутствует несколько операторов сотовой связи, как правило, они друг другу не мешают, поскольку используют широкий диапазон имеющихся у них частот. Стоит отметить, что сегодня Tele2 ведет строительство сети по двум направлениям: это запуск новых регионов и дальнейшее развитие тех регионов, где сеть уже запущена. Что касается второго направления, то здесь надо отметить, что современное оборудование и технические возможности позволяют операторам постоянно наращивать пропускную способность и емкость сети. Это и установка новых базовых станций, увеличение мощности и емкости старых, использование дополнительных частот. По такому принципу сегодня работают все сотовые операторы, представленные на рынке Казахстана, в том числе и оператор Tele2. В частности, Tele2 развивает сеть, производя замену устаревшего оборудования от разных производителей на современное от одного поставщика — Huawei, чье оборудование поддерживает сразу два стандарта — 2G и 3G. При этом, как утверждает Андрей Смелков, председатель правления «Tele2 Казахстан», в следующем году темпы строительства сети будут выше.

То, что сегодня надо строить больше БС, подтверждают данные аналитического агентства ComNews Research. Так, на сегодняшний день проникновение сотовой связи в Казахстане составляет более 120%, при этом растет абонентская база, которая по итогам 2011 года составила 20,4 млн абонентов. Увеличивается и количество минут, приходящихся на одного абонента (MoU), что свидетельствует об изменениях в потребительских предпочтениях, происходит постепенная замена фиксированной телефонии на мобильную. Это положительный тренд для операторов. А значит, надо развиваться и улучшать свои позиции на рынке.