Скандинавский дом

"Мобильные системы", 2006

Н.Ф. Касаткин, компания Raycom Wireless

Развертывание сетей сотовой связи в метрополитене, как показывает практика, — дело достаточно сложное и дорогостоящее. По экспертным оценкам, установка одной базовой станции в метро обходится оператору в 2-3 раза дороже наземной.

Технические проблемы, возникающие при покрытии станций метрополитена, обусловлены достаточно сложной архитектурой подземных станций с их разноуровневыми переходами и эскалаторами. Не менее сложной проблемой является обеспечение клиентов непрерывной связью при движении поездов в достаточно протяженных и не всегда прямых тоннелях.На сегодня наметились два основных подхода к организации покрытия в метро. Согласно первому, на каждой станции устанавливается компактная базовая станция, обеспечивающая с помощью антенн необходимый уровень радиосигнала. Второй подход предполагает использование под землей ретрансляторов. При этом базовая станция располагается на поверхности, а в самом метро устанавливаются оптические ретрансляторы, соединяемые между собой и с базовой станцией волоконно-оптическим кабелем.

Конструктивно волоконно-оптический ретранслятор состоит из обычного радиочастотного ретранслятора и конвертера радиосигналов в оптические сигналы. На плате конвертера установлены волоконно-оптический передатчик, приемник, источник питания, и при необходимости могут быть добавлены модули оптического сплиттера и WDM.

Теоретически возможной является такая схема организации покрытия в метро, когда все ретрансляторы подключаются к одной базовой станции. Но на практике в целях резервирования используется как минимум две базовые станции.

Типичным примером организации покрытия по такой схеме является система, развернутая в метрополитене Сант-Яго (Чили) для оператора Entel PCS (рис. 1). Система обеспечивает покрытие на всех 24 станциях метро и вдоль тоннелей общей протяженностью 18 км. Все ретрансляторы соединены между собой и с базовыми станциями общим волоконно-оптическим кабелем. Сигналы от базовой станции передаются к оптическим ретрансляторам через специальный блок управления BMU по оптоволокну, преобразуются ретрансляторами в радиосигналы и излучаются направленными антеннами, обеспечивающими покрытие нужной формы. Автономное подключение каждого ретранслятора к базовой станции по собственному фидеру в сочетании с резервным питанием от аккумулятора позволяет достичь максимально возможной надежности работы системы.

Использование в качестве транспортной среды волоконно-оптических кабелей продиктовано их лучшими по сравнению с коаксиальными кабелями электрическими параметрами, в частности меньшим затуханием, что принципиально важно при значительных длинах тоннелей. Кроме того, волоконно-оптические кабели позволяют легко менять топологию системы, при этом не требуется дополнительного согласования мощности излучения передатчиков, чувствительности приемников и коэффициентов изоляции антенн.

Управление всей распределенной антенной системой обеспечивается с помощью системы OMS компании LGP Allgon, предназначенной для оптимального динамического распределения емкости сети между станциями метро в зависимости от нагрузки. Система OMS дает возможность виртуального управления значительным числом ретрансляторов с мониторингом их работы и статистическим анализом трафика.

В метрополитене, имеющем значительное количество станций, могут применяться более сложные топологии, когда компактные базовые станции устанавливаются на пересадочных станциях (например, на станциях Кольцевой линии), а на соседних станциях — ретрансляторы. В
результате также образуется распределенная антенная система с динамическим перераспределением трафика между базовой станцией и ретрансляторами в зависимости от его объема на той или иной станции. По такому принципу, в частности, реализованы сети российских операторов в московском метро.

Покрытие тоннелей обеспечивается двумя способами. Наиболее простой применяется в коротких и прямых перегонах — это установка с двух сторон тоннеля узконаправленных антенн типа Yagi с высоким коэффициентом усиления. При наличии длинных прямых тоннелей используется вариант вынесенного в его середину ретранслятора с двунаправленными антеннами, имеющими высокий коэффициент усиления. В очень длинном извилистом тоннеле используются несколько ретрансляторов, а при слабом уровне сигнала — малошумящие усилители, т.е. фактически организуется распределенная антенная система.

Более эффективным способом организации покрытия в тоннелях является использование излучающих кабелей (ИК), фактически также выполняющих роль распределенной антенной системы, только излучающим элементом здесь являются щели, прорезанные в определенном порядке в экранирующей оболочке кабеля и обеспечивающие непрерывное излучение по всей длине кабеля вне зависимости от кривизны тоннеля.

К сожалению, излучающий кабель, несмотря на его преимущества, еще достаточно дорогостоящее и сложное для монтажа решение. В Москве такой кабель установила, пока только в порядке эксперимента, компания "МТС" (в тоннеле между станциями "Марксистская" и "Третьяковская"). При снижении цен поставщиками на излучающие кабели эта технология без сомнения перейдет в разряд перспективных.

ОБЩАЯ ИНФРАСТРУКТУРА — МЕНЬШИЕ ЗАТРАТЫ, ЛУЧШЕЕ КАЧЕСТВО СВЯЗИ

Экономическая сторона проблемы организации сотовой связи в метро, как уже было сказано выше, является очень актуальной для всех операторов. В перспективе очевидно, что ведущие российские операторы будут стремиться к полному покрытию метрополитена во всех российских городах. При этом у них возникают как чисто технические проблемы размещения конкурирующих распределенных антенных систем в достаточно узком пространстве, так и проблемы взаимных интерференционных помех, что не может не сказываться на качестве связи. Но самой главной проблемой является организационная. На практике получается, что три федеральных российских оператора (в перспективе четыре), организуя собственное покрытие в метро, фактически параллельно развертывают под землей три чрезвычайно дорогие системы. Возникает естественный вопрос: можно ли упростить и удешевить этот процесс, используя общую кабельную инфраструктуру? Оказывается, можно. Во многих городах мира активно применяются технологии, позволяющие существенно сократить инвестиции за счет использования общей сетевой инфраструктуры.

Рис.1. Схема организации покрытия в метро Сант-Яго (Чили):
1 — система управления парком ретрансляторов OMS; 2 — блок управления BMU, устанавливаемый на базовой станции; 3 — базовая станция; 4 — коаксиальный кабель, волоконно-оптический кабель, антенны

МИРОВОЙ ОПЫТ ОРГАНИЗАЦИИ ПОКРЫТИЯ В МЕТРО ДЛЯ НЕСКОЛЬКИХ ОПЕРАТОРОВ

В брюссельском метро, насчитывающем 64 станции, в 1999 г. впервые в мире было организовано покрытие в стандартах GSM-900/1800 с использованием двухдиапазонных антенн с круговой диаграммой направленности и высоким коэффициентом усиления, достаточным для покрытия станций и тоннелей. При этом вся сетевая инфраструктура была изначально ориентирована на использование ее всеми сотовыми
операторами бельгийской столицы.

В чикагском метро компания LGP Allgon организовала мультиоператорное и мультистандартное покрытие на базе распределенной антенной системы, имеющей общий волоконно-оптический кабель. При этом для сокращения длины волоконно-оптических кабелей использовалась технология волнового мультиплексирования WDM (Wavelength Division Multiplexing), позволяющая работать одновременно нескольким ретрансляторам на один волоконно-оптический фидер.

В Стокгольме покрытие для трех шведских операторов сотовой связи на пятикилометровом участке трассы между Стокгольмом и международным аэропортом "Арланда", проходящем в тоннелях, организовано с помощью мультиоператорной системы OMS компании LGP Allgon (рис. 2). Из схемы видно, что базовая станция системы образована тремя базовыми станциями трех шведских операторов, работающими на один общий блок управления BMU. Радиосигналы от базовых станций конвертируются в оптические сигналы и передаются к ретрансляторам, установленным вдоль тоннелей на удалении примерно 1,1 км друг от друга. Оптические сигналы преобразуются ретрансляторами в радиосигналы, излучаемые антеннами, установленными в вестибюлях станций и на платформах, и излучающими кабелями, проложенными в тоннелях. Наличие у оператора на каждой станции собственного ретранслятора позволяет ему сохранять полный контроль за работой своего фрагмента сети. Еще одним преимуществом используемых канальных ретрансляторов является возможность добавления новых каналов GSM-900, а также новых частотных диапазонов для GSM-1800 и UMTS. Дополнительные базовые станции также легко добавляются в сеть.

 Рис. 3. Схема организации покрытия в метро для трех шведских операторов сотовой связи:
1 — волоконно-оптический кабель, коаксиальный кабель, излучающий кабель; 2 — волоконно-оптические ретрансляторы; 3 — радиочастотные ретрансляторы; 4 — система управления OMS (операторы сотовой связи, подключенные к ней, управляют каждый своим парком ретрансляторов); 5 — базовые станции; 6 — блок управления BMU, располагаемый на базовой станции.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Как видно из приведенного выше краткого обзора, основная проблема существенного удешевления стоимости сетевой инфраструктуры при организации покрытия в метро для нескольких операторов существует только в организационном плане. Операторам трудно договориться друг с другом о размерах инвестиций, тем более с учетом уже сделанных вложений, а также о техническом сопровождении становленного оборудования. Вместе с тем выгоды, получаемые от использования общего оборудования, весьма ощутимы. Приведем их:

• возможность уменьшения общей стоимости развертывания системы для нескольких операторов за счет использования общей волоконно-оптической
• транспортной системы;
• эффективная система проектирования, позволяющая операторам использовать при развертывании подземных сетей только два фидера: один для канала
• "вверх", а другой для канала "вниз";
• возможность динамического изменения емкости и конфигурации каждой станции в зависимости от нагрузки (например, на станции метро около стадиона);
• наличие одной централизованной базовой станции упрощает обслуживание системы и повышает ее эффективность.

Думается, что конкурентные барьеры не являются столь непреодолимыми и операторы смогут пойти в вопросах строительства подземных сотовых сетей на взаимовыгодное сотрудничество, подобно тому, как это происходит, например, при совместном использовании наземных базовых станций.