Solutornit koostuvat komponenteista, kuten antenneista, tukiasemalähetin-vastaanottimista, mastoista ja maalaitteista, jotka mahdollistavat tehokkaan solukkoviestinnän hallitsemalla mobiililaitteiden signaaleja. 4G- ja 5G-solutornien ero on siinä, että 5G-teknologia parantaa solutornien nopeutta, kapasiteettia ja latenssia. Kattava testaus varmistaa solutornin optimaalisen suorituskyvyn ja luotettavuuden.
NI auttaa rakentamaan luotettavaa langatonta infrastruktuuria
Tarjoa apua
Maailma on enemmän yhteydessä kuin koskaan, ja tukemiemme verkkojen ylläpitäminen vaatii valtavia resursseja. Solutornit (kutsutaan myös solutorneiksi tai tukiasemiksi) ovat tärkeä osa nykyaikaisia tietoliikennejärjestelmiä. Sen fyysinen rakenne sisältää tarvittavat laitteet tiettyjen "solujen" tai alueradiosignaalien lähettämiseen ja vastaanottamiseen, mistä johtuu sen nimi. Solutornit mahdollistavat langattoman viestinnän mobiililaitteiden ja verkkojen välillä. Sen arkkitehtuuri on tärkeä osa langattoman viestinnän ekosysteemiä, joka auttaa ihmisiä soittamaan, lähettämään tekstiviestejä ja pääsemään Internetiin mobiililaitteistaan, joten se vaatii laajaa testausta.
NI on sitoutunut tarjoamaan joustavia, skaalautuvia ja kustannustehokkaita ratkaisuja monimutkaisten uusien teknologioiden testaamiseen ja täysin auttamaan luotettavan langattoman infrastruktuurin rakentamisessa. Kun langaton teknologia kehittyy nopeasti ja muuttuu yhä monimutkaisemmaksi 6G:n myötä, innovatiiviset ratkaisut voivat auttaa testiinsinöörejä saamaan tietoa verkon suunnittelusta ja testaustekniikoista, joita tarvitaan, jotta solutornit toimivat kunnolla.
Solutornin komponentit
Jos katsot ympärillesi, huomaat varmasti solutorneja, joista osa ei vain erotu. Tukiasemia on erikokoisia tavallisista korkeista torneista pieniin savunilmaisimien kokoisiin laitteisiin. Kaikki riippuu alueen tarvittavasta kattavuudesta ja tiedonsiirtotiheydestä.
Mutta miltä solutornit näyttävät? Solutornit muistuttavat korkeita pystymastoja, ja ne on koristeltu 3-tie- tai 4-tie-antenniryhmillä, mikä antaa niille erottuvan ulkonäön, jonka ansiosta ne on helppo tunnistaa. Mutta kaikki solutornit eivät ole niin näkyviä. Näkymättömät tornit ovat huomaamattomia ja ne voidaan piilottaa ympäristöönsä sulautuen huomaamattomasti olemassa oleviin rakennuksiin, kuten kattoihin tai jopa kirkon torniin. Näissä korotetuissa yksiköissä on lukuisia tärkeitä laitteita, jotka varmistavat sujuvan matkapuhelinyhteyden palvelualueillaan, olivatpa ne selkeästi nähtävissä yhdellä silmäyksellä tai sulautuvat hienovaraisesti ympäristöönsä.
Vaikka solutornit vaihtelevat hieman verkon tarpeiden ja erityisten palvelualueen vaatimusten mukaan, useimmissa niissä on seuraavat komponentit:
Antennit – Antennit ovat kriittisiä mobiililaitteille signaalien lähettämiseen ja vastaanottamiseen tietyllä solutornin peittoalueella. Solutorniantenneja on kahta päätyyppiä:
Paneeliantenni – Tämä on litteä, suorakaiteen muotoinen laite, jota käytetään monenlaisissa sovelluksissa. Ne ovat monipuolisia ja ne voidaan järjestää erilaisiin kokoonpanoihin vaaditun peiton ja kapasiteetin saavuttamiseksi. Litteät antennit voivat käyttää MIMO-tekniikkaa (Multiple Input Multiple Output) lisätäkseen kapasiteettia lähettämällä useita datavirtoja samalla kanavalla.
Sektoriantennit – Sektoriantennit löytyvät tyypillisesti 3 tai 4 ryhmistä solutorneissa ja ne on suunniteltu peittämään tietty suunta tai "sektori". Tämä osiointi laajentaa tehokkaasti yleistä peittoa ja vähentää signaalien välisiä häiriöitä. Sektoriantennit on yleensä järjestetty geometriseen konfiguraatioon 360 asteen ympärisuuntaisen signaalipeiton aikaansaamiseksi.
Base Transceiver Station (BTS) - BTS sisältää radiolähetin-vastaanottimia RF-signaalien vastaanottamiseen ja lähettämiseen. Jokainen näistä lähetin-vastaanottimista tai kanavista tukee tiettyä määrää samanaikaisia puheluita. BTS sisältää myös laitteita, spektrin suodatustyökaluja, dupleksereita ja vahvistimia viestinnän salaamiseen ja salauksen purkamiseen.
Torni tai masto - Tämä korkea fyysinen rakenne mahdollistaa antennin sijoittamisen korkealle, ja se on yleensä valmistettu teräksestä. Painopiste on korkeudessa: mitä korkeampi antenni, sitä laajempi peittoalue. Rakenteen tulee kestää myös ympäristörasituksia, kuten tuulta ja laitteiden painokuormitusta.
Maalaitteet - sisältää kotelot tai suojat, joita käytetään erilaisten apujärjestelmien sijoittamiseen, kuten solutornien tehojärjestelmiin (usein akkuvarmistus parantaa luotettavuutta), LVI-järjestelmät lämpötilan säätöön ja kantataajuus puheludatan vastaanottimen käsittelyyn.
Mikroaaltoantennit – Solutorneissa, joita ei ole yhdistetty tietoliikenneverkkoon fyysisten kaapeleiden kautta (usein sijaitsevat syrjäisillä alueilla), mikroaaltoantenneja voidaan käyttää backhaul-yhteyksiin. Tämä antenni mahdollistaa point-to-point-viestinnän muiden solutornien tai verkkosolmujen kanssa. Ne asennetaan tyypillisesti solutornien sivuille, ja ne sopivat ihanteellisesti kohteisiin, joissa kaapeleita ei voida vetää.
Kaapelointi – Kaikki solutornin komponentit on yhdistetty kaapeloinnilla, jolloin ne voivat kommunikoida keskenään. Kaapeloinnissa käytetään erilaisia kaapeleita, kuten koaksiaalikaapeleita, aaltoputkia mikroaaltosiirtoon ja valokuitukaapeleita. RF-kaapelit BTS:stä antenniin ja verkkokaapelit tiedonsiirtoon.
Edellä mainittujen solukkotornikomponenttien saumaton synergia muodostaa langattoman tietoliikenneverkon rungon perustan.
Miten solutornit toimivat?
Solutornit toimivat välittäjinä mobiililaitteiden ja tietoliikenneverkkojen välillä. Maallikon termein solutorni toimii vastaanottamalla signaalin mobiililaitteesta, muuntamalla sen digitaaliseen muotoon ja lähettämällä sitten signaalin määränpäähän (kuten toiseen matkapuhelimeen tai Internetiin). Saapuvien puhelujen tai datan prosessi on päinvastainen. Prosessi saattaa vaikuttaa yksinkertaiselta, mutta se sisältää monia vaiheita ja laitteita. Tästä lisää alla.
Viestintäprosessi alkaa, kun mobiililaite, kuten matkapuhelin, lähettää signaalin. Tämä signaali on sähkömagneettinen aalto (erityisesti RF-aalto), joka on olennaisesti moduloitu versio käyttäjän äänestä tai datasta. Signaali vastaanotetaan mastoon asennetulla antennilla. Nämä antennit voivat käyttää MIMO-tekniikkaa useiden tietovirtojen lähettämiseen samalla kanavalla kapasiteetin lisäämiseksi.
Kun antenni on vastaanottanut signaalin, se kulkee sarjan suurtaajuisia koaksiaalikaapeleita tai aaltojohtoja pitkin solutornin juurella sijaitsevaan BTS:ään. BTS muuntaa RF-signaalit digitaaliseen muotoon, jota verkko voi käsitellä. Käsitelty signaali lähetetään matkapuhelinkeskukseen (MSC) backhaul-yhteyden kautta. Sijainnista ja infrastruktuurista riippuen yhteys voi olla fyysinen (esim. valokuitukaapelit kaupunki- tai esikaupunkialueille) tai langaton (esim. mikroaaltouunilinkit syrjäisille alueille).
MSC on solukkoverkon hermokeskus, ja sitä käytetään reitittämään puhelut tai tiedot oikeaan kohteeseen, joka voi olla toinen mobiililaite tai palvelin Internetissä. Saapuvien puhelujen tai datan prosessi on päinvastainen. MSC lähettää signaalin BTS:lle, joka sitten muuntaa sen takaisin RF-signaaliksi. Tämän RF-signaalin lähettää sitten solutornin antenni tarkoitettuun mobiililaitteeseen.
Kuinka hyvä on solutornin signaalien peitto?
Matkapuhelintornit voivat lähettää signaaleja matkapuhelimiin, jotka sijaitsevat maaseutualueilla jopa 20 mailin päässä. Tiheissä kaupungeissa, joissa on enemmän fyysisiä esteitä, kuten rakennuksia, kattavuus voidaan vähentää 1 tai 2 mailiin. Matkapuhelintornit voivat käsitellä tuhansia puhelin- tai nettiyhteyksiä samanaikaisesti.
On useita tekijöitä, jotka voivat vaikuttaa merkittävästi solutornin peittoalueeseen (teknisesti kutsutaan solun säteeksi). Korkeataajuiset signaalit, kuten 5G-verkoissa yleisesti käytetyt signaalit, kulkevat lyhyempiä matkoja, mutta niillä on suurempi kapasiteetti, kun taas 4G LTE:n matalataajuiset signaalit, joita käytetään tyypillisesti maaseudulla, kulkevat pidempiä matkoja, mutta kuljettavat vähemmän dataa. Myös antennin korkeus ja tyyppi vaikuttavat peittoon. Mitä korkeampi antenni on, sitä helpompi on välttää esteitä ja peittää siten suuremman alueen. Antennityypit, kuten sektoriantennit, tarjoavat kohdepeiton tiettyyn suuntaan, kun taas litteät antennit tarjoavat laajemman peiton. Kehittyneiden MIMO-asetusten säteenmuodostustekniikkaa voidaan käyttää myös signaalien kohdentamiseen tiettyihin käyttäjiin peiton laajentamiseksi ja signaalin laadun parantamiseksi.
Nykyaikaiset solutornit käyttävät kehittynyttä tekniikkaa, jotta ne voivat käsitellä samanaikaisia puheluita tai dataistuntoja mahdollisimman paljon, jotta ne voivat käsitellä tuhansia pyyntöjä samanaikaisesti. MIMO tukee useiden tietovirtojen lähettämistä ja vastaanottamista samanaikaisesti, mikä laajentaa tehokkaasti kapasiteettia ilman lisäkaistanleveyttä. Kehittyneet spektritehokkuustekniikat, kuten Quadrature Amplitude Modulation (QAM) voivat myös lisätä kaistanleveyskapasiteettia hertsiä kohti. Kapasiteettia voidaan myös vaihdella tiettyjen teknologioiden avulla. Esimerkiksi mmWave-tekniikka voi tukea suurempia kaistanleveyksiä, mikä lisää merkittävästi kapasiteettia. Lisäksi kapasiteettiin vaikuttaa myös solukkokäyttöön varattu taajuusalue tietyllä alueella (tunnetaan myös käytettävissä olevan spektrin määränä).
Näkökenttä langattomassa viestinnässä
Langattomassa viestinnässä näkölinjalla tarkoitetaan radioaaltojen esteetöntä siirtotietä lähetysantennista (kuten solutornista) vastaanottoantenniin (kuten älypuhelimeen).
Optimaalisen signaalin voimakkuuden ja laadun saavuttamiseksi lähettimen ja vastaanottimen välillä on oltava selkeä näköyhteys. Esteet, kuten rakennukset, puut, kukkulat ja jopa ilmakehän olosuhteet voivat vaimentaa tai heikentää signaalia, ja monitie-eteneminen (jossa signaali pomppii pinnoilta ja saavuttaa vastaanottimen eri aikoina) voi myös häiritä signaalia ja heikentää suorituskykyä.
Näkyvyys on erityisen tärkeä korkeammilla taajuuskaistoilla, kuten 5G-verkoissa, koska niiden aallonpituudet ovat lyhyempiä ja esteet absorboivat tai heijastavat helpommin. Siksi solutornit rakennetaan usein korkealle näköyhteyteen liittyvistä syistä, ja radiosignaalien keskittämiseen vastaanottimiin käytetään tekniikoita, kuten säteenmuodostusta.
