Пользователь
43,2
рейтинг
24 декабря 2014 в 10:48

Разработка → Новая технология построения сотовых сетей перевод



Как вы знаете, время от времени мы делаем для вас переводы интересных публикаций, посвящённых новинкам и / или различным дискуссионным вопросам в телеком-индустрии. В этот раз предлагаем вашему вниманию перевод статьи о перспективной технологии, способной существенно увеличить скорость беспроводного интернета в существующих сетях сотовой связи.

В середине февраля этого года американский стартап Artemis Networks объявил о своих планах по коммерциализации собственной технологии pCell. В её основе лежит новая схема беспроводной связи, которая должна избавить нас от перегруженности сотовых сетей и обеспечить более быструю и надёжную передачу данных. И что самое интересное, якобы для этого даже не придётся менять наши смартфоны, pCell работает на существующих 4G-устройствах.

Если будет доказана возможность масштабирования этой технологии, то pCell может радикально изменить работу сетей беспроводной связи, заменив существующие сегодня сотовые сети на новые, построенные по совершенно другому принципу. В них комбинируется сигнал от множества распределённых антенн, что позволяет создать вокруг каждого абонентского устройства своеобразный кокон устойчивой связи. В таком коконе будет доступна вся ширина спектра этой сети.

Технология pCell была впервые представлена в 2011 году под названием DIDO (distributed input, distributed output). На тот момент идея выглядела как чистой воды фантастика. И несомненно, что Artemis придётся аргументированно ответить на многочисленную критику и сомнения, прежде чем крупные операторы решат уделить им внимание. Но есть несколько причин, почему их технология действительно может быть реализована.

Во-первых, это элегантное решение общей проблемы ежегодного удвоения трафика, которую операторы решают, как могут. По мнению CEO Artemis Стива Перлмана, нехватка ширины спектра ограничивает возможности операторов по внедрению инноваций. Причина вовсе не в нехватке идей, за последние годы были предложены самые разные варианты решения проблемы роста трафика. Например, маленькие соты, координация помех (interference coordination), а также использование миллиметрового диапазона, о чём мы уже писали (часть 1, часть 2). Но Перлман считает, что все эти меры являются костылями для морально устаревшей схемы сотовой связи. Он утверждает, что основная проблема заключается в самом принципе деления сети на соты.

Главная проблема сот — интерференция сигналов. Базовые станции и абонентские устройства должны точно координировать мощность и спектр передач, чтобы не вносить помехи в сигналы друг друга. Это деление доступной полосы спектра между пользователями было заложено в технологию сотовой связи ещё в 1980-х. И в результате пропускная способность каждой сессии снижается очень сильно, если к базовой станции подключено много абонентов.

В Artemis решили отказаться от этого динамического деления диапазона, вместо этого каждое абонентское устройство может использовать всю доступную полосу сети вне зависимости от количества других пользователей в округе. Словно ваш смартфон постоянно подключён к своей персональной базовой станции. Отсюда и название pCell — personal cell, личная сота.

Как же именно работает данная технология? Для развёртывания подобной сети оператору необходимо создать облачный центр обработки данных, который возьмёт на себя всю основную нагрузку тяжёлых вычислений для системы. Затем необходимо установить антенны в местах скопления абонентов: в жилых и офисных зданиях, торговых центрах, на улицах. Хоть антенные модули (размером с коробку из-под шляпы) и выглядят как маленькие соты, но ими не являются. Это не базовые станции, а довольно простые устройства, служащие для перенаправления и расшифровки сигналов. Каждый модуль, соединённый с ЦОД, может быть установлен где угодно.



Теперь предположим, что ваш смартфон пытается установить связь с сетью pCell. Для этого отправляется традиционный запрос, который принимается всеми антеннами поблизости (скажем, 10), которые сообщают об этом в ЦОД. Допустим, вы просматриваете на смартфоне ролик с YouTube. ЦОД запрашивает его с серверов Google, а потом видео транслируется на ваше устройство через 10 антенн, принявших ваш запрос на подключение. При этом ни одна из них не будет транслировать поток целиком или даже его часть. Вместо этого ЦОД использует расположение антенн относительно абонентского устройства и параметры канала, такие как многолучевое распространение и затухание, для формирования 10 уникальных волновых сигналов, излучаемых этими антеннами. Будучи бессмысленными сами по себе, вместе эти 10 волн формируют нужный сигнал. Фактически речь идёт об извлечении пользы из интерференции излучений от каждой антенны.

Пока вы перемещаетесь в пространстве, пока другие устройства отключаются от сети, ЦОД постоянно пересчитывает параметры волн для каждой антенны, чтобы все абонентские устройства получали корректные результирующие сигналы. Никакой конкуренции за ресурсы базовой станции, можно в буквальном смысле покрыть весь город во всей доступной полосе спектра.

На руку pCell играет совместимость с существующими 4G-устройствами. Это делается с помощью программного эмулирования LTE-станций, и ЦОД может с помощью таких виртуальных базовых станций устанавливать подключение с ничего не подозревающими смартфонами и планшетами. При этом каждый гаджет будет считать, что в данный момент он единственный подключён к БС. То же самое можно сделать в сетях 3G и Wi-Fi.

Возьмут ли операторы pCell на вооружение? Вряд ли кто-то из них в скором времени захочет отказаться от созданных LTE-сетей, даже если технология от Artemis действительно окажется такой чудодейственной. Но совместимость с LTE является козырем pCell. Например, операторы могут развернуть антенны в местах, где базовые станции перегружены чаще всего: в аэропортах, на стадионах, в центрах городов. То есть туда, где уже инвестированы средства в инфраструктуру. А пользователи смогут без проблем переключаться между сетями без необходимости покупать новые смартфоны.

В Artemis хотят лицензировать свою технологию для использования сотовыми операторами и интернет-провайдерами. Также начинаются масштабные полевые испытания в Сан-Франциско, а коммерческой готовности технология, возможно, достигнет к концу этого года.



Конечно, данную технологию нельзя назвать претендентом на звание 5G. Речь идёт о другой архитектуре — самооптимизирующейся сотовой сети. Нас традиционно интересует мнение специалистов из телекоммуникационной индустрии: как вы считаете, каковы перспективы интеграции описанной технологии в существующие LTE-сети без серьёзных дополнительных инвестиций? Как вы оцениваете целесообразность подобного решения?
Перевод: Ariel Bleicher
Yota @Yota4All
карма
20,0
рейтинг 43,2
Реклама помогает поддерживать и развивать наши сервисы

Подробнее
Спецпроект

Самое читаемое Разработка

Комментарии (13)

  • +1
    А не получится так, что стоимость БС просто перейдет в стоимость мощностей ЦОД?
  • –2
    Любопытно как влияет на расход зарядки батареи, не хотелось бы войти в какое здание на 15 минут и выйти с разряженным телефоном. Плюс странно немного будет, что дома я заряжаю устройство за свой счет, а тратят другие, мелочи конечно, но все равно звучит сомнительно, даже учитывая что и я буду пользоваться чужими устройствами.
    • 0
      Так ведь другие не причем. Никто ваш смартфон использовать не будет кроме вас. Используется массив антенн (каждый раз новый массив при передвижении) и уже существующие технологии многолучевого распространения и затухания.
      Во всяком случае нисходящий канал понятен, а вот что с восходящим — не очень… или это не столь важно и компенсируется большим количеством операторских антенн?
      • –2
        Грубо говоря не будет ли такого: 10 часов жизни батарейки за городом, против 8-9 часов, когда я нахожусь в центре города и устройство постоянно попадает в массивы подключений. Я просто немного не понял механизма передачи данных. Мое устройство полностью работает как прокси-сервер для каких-то частей данных или просто отражатель (как зеркало) или что-то подобное не расходуя допольнительно ресурсы? Простите, далек от подобного и интересуюсь как бы задал вопрос простой пользователь смартфона.
        • +1
          Вообще никакой для Вас разницы. Ваш телефон вообще не учавствует между обменом информацией с другими телефонами. Вчитайтесь внимательно «Эмуляция LTE где телефон будет думать что он один подключен к бс».
    • +1
      Чёт я не понял. Для абонентского устройства ж поидее ничего не меняется.
      • 0
        Конечно поменяется, иначе в чём смысл? Для абонентского устройства сигнал станет существенно лучше, так что расход аккумулятора даже уменьшится.
  • +6
    ЦОДы просто замучаются считать. Мало того что нужно определенные мощности на обработку трафика, так еще на пару порядков больше, чтобы рассчитать всю эту кухню. Абоненты движутся. Появляются, пропадают. К тому же интерференция — это такая штука интересная. Какой-нибудь работник ЖЕКа поставил мусорный бак у стеночки или приехал автомобиль и все… Интерференционная картина изменилась. Положение максимума сдвинулось или на его месте вообще минимум появился. Я думаю в лабораторных условиях с шестью с половиной абонентами в одной комнате это еще как-то будет работать, но в боевых условиях как-то не верится, если честно.
    • +1
      Поддерживаю. И как интересно будет это работать для толпы людей в тысячу человек, на митинге например? И у каждого смарт. ИМХО не получится рассчитать интерференцию для каждого чела. Кажется мне, что это просто красивая, но нерабочая в боевых условиях техноглогия
  • –1
    По описанию мне показалось, что это некий p2p, только для радиосигнала. соответственно, сажать батарейку всех «сидов» таки должен.
    • 0
      Будь на «раздаче» и пользуйся интернетом бесплатно ;) отличная идея, по картинке тоже об этом подумал
  • +1
    Чем отличается сказанное в статье от комплекса уже существующих мер?
    MIMO;
    Carrier Aggregation;
    Centralised RAN+RRH (Remote Radio Head);
    SON (Self Optimising Networks).
    Какой-то маркетинг без фактов

    Коллеги, что я еще забыл? Отличие в количестве компонентов MIMO?

    Ну и с организационной точки зрения спорное решение. Лицензированное решение принадлежащее одной компании. Пока это не заработает нормально, и не пройдет все инстанции 3gpp, то применимость крайне сомнительна…

    Сходил на сайт:
    «pCell technology will be ready for deployment in late 2014» и все, никаких деталей кроме маркетингового видео.

    Мяса нет, например на какие-нибудь измеримые показателя посмотреть бы, спектральную эффективность оценить…
  • 0
    вместо этого каждое абонентское устройство может использовать всю доступную полосу сети вне зависимости от количества других пользователей в округе

    видео транслируется на ваше устройство через 10 антенн, принявших ваш запрос на подключение

    расположение антенн относительно абонентского устройства и параметры канала, такие как многолучевое распространение и затухание, для формирования 10 уникальных волновых сигналов, излучаемых этими антеннами

    вместе эти 10 волн формируют нужный сигнал

    ЦОД постоянно пересчитывает параметры волн для каждой антенны, чтобы все абонентские устройства получали корректные результирующие сигналы

    Таким образом, ЦОД должен таким образом высчитывать сигнал, чтобы результирующие сигналы зоны действия некоего множества X антенн, в которой находится абонент (А1), а также результирующие сигналы некоего множества Y антенн, которое содержит выборку из множества X (а оно излучает широкополосный сигнал для А1), в зоне действия которых находится другой абонент (А2) должны нести совершенно разную полезную информацию для А1 и А2. При этом должно с достаточно высокой точностью определяться местоположение абонента (относительно некоторого множества антенн), а также учитываться все возможные отражатели сигнала. Если сразу два устройства, расположить рядом, то для них результирующий сигнал со всех этих антенн будет приблизительно одинаков, то как мы сможем получить разную информацию на два устройства? А если устройств сотни, тысячи?

    Если в данном случае использовать OFDMA, то мобильная станция (МС) должна принимать сразу все составляющие сигналы на всех поднесущих целого спектра OFDM (в LTE ширина спектра может достигать 20 МГц, определено в стандартах 3GPP) сигнала и уметь вычленять только нужные ему, чем в существующих структурах сети занимается базовая станция (БС) сети. Такая же ситуация с TDMA, CDMA, когда МС ищет и принимает сигнал только тот, который предназначен именно ей, а тут необходимо принимать весь сигнал, на всей ширине его спектра, если верить описанию технологии.
    При приёме сигнала на всей ширине спектра диапазона множества поднесущих, причём в один момент времени (параллельно), обязательно вырастет энергопотребление, ведь одним из важных факторов использования в uplink не OFDM, а SC-FDM является энергоёмкость МС! Кроме того, антенны на МС для этого совершенно не предназначены. Поскольку привязка идёт к LTE, то напишу про OFDMA: если принимать не весь спектр, то ЦОД должна иметь возможность высчитать данные описанные в предыдущем абзаце, только ещё выделить отдельные поднесущие, которые предназначены каждому конкретному абоненту, а также учесть все искажения каждой отдельной составляющей OFDM сигнала. При этом все OFDM сигналы интерферируют друг с другом.

    Как-то всё очень и очень сложно получается.

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.