Z czego składa się stacja bazowa? To nie tylko wieża! Ze stacjami bazowymi jest tak, że gdy o nich mówimy często nie mamy na myśli tego, czym jest ona naprawdę. Wprowadza to sporo zamieszania, więc czas najwyższy temu tematowi się przyjrzeć. Dla większości z nas stacja bazowa to ten maszt z białymi prostokątami, który stoi gdzieś w okolicy.
Czy to prawda? Niezupełnie.
Stacja bazowa czy to maszt?
Maszt (lub inna konstrukcja spełniająca jego funkcję) jest ważnym, ale nadal tylko jednym z wielu elementów stacji bazowej. To nie dzięki niemu macie zasięg, to nie ta metalowa konstrukcja kontaktuje się z Waszymi smartfonami. Maszt nie zawsze należy do jednego operatora, czasem na jednym wisi sprzęt należący nawet do kilku z nich. Czasem rolę masztu pełni wieża, komin, czy też metalowy stelaż na dachu budynku. Jest to w sumie bez znaczenia, kluczowe jest by konstrukcja była stabilna i miała odpowiednią wysokość. To ma znaczenie dla jej zasięgu. W języku slangowym namówimy na niego „choinka”.
Jeżeli nie maszt to co?
Właściwa stacja bazowa składa się z kilku elementów. Wszystkie z nich, nie licząc anten nazywane są infrastrukturą aktywną, to znaczy taką, którą należy zasilać. Maszt i właśnie anteny zaliczane są do infrastruktury pasywnej, czyli takiej, która zasilania nie potrzebuje. To jak antena działa bez zasilania – zapytacie. O tym opowiem nieco niżej, a teraz wracamy do tego co wisi na maszcie i stoi obok niego. Można tu wyróżnić sześć głównych elementów. Idąc od dołu jest to: moduły sterujące (ang. Baseband Units, w skrócie BBU), moduły radiowe – (ang.: Remote Radio Units w skrócie RRU), Feedery lub Jumpery (tutaj tłumaczenia nie ma), wzmacniacze sygnału (ang. Tower Mounted Amplifiers, w skrócie TMA), urządzenia radiolinii oraz anteny sektorowe (Sectoral antennas). Nie zawsze znajdziecie wszystkie, czasem niektórych elementów będzie mniej lub więcej.
Stacja bazowa – co znajdziecie najniżej
Pierwszym elementem stacji bazowej… są moduły sterujące. To komputery, których zadaniem jest dekodowanie sygnału, który dociera z sieci dystrybucyjnej i wysyłanie go w świat, dzielenie fragmentów częstotliwości pomiędzy poszczególne urządzenia, czy też zarządzanie komunikacją z nimi.
Gdy już sygnał zostanie odpowiednio przetworzony jest wysłany, światłowodami do modułów radiowych, czyli RRU. To urządzenia łączące funkcje radionadajnika i radioodbiornika. Ich zadaniem jest przełożenie sygnału przychodzącego z BBU na język, którym smartfony komunikują się ze stacją bazową. Tak, dzieje się to tutaj, a nie w antenie. Dlatego właśnie nie musi być ona zasilana z dodatkowego źródła energii. Antena wyłącznie emituje sygnał radiowy generowany w module radiowym. To właśnie ten sygnał radiowy wzbudza prąd w antenach Waszych smartfonów. Anteny i moduły radiowe są połączone dwoma rodzajami przewodów – grubych i pokrytych czarną otuliną feederów i jumperów. Nie są to zwykłe przewody, lecz falowody. Pierwsze słyszycie, prawda? Otóż falowody to zgodnie z najprostszą definicją kanał służący do rozchodzenia się fal. Najprostszym przykładem falowodu, służącym do rozprzestrzeniania się fal mechanicznych, jest miedziana rurka spinająca dwa kaloryfery, w które za młodu część z nas tłukła kijem, by porozumieć się z kolegą, który mieszkał trzy piętra wyżej w bloku. Oczywiście, w przypadku fal elektromagnetycznych, a dokładnie fal radiowych metalowa rurka to nieco za mało. Dlatego w stacjach bazowych stosuje się grube miedziane przewody. Co ciekawe źródło prądu znajduje się tam tylko z jednej strony – od RRU, czyli modułu radiowego. A czym się różni feeder od jumpera? Jumper jest krótszy i łączy moduł radiowy i antenę, jeżeli są blisko siebie. Feedery stosowane są, gdy odległości między nimi są dłuższe. Generalnie jednak nie mogą być zbyt długie, bo im dłuższy falowód tym większe tłumienie. Co ciekawe, w sieciach 5G mamy zintegrowaną antenę aktywną, która łączy w sobie moduł radiowy z właściwą anteną. Takie 2 w 1.
Co znajduje się na górze „choinki”?
Oczywiście bombki, czyli – anteny sektorowe. A także dodatkowo moduły radiolinii i wzmacniacze. Najbardziej widoczne są anteny sektorowe – duże prostokąty (z bliska prostopadłościany). Anteny, które stosujemy na stacjach bazowych to anteny kierunkowe – pole jest najsilniejsze przed anteną, a nie pod czy nad nią.
Działają one bardziej jak reflektor samochodu, który oświetla konkretny punkt, niż jak odkryta żarówka, której światło biegnie w każdym kierunku. Jednak co to były za reflektor, którym nie można sterować? Zdalnie możemy przeprowadzić tak zwane „tiltowanie”, czyli delikatnym pochylaniu anteny lub podnoszeniu jej do góry, by w pewnym zakresie sterować tym gdzie leci wiązka główna z anteny. Anteny sektorowe jak można wywnioskować mają coś wspólnego z sektorami stacji bazowej. Stacje mogą mieć ich jeden lub więcej, najczęściej trzy. Stacje jednosektorowe są rzadkością, dwusektorowe są spotykane przy drogach lub torach kolejowych, gdy zasięg trzeba zapewnić wzdłuż pewnej linii, a nie na określonym terenie. Stacji trzysektorowych jest większość, czterosektorowe to z kolei mniejszość, w sytuacjach, gdzie warunki radiowe pozwalają i potrzebna jest jakaś niezwykła pojemność sieci. Przy antenach sektorowych można znaleźć także wzmacniacze sygnału, czyli TMA. Ich zadaniem rekompensować potencjalne straty długiego falowodu.
Co łączy stacje bazowe i lekcję fizyki w liceum?
Smartfon jest w Waszym ręku, stacja bazowa gdzieś tam hen na słupie. Nie widać miedzy nimi żadnej wiązki kabli, linii energii, nic, a mimo to się komunikują. Magia? Nie, fizyka. Antena stacji emituję falę elektromagnetyczną, która wzbudza prąd w antenie Waszego smartfonu. Zrobiłem kiedyś o tym wideo.
Nadal skomplikowane?
Pamiętacie eksperyment na lekcjach fizyki, gdy przesuwanie magnesu wewnątrz obwodu elektrycznego pobudzało prąd do płynięcia? W przypadku stacji bazowej działa to podobnie. Skąd smartfon wie, które pole elektromagnetyczne przetwarzać na sygnał, a które ignorować? Jest zaprogramowany na korzystanie z konkretnych częstotliwości i to właśnie na nich sygnał odbiera. Bardziej szczegółowe informacje przekazuje mu stacja bazowa. Jeżeli chcecie wiedzieć więcej zajrzyjcie do tekstu „Wyciskamy” sieć mobilną – część 2.”
Anteny odbierają także wytworzone w ten sam sposób sygnały płynące z Waszych smartfonów. Co ważne – „sygnał” między stacją bazową, a Waszym smartfonem nie zawsze biegnie w linii prostej. Często odbija się od różnych obiektów, nakłada, jest tłumiony przez ściany czy inne obiekty. Jeżeli chcecie dowiedzieć się więcej o tym jaki działa pole elektromagnetyczne zajrzyjcie do Białej Księgi „Pole elektromagnetyczne a człowiek„.
Radiolinia – do czego to służy?
Na stacji bazowej można także znaleźć radiolinie. Możecie je porównać do silnych reflektorów, które jednak wypuczają fotony o niższej mocy niż lampy świecące światłem widzialnym. I tu uprzedzam Wasze pytanie : tak, pole elektromagnetyczne radiolinii (i stacji bazowej zresztą też) i światło widzialne tworzą fotony, które jednak w przypadku stacji mają niższą energię i częstotliwość, niż w przypadku światła widzialnego. Światło to też pole elektromagnetyczne, lecz jego fotony niosą na tyle dużą energię, że potrafią pobudzić słupki i pręciki w naszych oczach. Radiolinia łączy dwa punkty oddalone od siebie, pozwalając stacji na komunikację z pozostałą częścią sieci mobilnej. Mają różną przepustowość, zbliżoną jednak do tej, jaką oferują światłowody, którymi standardowo podłączamy stacje bazowe w naszej sieci. Tak jak obiecywałem – to, że nie ma nowych filmów o sieci, nie znaczy, że przestaliśmy przybliżać Wam jak działa nasza sieć. Planuję powrót do pisania tekstów. Przez czas, gdy skupiałem się na wideo pojawiło się kilka ciekawych tematów, których w obiektywnie kamery nie dało się pokazać, a które mogą Was zaciekawić. Zakładam, że skoro pojawił się temat stacji bazowych, za moment pojawi się temat zasięgu i ich budowy. Na pytania z tym związane odpowiedziałem w wideo i tekście „Jak to działa?” po raz ostatni. Pytania o światłowód i nie tylko.
Jeżeli temat stacji bazowych Was zainteresował także z innych powodów, zajrzyjcie do poniższych tekstów.
Warto, bo to dzięki nim możecie korzystać chociażby z internetu LTE od Orange.
– „Wyciskamy” sieć mobilną
– „Wyciskamy” sieć mobilną – część 2
– Sieć komórkowa może być bardziej energooszczędna. W Orange Polska zużywany dużo mnie prądu w przeliczeniu na przesłany gigabajt
– „Jak to działa?” po raz ostatni. Pytania o światłowód i nie tylko
źródło: Orange
