Новая технология построения сотовых сетей

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. 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?

http://habrahabr.ru