Mi a Small Cella?
A hagyományos mobilhálózatokat általában a makrocellák képezik. Ezek nagyméretű cellák, amelyeket jellemzően tornyokra vagy tetőre szerelnek fel a városokban, autópályák mellett vagy vidéki területeken. A makrocellák lefedettsége néhány kilométertől akár tíz kilométerig is terjed amelyet nagy teljesítményű rádióállomás szolgál. A mobil adatforgalomban tapasztalható gyors növekedés a szolgáltatókat a hálózati kapacitásuk bővítésére kényszeríti. Az egyik leghatékonyabb megoldás a korlátozott spektrum újrafelhasználásának javítása a small cellák sűrű telepítése, amelyek kiegészítik a meglévő makrocellás hálózatokat.
A small cella egy gyűjtőfogalom, amelyet kisméretű vezeték nélküli hálózati bázisállomás leírására használnak alacsony rádiófrekvenciás kimenő teljesítménnyel és hatótávolsággal. A small cellák növelik a mobilhálózat lefedettségét és kapacitását, ahol nagyobb a forgalom igény.
A makro hálózatok fejlesztése érdekében a small cellák célzott kapacitás hozzáadásával növelik a lefedettséget és kapacitást egy adott területen. A small cellák új szolgáltatásokat is támogatnak, és továbbfejlesztett felhasználói élményt biztosítanak.
A small cellák alacsony, közép- és felső spektrum sávok használatával növelik a hálózati sávszélességet, az adatsebesség növelésére. A small cellák hatótávolsága csak néhány 10 méter és 2 km között van.
1. Ábra. Macro Cell and Small Cell
Source: Betakit
Small Cella típusok
Különféle small cella típusok léteznek a célzott lefedettségi területtől, átviteli teljesítménytől és a tervezett kapacitástól függően. Ilyen small cellás változatok:
- Femtocellák: Ezek az eszközök hasonlítanak a vezeték nélküli rooterekhez, tipikusan 10 méter körüli maximális hatótávolsággal. A Femtocellák egyszerre csak néhány felhasználót tudnak kiszolgálni, és általában beltérben helyezik el őket.
- Pikocellák: A nagyobb, akár 200 méteres hatótávolsággal rendelkező pikocellák legfeljebb 100 körüli felhasználót tudnak kiszolgálni és jellemzően nagyobb beltéri területekre telepítik őket, például kórházakban, repülőtereken és vasútállomásokon.
- Mikrocellák/Metrócellák: Ezek a small cellák legerősebb típusai, és hatótávolságuk akár 2 km is lehet. A mikrocellákat általában közlekedési lámpákra és utcatáblákra telepitik.
A small cellák hozzáférési modelljük szerint is kategorizálhatók:
- Nyílt hozzáférésű (egy adott szolgáltató MNO vagy NH összes előfizetője csatlakozhat)
- Zárt hozzáférésű (bizonyos felhasználókra korlátozva a kapcsolatot, például vállalati környezetben)
- Hibrid hozzáférésű (nyílt hozzáférésű small cellák, amik időnként zárt hozzáférésűek is lehetnek)
A Small Cellák telepítésének motivációi
A mobilhálózat üzemeltetőknek folyamatos kihívással kell szembenézniük hálózataik frissítésével, bővitésével válaszul az okoseszközök (okostelefonok, mobil VR platformok stb.) és a sávszélesség-igényes szolgáltatások (pl. 4K/8K videó streaming) elterjedésének tulajdonítható növekvő forgalomra. A small cellákra vonatkozó preferencia mögött a fő hajtóerők a következők:
- Hálózati lefedettség javítása: az összes mobilhasználat több mint 80%-a épületeken belül történik. A small cellák beltéren, kültéren vidéken, vonatokon biztosíthatnak kapcsolatot.
- A spektrum hatékonyság növelése: a meglévő spektrum hatékonyabb kiaknázása, lehetővé téve a spektrum license tulajdonosok számára, hogy jobban kihasználják meglévő spektrumaikat.
- Hálózati kapacitás javítása: a small cellák hatékonyabban növelhetik a kapacitást egy adott területen, mint egy makrocella.
- Esztétikai követelmények: a small cellák kompakt, nem feltűnő mérete alkalmassá teszi a széles körben elterjedt alkalmazását anélkül, hogy nemkívánatos vizuális hatást gyakorolna.
- Az energiaszükséglet csökkentése: a small cellák relatíve alacsonyabb energiafogyasztása csökkentheti a mobilhálózatok carbon-footprint-jét, és növeli a megújuló energiaforrások hasznosítását.
A small cellák iránti igény még kritikusabb az 5G hálózatokban a magasabb spektrumsávok bevezetése miatt, ami sűrűbb hálózati kiépítést tesz szükségessé a nagyobb forgalom támogatásához.
Tipikus Small Cella telepítési lehetőségek
Tipikus small cellák városi és vidéki területeken jellemzően kültéri telepítések , mig vállalati környezetekben inkább beltéri telepítések.
1. Táblázat. Tipikus small cella telepitési opciók
Small Cella telepítési szempontok
Elegendő spektrum
A hagyományos 4G hálózatok elsősorban 3 GHz alatti, licencelt spektrumsávokat használtak, amelyek széles lefedettséget biztosítottak, de a spektrum szűkössége és más vezeték nélküli rendszerek interferenciája miatt esetenként korlátokba ütköztek. Az 5G NR rendszerek még nagyobb spektrumot igényelnek, hogy támogassák a small cellák sűrű telepitését. Az 5G számára újonnan kiosztott spektrumsávok, beleértve a 3 és 6 GHz közötti középső sávokat (mid-band) és a 24-28 GHz-es milliméter wave (mmWave) felső sávokat, szélesebb összefüggő sávszélességeket igényelnek. Az mmWave sávok azonban olyan kihívásokat jelentenek, mint például a nagyobb pathloss és a szigorú LOS követelmények, amik korlátozzák a cella méretét, különösen a városi területeken. Ezenkívül az mmWave jelek nehezen tudnak áthatolni az épületek falain, ezért small cellák tömeges telepítésére van szükség bel- és kültéren az 5G mmWave hálózatok kapacitásbővítésének kiaknázásához.
Small Cell sharing
A hálózati infrastruktúra megosztása bevált gyakorlat a mobil hálózatokban. A mobil hálózatmegosztás gyakorlati megvalósításának két módja ismert: passzív megosztás és aktív megosztás. A passzív megosztás során több mobilhálózat üzemeltető osztozik a fizikai infrastruktúrán (tornyok, backhaul, power). Az aktív megosztás során a mobilhálózat üzemeltetők megosztják a hálózat egyes vagy összes aktív elemét (BBU, backhaul vagy akár a core network egyes elemei). Ilyen aktiv megosztási opciók a MOCN, MORAN vagy a GWCN. Az infrastruktúra megosztása még kritikusabb a small cellás hálózatok számára a sűrűség és a telepítési opciók szélesebb választéka miatt. Ez azt eredményezi, hogy a Neutral Hostok kulcsszereplői lesznek a small cella telepítéseknek. A Neutral Hostok olyan vállalatok, amelyek meglévő infrastruktúrájukat (pl. tornyok, közmű oszlopok, reklámtáblák stb.) használják fel small cella telepítésére a mobilhálózat üzemeltetők egyéni vagy megosztott használatára, aktív megosztási megoldásokat használva. A Neutral Hosting szolgáltatás egy Small-cells-as-a-Service (SCaaS) modell, amely jelentősen csökkenti az implementációs és üzemeltetési költségeket az MNO-k számára a small cella telepítések megvalósításához beltéri és kültéri területeken egyaránt.
Nagy kapacitású fix linkek
A nagy kapacitású vezetékes összeköttetések, a backhaul kapcsolatok, fontosak a mobilhálózatokban a cellás bázisállomások maghálózathoz való kapcsolódásában. Ezek a kapcsolatok lehetnek vezetékesek vagy vezeték nélküliek, üvegszálas, mikrohullámú vagy műholdas technológiák. Az 5G és a felhő alapú virtualizált RAN architektúrák felé történő fejlődéssel a fronthaul kapcsolatok is kritikus fontosságúvá válnak. Mind a backhaul mind a fronthaul kapcsolatok kialakítása döntő fontosságú a kis cellás hálózatok kívánt teljesítményének eléréséhez. A kapacitás korlátok szűk keresztmetszetek kialakulásához és igy megnövekedett késleltetéshez vezethetnek, ami befolyásolja a small cellák szolgáltatási minőségét. Ezért az 5G magasabb kapacitás és alacsonyabb késleltetési követelményei jelentősen befolyásolják a backhaul és fronthaul kapcsolatok kiválasztását és megvalósításának költségeit.
Small Cella tápellátása
A small cellák sokkal alacsonyabb energiát fogyasztanak a makro bázisállomások. Az 5G-ben a megnövekedett hálózatsűrűség és ezek tápellátása azonban a hálózat egészére kiterjedő energiafogyasztás általános növekedését okozza. Ezek a növekvő energiaigények korlátozhatják a hálózat sűritést az energiaköltségek miatt. Ezért a zöld vagy energiahatékony small cellás tervek kritikus fontosságúak a energiaköltségek csükkentéséhez.
Jogszabályi környezet
Az European Electronic Communications Code (EECC) harmonizálja a távközlési szabályozást az EU-ban, tekintettel az 5G kiépítésére is. A 2020-as irányelvek új szabályokat határoznak meg az új távközlési berendezések telepítésére és a rádióspektrum használatára vonatkozóan. Az 57. cikk foglalkozik a small területű vezeték nélküli hozzáférési pontok (SAWAP) EECC-koncepciójával mind a vezetékes, mind a mobil vezeték nélküli hálózatokban.
Small Cellák telepítésének akadályai
Folyamatosan növekszik a small cellák használatával történő hálózatsűrítés iránti igény. A small cellák lehetőséget adnak a mobilhálózat üzemeltetők számára, hogy költséghatékony módon elérjék szolgáltatás minőségi céljaikat. A small cellák nagy mértékű telepítését azonban szabályozási, kereskedelmi vagy eljárási akadályok korlátozhatják. Ezek az akadályok a következők lehetnek:
- Inkonzisztens small cella definíció: A small cellák és makro cellák közötti szabályozási különbségtétel nem teljesen meghatározott. Ilyen megkülönböztetés nélkül a small cellákra ugyanazok, vagy szigorúbb előírások vonatkoznak, mint a makro cellákra. A small cellák különböző szabályozási rendszerek eltérései miatt a széttagoltság megnehezíti a telepítési folyamatot, különösen az országos vagy multinacionális hálózatbővítéseket végző szolgáltatók számára.
- A small cellák korlátozott megosztása: Az infrastruktúra megosztása fontos a small cella hálózatok számára a szükséges sűrűség és a telepítési opciók változatossága miatt beltéren és kültéren egyaránt. Az, hogy több mobilhálózat üzemeltető és Neutral Host a small celláikal ugyanazt a területet párhuzamosan lefedjék gazdaságilag előnytelen. A small cellás infrastruktúra megosztását jelentősen ösztönző szabályozás hiánya viszont korlátozhatja a hálózat fejlesztését.
- Konzervatív RF-EMF expozíciós határértékek: A small cellák RF-EMF expozíciós határértékekkel kapcsolatos megfelelőségi értékelésének követelménye jelentős is akadályt jelent a hálózatok gyors és fenntartható fejlesztése előtt. A small cellák általában kis lefedettségi területtel rendelkeznek, és agresszív interferencia-kezeléssel és energiatakarékossági funkciókkal működnek, ami a csúcs teljesítmény alatti működést eredményezi. Következésképpen a csúcs teljesítményen alapuló RF-EMF megfelelőségi határok túlságosan konzervatív korlátokat hozhatnak létre, korlátozva a small cellák telepítésének fejlesztését.
- Összetett és hosszú engedélyezési folyamatok: A small cellák sűrűsége általában meghaladja a makro cellákét, ezért a small cellás telepítési folyamatoknak olcsóbbnak, egyszerűbbnek és gyorsabbnak kell lenniük a hagyományos makro cellás folyamatokhoz képest. A sűrű small cella telepítésekben részt vevő érdekelt felek száma is sokkal nagyobb, mint a makro celláknál. Ez a folyamatok egyszerűsítését igényli a small cella telepítés során, beleértve a termék jóváhagyást, a spektrum licencelést és a tervezési engedélyeket.