Станция сотовой связи малой мощности. Мобильная базовая станция на камазе
И вновь немного общеобразовательного материала. На этот раз речь пойдет о базовых станциях. Рассмотрим различные технические моменты по их размещению, конструкции и дальности действия, а также заглянем внутрь самого антенного блока.
Базовые станции. Общие сведения
Так выглядят антенны сотовой связи, установленные на крышах зданий. Эти антенны являются элементом базовой станции (БС), а конкретно - устройством для приема и передачи радиосигнала от одного абонента к другому, и далее через усилитель к контроллеру базовой станции и другим устройствам. Являясь наиболее заметной частью БС, они устанавливаются на антенных мачтах, крышах жилых и производственных зданий и даже дымовых трубах. Сегодня можно встретить и более экзотические варианты их установки, в России их уже устанавливают на столбах освещения, а в Египте их даже "маскируют" под пальмы.
Подключение базовой станции к сети оператора связи может производиться по радиорелейной связи, поэтому рядом с "прямоугольными" антеннами блоками БС можно увидеть радиорелейную тарелку:
С переходом на более современные стандарты четвертого и пятого поколений, для удовлетворения их требований подключать станции нужно будет исключительно по волоконной оптике. В современных конструкциях БС оптоволокно становится неотъемлемой средой передачи информации даже между узлами и блоками самой БС. К примеру, на рисунке ниже показано устройство современной базовой станции, где оптоволоконный кабель используется для передачи данных от RRU (выносные управляемые модули) антенны до самой базовой станции (показано оранжевой линией).
Оборудование базовой станции располагается в нежилых помещениях здания, либо устанавливается в специализированные контейнеры (закрепленные на стенах или столбах), ведь современное оборудования выполняется довольно компактно и может запросто поместиться в системный блок серверного компьютера. Часто радиомодуль устанавливают рядом с антенным блоком, это позволяет уменьшить потери и рассеивание передаваемой в антенну мощности. Так выглядят три установленных радиомодуля оборудования базовой станции Flexi Multiradio, закрепленные прямо на мачте:
Зона обслуживания базовых станций
Для начала следует отметить, что бывают различные типы базовых станций: макро, микро, пико и фемтосоты. Начнем с малого. И, если кратко, то фемтосота не является базовой станцией. Это, скорее, Access Point (точка доступа). Данное оборудование изначально ориентируется на домашнего или офисного пользователя и владельцем такого оборудования является частное или юр. лицо, не относящееся к оператору. Главное отличие такого оборудования заключается в том, что оно имеет полностью автоматическую конфигурацию, начиная от оценки радиопараметров и заканчивая подключением к сети оператора. Фемтосота имеет габариты домашнего роутера:
Пикосота - это БС малой мощности, принадлежащая оператору и использующая в качестве транспортной сети IP/Ethernet. Обычно устанавливается в местах возможной локальной концентрации пользователей. Устройство по размерам сравнимо с небольшим ноутбуком:
Микросота - это приближенный вариант реализации базовой станции в компактном виде, очень распространено в сетях операторов. От "большой" базовой станции ее отличает урезанная емкость поддерживаемых абонентом и меньшая излучающая мощность. Масса, как правило, до 50 кг и радиус радиопокрытия - до 5 км. Такое решение используется там, где не нужны высокие емкости и мощности сети, или нет возможности установить большую станцию:
И наконец, макросота - стандартная базовая станция, на базе которой строятся мобильные сети. Она характеризуется мощностями порядка 50 W и радиусом покрытия до 100 км (в пределе). Масса стойки может достигать 300 кг.
Зона покрытия каждой БС зависит от высоты подвеса антенной секции, от рельефа местности и количества препятствий на пути до абонента. При установке базовой станции далеко не всегда на первый план выносится радиус покрытия. По мере роста абонентской базы может не хватить максимальной пропускной способности БС, в этом случае на экране телефона появляется сообщение "сеть занята". Тогда оператор со временем на этой территории может сознательно уменьшить радиус действия базовой станции и установить несколько дополнительных станций в местах наибольшей нагрузки.
Когда нужно увеличить емкость сети и снизить нагрузку на отдельные базовые станции, тогда и приходят на помощь микросоты. В условиях мегаполиса зона радиопокрытия одной микросоты может составлять всего 500 метров.
В условиях города, как ни странно, встречаются такие места, где оператору нужно локально подключить участок с большим количеством трафика (районы станций метро, крупные центральные улицы и др.). В этом случае применяются маломощные микросоты и пикосоты, антенные блоки которых можно располагать на низких зданиях и на столбах уличного освещения. Когда возникает вопрос организации качественного радиопокрытия внутри закрытых зданий (торговые и бизнес центры, гипермаркеты и др.) тогда на помощь приходят пикосотовые базовые станции.
За пределами городов на первый план выходит дальность работы отдельных базовых станций, так установка каждой базовой станции в удалении от города становится все более дорогостоящим предприятием в связи с необходимостью построения линий электропередач, дорог и вышек в сложных климатических и технологических условиях. Для увеличения зоны покрытия желательно устанавливать БС на более высоких мачтах, использовать направленные секторные излучатели, и более низкие частоты, менее подверженные затуханию.
Так, например, в диапазоне 1800 МГц дальность действия БС не превышает 6-7 километров, а в случае использования 900-мегагерцового диапазона зона покрытия может достигать 32 километров, при прочих равных условиях.
Антенны базовых станций. Заглянем внутрь
В сотовой связи чаще всего используют секторные панельные антенны, которые имеют диаграмму направленности шириной в 120, 90, 60 и 30 градусов. Соответственно для организации связи во всех направлениях (от 0 до 360) может потребоваться 3 (ширина ДН 120 градусов) либо 6 (ширина ДН 60 градусов) антенных блоков. Пример организации равномерного покрытия во всех направлениях показан на рисунке ниже:
А ниже вид типовых диаграмм направленности в логарифмическом масштабе.
Большинство антенн базовых станций широкополосные, позволяющие работать в одном, двух или трех диапазонах частот. Начиная с сетей UMTS, в отличие от GSM, антенны базовых станций умеют изменять площадь радиопокрытия в зависимости от нагрузки на сеть. Один из самых эффективных методов управления излучаемой мощностью - это управление углом наклона антенны, таким способом изменяется площадь облучения диаграммы направленности.
Антенны могут иметь фиксированный угол наклона, либо имеют возможность дистанционной регулировки с помощью специального программного обеспечения, располагаемого в блоке управления БС, и встроенных фазовращателей. Существуют также решения, позволяющие изменять зону обслуживания, от общей системы управления сети передачи данных. Таким образом, можно регулировать зону обслуживания всего сектора базовой станции.
В антеннах базовых станций применяется как механическое управление диаграммой, так и электрическое. Механическое управление проще реализуется, но часто приводит к искажению формы диаграммы направленности из-за влияния конструктивных частей. Большинство антенн БС имеет систему электрической регулировки угла наклона.
Современный антенный блок представляет собой группу излучающих элементов антенной решетки. Расстояние между элементами решетки выбирается таким образом, чтобы получить наименьший уровень боковых лепестков диаграммы направленности. Наиболее часто встречаются длины панельных антенн от 0,7 до 2,6 метров (для многодиапазонных антенных панелей). Коэффициент усиления варьируется от 12 до 20 dBi.
На рисунке ниже (слева) представлена конструкция одной из наиболее распространенных (но уже устаревающих) антенных панелей.
Здесь излучатели антенной панели представляют собой полуволновые симметричные электрические вибраторы над проводящим экраном, расположенные под углом 45 градусов. Такая конструкция позволяет формировать диаграмму с шириной главного лепестка 65 или 90 градусов. В такой конструкции выпускаются двух- и даже трехдиапазонные антенные блоки (правда, довольно крупногабаритные). Например, трехдиапазонная антенная панель такой конструкции (900, 1800, 2100 МГц) отличается от однодиапазонной, примерно в два раза большим размером и массой, что, конечно же, затрудняет ее обслуживание.
Альтернативная технология изготовления таких антенн предполагает выполнение полосковых антенных излучателей (металлические пластины квадратной формы), на рисунке выше справа.
А вот еще один вариант, когда в качестве излучателя используются полуволновые щелевые магнитные вибраторы. Линия питания, щели и экран выполняются на одной печатной плате с двухсторонним фольгированным стеклотекстолитом:
С учетом современных реалий развития беспроводных технологий, базовые станции должны поддерживать работу 2G, 3G и LTE сетей. И если блоки управления базовых станций сетей разных поколений удается вместить в один коммутационный шкаф без увеличения габаритного размера, то с антенной частью возникают значительные трудности.
Например, в многодиапазонных антенных панелях количество коаксиальных соединительных линий достигает 100 метров! Столь значительная длина кабеля и количество паяных соединений неизбежно приводит к потерям в линиях и снижению коэффициента усиления:
С целью снижения электрических потерь и уменьшения точек пайки часто делают микрополосковые линии, это позволяет выполнить диполи и систему запитки всей антенны по единой печатной технологии. Данная технологиях проста в производстве и обеспечивает высокую повторяемость характеристик антенны при ее серийном выпуске.
Многодиапазонные антенны
С развитием сетей связи третьего и четвертого поколений требуется модернизация антенной части как базовых станций, так и сотовых телефонов. Антенны должны работать в новых дополнительных диапазонах, превышающих 2.2 ГГц. Более того, работа в двух и даже трех диапазонах должна производиться одновременно. Вследствие этого антенная часть включает в себя довольно сложные электромеханические схемы, которые должны обеспечивать должное функционирование в сложных климатических условиях.
В качестве примера рассмотрим конструкцию излучателей двухдиапазонной антенны базовой станции сотовой связи Powerwave, работающей в диапазонах 824-960, МГц и 1710-2170, МГц. Ее внешний вид показан на рисунке ниже:
Этот двухдиапазонный облучатель состоит из двух металлических пластин. Та, что большего размера работает в нижнем диапазоне 900 МГц, над ней расположена пластина с щелевым излучателем меньшего размера. Обе антенны возбуждаются щелевыми излучателями и таким образом имеют единую линию запитки.
Если в качестве излучателей используются дипольные антенны, то необходимо ставить отдельный диполь для каждого диапазона волн. Отдельные диполи должны иметь свою линию запитки, что, конечно же, снижает общую надежность системы и увеличивает энергопотребление. Примером такой конструкции является антенна Kathrein для того же диапазона частот, что и рассмотренная выше:
Таким образом, диполи для нижнего диапазона частот находятся как бы внутри диполей верхнего диапазона.
Для реализации трех- (и более) диапазонного режимов работы наибольшей технологичностью обладают печатные многослойные антенны. В таких антеннах каждый новый слой работает в довольно узком диапазоне частот. Такая "многоэтажная" конструкция изготавливается из печатных антенн с индивидуальными излучателями, каждая антенна настраивается на отдельные частоты рабочего диапазона. Конструкция поясняется рисунком ниже:
Как и в любых других многоэлементных антеннах в такой конструкции происходит взаимодействие элементов, работающих в разных диапазонах частот. Само собой это взаимодействие оказывает влияние на направленность и согласование антенн, но данное взаимодействие может быть устранено методами, применяемыми в ФАР (фазированных антенных решетках). Например, одним из наиболее эффективных методов является изменение конструктивных параметров элементов путем смещения возбуждающего устройства, а также изменение размеров самого облучателя и толщины разделительного диэлектрического слоя.
Важным моментом является то, что все современные беспроводные технологии широкополосные, и ширина полосы рабочих частот составляет не менее 0,2 ГГц. Широкой рабочей полосой частот обладают антенны на основе взаимодополняющих структур, типичным примером которых являются антенны типа "bow-tie" (бабочка). Согласование такой антенны с линией передачи осуществляется подбором точки возбуждения и оптимизацией ее конфигурации. Чтобы расширить полосу рабочих частот по согласованию "бабочку" дополняют входным сопротивлением емкостного характера.
Моделирование и расчет подобных антенн производят в специализированных программных пакетах САПР. Современные программы позволяют моделировать антенну в полупрозрачном корпусе при наличии влияния различных конструктивных элементов антенной системы и позволяют тем самым произвести достаточно точный инженерный анализ.
Проектирование многодиапазонной антенны производят поэтапно. Сначала рассчитывают и проектируют микрополосковую печатную антенну с широкой полосой пропускания для каждого рабочего диапазона частот отдельно. Далее печатные антенны разных диапазонов совмещают (наложением друг на друга) и рассматривают их совместную работу, устраняя по возможности причины взаимного влияния.
Широкополосная антенна типа "бабочка" может быть удачно использована как основа для трехдиапазонной печатной антенны. На рисунке ниже изображены четыре различных варианта ее конфигурации.
Приведенные конструкции антенн отличаются формой реактивного элемента, который применяется для расширения рабочей полосы частот по согласованию. Каждый слой такой трехдиапазонной антенны представляет собой микрополосковый излучатель заданных геометрических размеров. Чем ниже частоты - тем больше относительный размер такого излучателя. Каждый слой печатной платы отделен от другого с помощью диэлектрика. Приведенная конструкция может работать в диапазоне GSM 1900 (1850-1990 МГц) - принимает нижний слой; WiMAX (2,5 - 2,69 ГГц) - принимает средний слой; WiMAX (3,3 - 3,5 ГГц) - принимает верхний слой. Подобная конструкция антенной системы позволит принимать и передавать радиосигнал без использования дополнительного активного оборудования, не увеличивая тем самым габаритных размеров блока антенны.
И в заключении немного о вреде БС
Порой, базовые станции операторов сотовой связи устанавливают прямо на крышах жилых домов, чем конкретно деморализуют некоторых их обитателей. У хозяев квартир перестают "рожать кошки", а на голове у бабушки начинают быстрее появляться седые волосы. А тем временем, от установленной базовой станции жители этого дома электромагнитного поля почти не получают, ибо "вниз" базовая станция не излучает. Да и, к слову сказать, нормы СаНПиНа для электромагнитного излучения в РФ на порядок ниже, чем в "развитых" странах запада, и поэтому в черте города базовые станции никогда на полную мощность не работают. Тем самым, вреда от БС нет, если только вы не устраиваетесь позагорать на крыше в паре метров от них. Зачастую, с десяток точек доступа, установленных в квартирах жителей, а также микроволновые печи и сотовые телефоны (прижатые к голове) оказывают на вас намного большее воздействие, нежели базовая станция, установленная в 100 метрах за пределами здания.
Основой каждой сети сотовой связи является ячейка (сота) в центральной части которой находится базовая станция (БС). Размер ячейки зависит от вида сети, мощности БС и других факторов. Радиус соты составляет от 0,5 до 10 километров. Благодаря такому расположению, абонент, еще не выйдя из зоны действия одной БС, попадает в зону действия другой БС, и так до прекращения зоны действия сети.
Мощность базовой станции сотовой связи
Всем известно, что радиус действия базовой станции ограничен, соответственно мощность работы передатчиков относительно невысока. Мощность базовой станции зависит от размера соты, применяемого стандарта и места, где она установлена. Находится эта величина в диапазоне от 5 Вт до 20 Вт.
Мощность базовой станции, находящейся в городе и покрывающей зону радиусом в 2 километра, составляет около 10 Вт. Но такая величина только на выходе передатчиков, потому что из-за направленного действия антенн мощность излучения может достигать 100 Вт. В сельской местности мощность может быть еще больше, из-за установленных усилителей.
Самая большая мощность на выходе передатчика может достигать до 30 Вт, но из-за воздействия различных препятствий (железобетонные строения, кроны деревьев) сигнал ослабевает.
Исходя из того, что условия распространения сигналов разнообразны, было принято решение, что мощность базовых передатчиков будет адаптироваться к условиям (мощность может увеличиваться и уменьшаться).
Антенны для базовой станции сотовой связи
Антенна является элементом базовой станции, именно это устройство принимает и передает сигнал от одного абонента другому. Антенна является важной частью БС, от нее во многом зависит качество связи.
В настоящее время для сетей GSM/UMTS/4G используют панельные антенны с кроссполяризацией и антенны с вертикальной поляризацией.
Антенны с кроссполяризацией применяют для открытого пространства, а с вертикальной поляризацией — внутри помещения.
Специфика сетей UMTS заключается в изменении площади покрытия в зависимости от нагрузки, а самым эффективным инструментом оптимизации площади покрытия является регулировка антенны. В антеннах UMTS можно менять угол наклона, как механической, так и электрической регулировкой.
Размещение базовых станций сотовой связи
Существует несколько типов базовых станций: макро, микро, пико.
- Макросота — это стандартная базовая станция, которую применяют мобильные сети. Радиус покрытия этой станции составляет до 100 километров, вес около 300 кг. Такие базовые станции размещают в нежилых помещениях.
- Микросота — это компактная базовая станция, распространенная в сетях операторов. От стандартной станции она отличается излучаемой мощностью и количеством поддерживаемых абонентов. Радиус покрытия достигает до 5 километров, вес — до 50 кг. Станцию размещают в контейнере и крепят к столбу.
- Пикосота — это базовая станция малой мощности, которая принадлежит оператору и используется в качестве сети. Такая станция устанавливается в местах наибольшего скопления пользователей. Размерами напоминает ноутбук.
Базовые станции могут располагаться на крышах зданий, фонарных столбах. Внутри помещений (торговые центры, развлекательные центры) применяют пикосоты.
Строительство базовых станций сотовой связи
Территория города оптимально подходит для возведения БС сотовой связи, благодаря плотной застройке высокими зданиями. Но есть и ряд неудобств: железобетонные здания мешают эффективности сигнала, либо место, выделенное под строительство станции, сложно монтирования конструкции.
За чертой города, как правило, отсутствуют объекты, подходящие для установки станции. В этом случае требуется возвести антенно - мачтовое сооружение.
Станции размещают не только на вышках сотовой связи и высотках, но и на таких сооружениях, как трубы и элеваторы. Благодаря тому, что задействуют площади высотных конструкций, происходит существенная экономия на строительстве вышки, ведь порой высота вышки достигает 85 метров. Да и не всегда можно получить разрешение на строительство в желаемом районе.
Более простым и экономически выгодным остается вариант размещения специальной конструкции для установки базовой станции на готовом высотном объекте.
Монтаж и обслуживание базовых станций сотовой связи
Базовые станции сотовой связи - важнейший этап построения всей системы сотовой связи для передачи сигнала на заданной территории. Для обеспечения бесперебойной работы требуется правильно расположить и смонтировать базовую станцию. Этот процесс можно доверить только настоящим профессионалам своего дела.
Компании, обслуживающие станции сотовой связи
При выборе компании, обслуживающей станции сотовой связи, следует отдать предпочтение, тем, кто уже много лет работает в этой сфере.
Компания «Интеграция» на рынке строительства сетей с 2012 года. Компания устанавливает и обслуживает базовые станции в городе и за городом. Компания монтирует антенно - мачтовые сооружения, строит радиорелейные линии связи. При монтаже станции на жилых домах или высотных сооружениях выполняет согласование с жильцами и контролирующими органами.
Компания «Передовые технологии связи» - подразделение крупнейшего в России телекоммуникационного холдинга. Компания выполняет проектирование, монтаж, сервисное, гарантийное обслуживание и ремонт объектов. Заказчиками компании являются - «МТС», «МегаФон», «Tele2».
Производители и поставщики комплектующих для станций сотовой связи
Некоторые компании по производству комплектующих для станций сотовой связи сами занимаются проектированием и монтажом станций.
Компания «Телеконта» основана в 2001 году. Располагает собственным лабораторно - измерительным комплексом и производственной базой, где производит элементы антенно - фидерного тракта. Обладает патентами на антенны. Клиентами «Телеконта» являются - «МТС», «Мегафон», «СМАРТС» и другие компании.
ООО «ГРАУНДТЕХ» - производит и поставляет системы молниезащиты, аппаратов для бесперебойной передачи электрической энергии.
ООО «ГРАУНДТЕХ» является дистрибьютором Словенской компании производящей устройства защиты от импульсных перенапряжений.
Как известно, покрытие любой сети сотовой связи представляет собой ячеистую (сотовую) структуру, образованную с помощью (БС). Каждая базовая станция может обслуживать одну и более в зависимости от конфигурации сети и потребности в емкости и качестве покрытия в заданной области. Оборудование базовой станции в наиболее общем случае может быть разделено на 3 составляющих: приемопередатчики, антенно-фидерное устройство (АФУ) и вспомогательное оборудование (системы кондиционирования, электроснабжения, пожаротушения, охранный комплекс и др.). Возможных способов реализации не счесть. В зависимости от поколения, емкости, используемого стандарта, области покрытия БС может быть выполнена как в отдельно стоящем контейнере в сочетании с 72-х метровой мачтой, так и в виде небольшого компактного кейса для покрытия внутри зданий – . Рассмотрим наиболее типичные случаи реализации полномасштабных БС для покрытия как в городских условиях, так и за городом.
Самым типичным способом размещения оборудования БС является установка специальной или , у подножия которой располагаются один или несколько контейнеров для приемопередающего оборудования. Основная цель установки антенно-мачтового сооружения является размещение антенно-фидерного устройства. Оно включает в себя комплекс антенн для создания радио покрытия всенаправленного, но чаще секторного типа, а также фидеров, которые связывают антенны с приемопередающим оборудованием. Кроме того, в загородной местности часто вместе с антеннами используются усилители сигнала в направлении uplink – (малошумящие усилители), которые расширяют зону действия . Также башня необходима для размещения транспортного оборудования, если используются РРЛ (радиорелейные линии связи). В их состав обычно входит направленная параболическая антенна, радио модуль, преобразующий низкочастотный сигнал в высокочастотный для передачи к удаленной стороне и отдельный фидер, передающий низкочастотный сигнал от оборудования БС или отдельного транспортного модуля внутри аппаратной.
Контейнер вмещает приемопередатчики, транспортное оборудование, а также оборудование, предназначенное для обеспечения бесперебойной работы и безопасности. Приемопередающее оборудование обычно сочетает в себе блок управления, приемопередатчики (TRX) и комбайнеры, которые сочетают радиосигнал от различных антенн и TRX в разных конфигурациях. В аппаратной может быть расположено оборудование, работающее в нескольких частотных диапазонах или даже различных стандартах и поколениях ( и ). На БС, расположенных вдали от крупных населенных пунктов обычно используют для образования транспортных каналов к контроллеру базовых станций. Однако в некоторых случаях используются , электрические проводные линии связи или спутниковую связь. Неотъемлемым элементом оборудования БС является система энергоснабжения. Обычно это специальный источник постоянного тока 48В, запутываемый переменным напряжением 220 или 380В. Он также осуществляет переключение на АКБ (аккумуляторные батареи) в случае пропадания внешнего питания и обеспечивают их подзарядку - после возобновления. Любая аппаратная БС оборудуется системой поддержания рабочих значений температуры и влажности воздуха. Обычно это сплит-система, одна или две работающие либо попеременно, либо как активный/резервный. Обычно любое высотное сооружение должно быть обозначено специальными заградительными огнями, обеспечивающими его обнаружение пилотами авиации в условиях плохой видимости или ночью. Поэтому в аппаратной также можно найти дополнительный источник питания и комплект АКБ для питания системы освещения башни.
Для размещения в городах редко устанавливают отдельные башни, т.к. это и дорого, и не эффективно. Поэтому обычно антенны устанавливают на жилых и промышленных зданиях и сооружениях, а также дымовых трубах и других существующих конструкциях башенного типа. Главное требование, что место размещения соответствовало всем гигиеническим нормам установки таких объектов. Такой способ размещения оборудования обычно не меняет состав БС. Контейнер при этом обычно заменяется выгородкой на чердаке или техническом этаже или отдельным помещением в здании, а антенны и фидеры часто маскируются под облик здания, чтобы не портить его внешний вид.
Кроме контейнерного способа размещения оборудования, многие производители предлагают устанавливать специальные outdoor . Для их размещения не требуется отдельного помещения, а все оборудование помещается в специальных термобоксах и может крепиться в любом удобном месте: стене, крыше, чердаке и т.п. Это значительно экономит операционные затраты компании. Однако главный минус таких БС заключается в невысокой емкости и сложности расширения их емкости. Поэтому они не находят столь же широко применения как и с контейнером.
Также в последнее время многие производители предложили, так называемые, . При этом приемопередающее оборудование разделяется на две части: одна устанавливается в контейнере и служит основным блоком управления и обработки сигнализации, а также предоставляет интерфейсы к контроллеру базовых станций. Другая часть устанавливается в непосредственной близости от антенн и преобразует сигнал, принятый от блока управления в высокочастотный радио сигнал, передаваемый к антеннам по фидерам. Обе части между собой соединятся обычно с помощью оптического патчкорда или реже витой пары. При этом экономия на длине фидера может достигать десятки раз, что соответственно значительно уменьшает затухание и упрощает прокладку. Особенно широкое распространение такая схема получила для реализации БС .
Термины «базовая станция» и «вышка сотовой связи» давно и прочно вошли в наш лексикон. И если средний пользователь вспоминает об этих вещах не так часто, то уж «сотовый телефон» по привычности явно входит в десятку лидеров. Сотовой связью ежедневно пользуются сотни миллионов людей, но очень мало кто из них задумывается о том, как обеспечивается эта самая связь. И из этого меньшинства очень немногие действительно представляют всю сложность и тонкость этого инструмента связи.
С точки зрения большинства людей, установка базовой станции сотовой связи является весьма несложным делом. Достаточно повесить несколько антенн, подключить их к сети - и готово. Но такое представление в корне неверно. И поэтому мы решили рассказать о том, сколько тонкостей и нюансов возникает при монтаже базовой станции в условиях мегаполиса.
Чтобы наглядно проиллюстрировать свой рассказ, мы подробно задокументировали процесс установки вышки сотовой связи на крыше здания в Москве, по адресу ул. Краснодонская, д.19, корп.2. Это двухэтажное отдельно стоящее административное здание. Мы выбрали именно этот пример потому, что на этой базовой станции не просто смонтирована маленький кронштейн для подвески антенн, а установлена 5-секционная вышка высотой 15 м. Но начнём по порядку.
Подготовка и проектирование
Работа по установке базовой станции начинается с поиска подходящего объекта. Когда он найден, с его владельцем заключается договор аренды. Определяется необходимое расположение антенн будущей станции, масса полезной нагрузки, и исходя из этого проектируются металлоконструкции. При этом учитывается несущая способность элементов конструкции самого здания.
На каждую установленную базовую станцию оформляется комплект документации (толщиной почти 5 см). Помимо прочего, здесь указано множество параметров будущей конструкции: её расположение на объекте, габаритные размеры, общий вес, расположение точек опоры, потребляемые напряжение и мощность, и так далее.
В этой папке собрана исчерпывающая информация:
- проектная документация;
- копии ведомостей, лицензий, сертификатов и заключений соответствия на все элементы, вплоть до гаек и краски;
- рабочая документация на оборудование, металлические конструкции, архитектурно-строительное решение, молниезащиту;
- санитарно-эпидемиологическое заключение о безопасности станции для жителей окружающих домов.
Вернёмся к нашей вышке. После согласования и утверждения проекта, на заводе были изготовлены отдельно платформа и пять сегментов вышки. Поскольку в данном случае речь шла о довольно тяжёлой конструкции, то её необходимо было установить на несущие стены здания. Для этого в кровле были прорезаны отверстия и проведена установка опорных балок. Они играют роль свайного фундамента для платформы, на которую в дальнейшем было смонтировано оборудование станции и вышка с антеннами. Общий вес платформы составил 3857 кг.
Профиль, размеры и количество балок, из которых собирается платформа, толщина стенок, протяжённость сварных швов, используемые метизы - все эти параметры рассчитываются исходя из массы полезной нагрузки, несущей способности стен здания, а также возможных ветровых нагрузок в данном регионе. Конечно, это далеко не единственные критерии, в первую очередь вышка должна обеспечить возможность установки приёмо-передающих антенн на необходимой высоте в зоне видимости соседних базовых станций. Кроме того, конструкция должна быть достаточно жёсткой, чтобы не сбивался луч релейной связи.
Монтаж металлоконструкций
Здание небольшое, отдельного выхода на крышу у него нет, поэтому бригаде монтажников приходится залезать по пожарной лестнице. Её нижняя часть отрезана, чтобы на крышу не лазили жители окружающих домов. К сожалению, это их не слишком останавливает, поэтому с крыш часто что-нибудь пропадает - запчасти, кабели, фидеры и т.д.
Несмотря на то, что каждая станция оснащается сигнализацией, служба безопасности не всегда успевает приехать вовремя.
На крыше уже установлена базовая станция другого сотового оператора, но её размеры не идут ни в какое сравнение с нашей.
После монтажа платформы, подготавливаются площадки для установки первой секции вышки:
После установки секции, начинается «закручивание гаек»:
Установка вышки на шпильки делается для того, чтобы можно было компенсировать отклонения от вертикали в ходе монтажа и дальнейшей эксплуатации.
Вертикальность конструкции постоянно контролируется с двух точек с помощью теодолитов. Причём измерения проводятся отдельно для каждой секции вышки, и потом журнал измерений будет включён в комплект документов. Впоследствии проводится периодические измерения положения вышки, поскольку под собственным весом и весом оборудования может происходить небольшое спиралеобразное скручивание конструкции (до 50 мм на 72 м высоты).
Аппаратный шкаф, подготовленный к установке на платформу:
Итак, первая секция установлена и выровнена. Монтажники готовятся к приёму второй секции:
Безопасности и комфортности работ уделяется очень большое внимание не только при монтаже, но и при дальнейшем обслуживании. Размер рабочих площадок подобран таким образом, чтобы у инженеров было достаточно места для работы. Установлены ограждения лестниц, проёмы в площадках на вышке закрываются люками, чтобы предотвратить случайное падение. Платформа поднята над плоскостью крыши, чтобы в зимнее время аппаратуру не заметало снегом и не блокировало льдом.
Монтаж остальных секций вышки:
Очередь аппаратного шкафа:
Вышка смонтирована, произведены последние измерения с помощью теодолитов. Отклонения минимальны и строго в пределах допусков. Масса вышки составила 2827 кг, а общая масса всех металлоконструкций - 6684 кг.
Цвета секций стандартные: нижняя и верхняя всегда красные, промежуточные чередуются с белым. На вершине вы можете видеть 4 штыря, являющихся продолжением рёбер вышки - это элементы молниезащиты.
Аппаратура
Следующим этапом стал монтаж всей необходимой аппаратуры и прокладка кабелей. Полный список установленного оборудования:
В результате станция приобрела довольно величественный вид, особенно в сравнении с самим зданием:
На станцию подаётся питание напряжением 380 В (3 фазы), которое потом преобразовывается в 48 В. Мощность взята с запасом - до 10 кВт. Питание подводится в отдельный шкафчик.
Откроем дверцу аппаратного шкафа. В неё встроен кондиционер (сверху) и обогреватель (снизу).
В шкафу в течение всего года поддерживается температура 18…20 градусов Цельсия. Это необходимо для бесперебойной работы оборудования и длительной службы аккумуляторов (они расположены внизу).
Аккумуляторы предназначены для обеспечения работы станции в течение примерно суток в случае отключения внешнего питания.
Сверху находится коммутационный блок и преобразователь напряжения.
Передача информации между системными модулями и приёмо-передатчиками (о них ниже) осуществляется через оптоволоконные кабели. Вот так выглядит разъём в коммутационном блоке. Его ни в коем случае нельзя трогать руками, волокно очень чувствительно к повреждениям и загрязнению.
Все базовые станции сотовой связи подключены к единой информационно оптоволоконной сети, протянутой по всей Москве. Белая бухта под аппаратным шкафом - это как раз кабель, через который подключена данная станция.
Справа от шкафа расположены системные модули GSM, CDMA и LTE:
Эти модули являются сердцем базовой станции, они принимают сигнал с антенн и осуществляют его преобразование и сжатие с дальнейшей пересылкой. Им не страшны осадки, все разъёмы герметизированы, а рабочий диапазон температур от +60 до -50.
Под системными модулями расположены грозоразрядники, которые предотвращают выгорание аппаратуры в случае удара молнии:
Справа над модулями расположены бухты оптоволоконного кабеля, с помощью которого они соединяются с приёмо-передатчиками на вышке.
Перейдём к вышке. На ней установлены приёмо-передатчики отдельно для каждого диапазона (GSM, CDMA и LTE). Они усиливают сигнал от крайне малых значений до 115-120 дБ. Из аппаратного шкафа к ним подводится питание:
Продолговатые вертикальные «ящики» - это и есть антенны. Сзади они экранированы, чтобы защитить обслуживающий персонал от электромагнитного излучения. Поднимемся на площадку.
По краям к приёмо-передатчику подключены оптоволоконные кабели, в центре - электропитание:
Заземление выведено на вышку:
Кабельные разъёмы и их заглушки на антенне:
Мы уже упоминали о том, что проектирование и постройка базовой станции сотовой связи является совсем не таким простым делом, как кажется непосвящённым. Здесь множество нюансов, которые связаны и с конкретным местоположением станции. Например, передача радиосигнала над большой водной поверхностью ухудшается, хотя должно быть наоборот, ведь никаких препятствий нет. Но дело в том, что над поверхностью земли распространяется электромагнитное поле, а большой объём воды работает своеобразным конденсатором, над которым усиливаются помехи радиосигналу. И таких тонкостей множество, поэтому от профессионализма проектировщиков и монтажников напрямую зависит эффективность работы базовой станции.
Мобильная связь на сегодняшний день стала неотъемлемой частью нашей повседневной жизни. Зная о вреде и возможных негативных последствиях, мы продолжаем использование данного вида коммуникаций.
Ограничить и обезопасить себя от действия данного вредоносного фактора мы можем, уменьшив пользование прибором. Но остается вопрос, точного ответа на который ещё не известно «Как снизить влияние вышек сотовой связи на здоровье человека и опасно ли такое воздействие вообще?».
Насколько опасно излучение от вышки сотовой связи
Любой экзогенный фактор, что действует на организм приводит к тем или иным последствиям и излучение от вышки сотовой связи здесь не исключение. При этом вышеупомянутая конструкция генерирует электромагнитные сигналы для коммуникации между абонентами, которые пользуются мобильной связью. Такое излучение считается условно безопасным для общества в целом, однако вышка сотовой связи рядом с домом вред для здоровья все-таки приносит. Поэтому с уверенностью можно утверждать, что влияние такого источника на человека может привести к негативным последствиям в виде патологий и болезней тех или иных органов.Любая сотовая вышка рядом с домом (вред такой конструкции обусловлен ранее) оказывает негативное влияние на здоровье человека. Однако интенсивность такого воздействия зависит от количества производимого ей сигнала.
Распространение импульса на то или иное расстояние зависит от многих факторов, среди которых выделяют такие:
- Нагрузка на саму конструкцию, то есть количество подобных вышек вблизи
- Аппаратура, используемая оператором при построении самой вышки и при получении сигнала пользователями мобильной связи
- Количество зданий вблизи, то есть плотность коммуникаций возле вышки. Чем их больше, тем хуже распространяется сигнал, поэтому при таком строительстве большое значение имеет не только территория, но и объекты, которые находятся рядом
Физические характеристики излучения от вышек
На сегодняшний день проводится множество исследований по поводу изучения конструкций под названием базовая станция сотовой связи, вред для здоровья которой фактически доказан. Однако, мнения здесь делятся, поскольку застройщики утверждают, что такие вышки абсолютно безопасны для человека, ведь построены в соответствии с нормами действующего законодательства и их вредное воздействие не превышает максимально допустимый порог. Ученые все-таки советуют остерегаться излучения такого типа, особенно, если вышка построена рядом с домом.Операторы мобильной связи говорят, что работа вышки действует на человека очень косвенно и фактически не может нанести вреда здоровью. Это обусловлено тем, что сигнал, который распространяется идет на большой высоте от поверхности земли (поскольку он генерируются фактически на самой высокой точке конструкции), вниз излучения доходит примерно в 700-1000 раз меньше, чем идет основным путем по принципу сотового построения. Однако по физическим законам, рассеяние энергии прямо пропорционально квадрату расстояния. То есть чем ближе расстояние к источнику излучения, тем большее влияние он будет осуществлять на живой организм, даже принимая во внимание тот факт, что на землю доходит гораздо меньше энергии, чем есть в воздухе.
Антенны сотовой связи на жилых домах также наносят вред здоровью человека. Такие конструкции производят гораздо меньшее количество излучения, однако размеры их также пропорционально уменьшаются. В результате, расстояние между помещением, где находятся люди и точкой пространства в которой генерируется больше вредной энергии сокращается. Излучения в таких местах значительно превышает разрешенные 10 мкВт /см для безопасного воздействия на человеческий организм. К этому добавляется электромагнитная энергия от других устройств домашнего обихода и приборы общественного использования, которые также служат источником опасного воздействия.
Поэтому вредное воздействие , которое производит вышка сотовой связи рядом с домом (вред такого соседства бесспорно доказан) с точки зрения биологии, влияет на человеческое тело крайне негативно, поскольку может стать причиной возникновения многих заболеваний внутренних органов.
Влияние вышки сотовой связи на здоровье человека
Сотовые вышки бесспорно наносят вред здоровью человека. Вопрос только в том, сколько вредного излучения приходится на человеческий организм и пропорционально этому, какие вредные последствия это может повлечь.Чем ближе находится человек, тем большее количество энергии поглощает его тело, что в свою очередь может привести к следующим последствиям:
- Ухудшение работы центральной нервной системы, что проявляется общей слабостью, сонливостью, головными болями, проблемами со сном и т.д.
- Увеличение риска развития нарушений сердечно-сосудистой системы, включая патологии кровеносного русла, миокарда, эпикарда, перикарда, вплоть до возникновения инфаркта
- Изменение гормонального фона, на фоне этого возможно развитие заболеваний мочеполовой системы, что со временем при крайних формах может привести к развитию импотенции или невозможности оплодотворять у мужчин или не вынашивания ребенка у женщин
- Ухудшение самочувствия, развитие острых состояний при хронических заболеваниях вплоть до развития бронхиальной астмы у людей, страдающих аллергическими заболеваниями различного генеза
- Нарушение работы организма путем изменения его гомеостаза, что ведет к воспалительным заболеваниям во внутренних органах
Также остерегаться влияния излучения от вышек сотовой связи следует беременным и женщинам, которые кормят грудью. Ребенок, находясь в утробе матери, особенно на первых месяцах беременности, очень восприимчив к действию негативных факторов влияния как эндогенного, так и экзогенного происхождения. Излучение выступает в этом случае в роли тератогенного фактора, который может вызывать различные патологии развития плода или даже быть причиной прерывания беременности вследствие замирания плода в особо тяжелых случаях. Кормящим матерям также следует опасаться излучения, поскольку негативная энергия может вызвать изменение структуры молока, что в свою очередь приведет к нарушениям развития нервной или пищеварительной систем детского организма.
Как обезопасить себя от влияния вышки сотовой связи рядом с домом?
Существует несколько способов уменьшить воздействие вредного излучения или нивелировать ее полностью. Прежде всего, следует определить количество энергии, которая условно может подействовать на человека. Отвечая на вопрос " от вышки сотовой связи?" стоит посоветовать обратиться к специалистам соответствующих служб, которые определят уровень вредного воздействия на человеческое здоровье непосредственно у конструкции, а также в домах, которые располагаются рядом с ней.Стоит также помнить, что излучение от вышки сотовой связи (безопасное расстояние при этом будем считать условно нарушенным, как это часто бывает при строительстве таких конструкций) можно уменьшить с помощью некоторых строительных материалов. Например, стекло уменьшает вредное воздействие в 2-3 раза, а бетонные конструкции пропускают в 30 раз меньше излучения . Можно сделать вывод, что, находясь в помещении, человек уменьшает вредное воздействие вышки сотовой связи на свой организм.
Уменьшить частично поможет уборка в квартире или доме. Влияние влаги относительно нивелирует вредную энергию, которая за определенное время аккумулировалась в доме.
Если изначально есть возможность выбора строительства дома, желательно не начинать его в местах, где располагаются вышки или в ближайшем будущем планируется их сооружения. При обстоятельствах, когда нет выбора места расположения будущего построения, нужно максимально уменьшить вредное воздействие на организм. Стоит опасаться излучения такого генеза и его попадания на тело, так как это может привести к негативным последствиям таких как развитие патологий или заболеваний, вызванных данным внешним фактором.