Systemy Anten Rozproszonych (DAS):

Przegląd technologii, efektywności kosztowej i zastosowania.

Wewnątrzbudynkowe Systemy Anten Rozproszonych DAS stały się ważną i krytyczną częścią zarówno sieci komórkowych operatora telekomunikacyjnego, jak i samej infrastruktury budynkowej. Jednak wraz z rozwojem technologii, zwłaszcza w ciągu ostatnich 20 lat, problem ten staje się coraz bardziej złożony. Sama lista stosowanych akronimów może być przytłaczająca: iDAS, oDAS, eDAS, aktywny DAS, pasywny DAS, hybrydowy DAS, off-air DAS i wiele innych. Przewodnik ten opisuje powszechne typy Systemów Anten Rozproszonych oraz ich najbardziej efektywne strategie wdrożeniowe.

DAS to sieć anten, która wysyła i odbiera sygnały łączności komórkowej na licencjonowanych pasmach częstotliwości, poprawiając w ten sposób łączność głosową i transmisję danych dla użytkowników końcowych. W swojej najbardziej uproszczonej formie, DAS posiada dwa podstawowe komponenty:

System Anten Rozproszonych, jak sama nazwa wskazuje, „rozprowadza” sygnał – ale jako taki nie generuje sygnału komórkowego. DAS musi być zasilany sygnałem z zewnątrz. Istnieją trzy typowe źródła sygnału: off-air (poprzez antenę zainstalowaną na dachu), stacja bazowa BTS (Base Transceiver Station) oraz najnowsze podejście – małe komórki (Small Cells).

Odebrany sygnał komórkowy musi być rozprowadzony po całym budynku. Istnieją cztery główne typy systemów dystrybucji DAS: aktywny (wykorzystujący światłowód lub kabel ethernetowy), pasywny, hybrydowy i cyfrowy.

Wydajność Systemu Anten Rozproszonych zależy od rodzaju zastosowanej technologii. Aby zrozumieć, co mamy na myśli przez „wydajność”, należy najpierw zrozumieć dwie główne miary wydajności: zasięg i przepustowość systemu.

Aby móc porównać różne technologie, należy najpierw przeanalizować dwa główne powody wdrażania systemów DAS: zapewnienie odpowiedniego zasięgu i przepustowości transmisji.
W niektórych lokalizacjach zużycie danych jest o wiele większe niż w innych. Przykładami są stadion piłkarski, gdy odbywa się na nim ważne wydarzenie sportowe, lub duży obiekt muzyczny, na którym odbywa się koncert znanej gwiazdy muzyki pop. Gdyby któryś z tych obiektów miał być w zasięgu tylko pobliskiej wieży BTS w celu zapewnienia usług telefonii komórkowej dla wszystkich potencjalnych użytkowników, BTS i sieć lokalna szybko stałyby się niestabilne i przepełnione. W takich sytuacjach system DAS o dużej pojemności jest podstawowym rozwiązaniem.Jeśli sygnał o wystarczającej mocy nie dociera do użytkowników, dlatego, że wieża BTS jest zbyt daleko lub z powodu materiałów budowlanych z których zbudowany jest dany obiekt, takich jak okna o niskim współczynniku przenikania elektromagnetycznego EM, w budynkach typu LEED blokujących sygnał telefonii komórkowej, podstawową potrzebą jest zdecydowana poprawa zasięgu. Na przykład, nowo wybudowany szpital z certyfikatem LEED z betonowymi ścianami może nie zapewniać zasięgu wewnątrz-budynkowego i wymagać zastosowania systemu DAS. W wysokich budynkach wielopiętrowych często instaluje się system DAS, ponieważ poziom szumów częstotliwości radiowych na większych wysokościach czynią te sygnały bezużytecznymi.

Podstawowy schemat Systemu DAS
Kluczowym, pierwszym krokiem projektu jest identyfikacja jednej z tych potrzeb jako podstawowego wymagania projektu. Wybór odpowiedniej technologii DAS polega na znalezieniu kompromisu pomiędzy wymaganiami co do zasięgu, przepustowości systemu i jego ceną.

Źródła sygnału

Źródła sygnału dla systemu DAS są jednym z najważniejszych czynników determinujących zarówno obszar pokrycia, jak i przepustowość systemu. Bez względu na to, jak dobrze jest zaprojektowany system dystrybucji sygnału, DAS jest zawsze ograniczony wydajnością sygnału zasilającego sieć. Trzy główne źródła sygnału to:

  • off-air;

  • BTS, NodeB lub eNodeB;

  • mała komórka (Small Cell).

Off-Air

System DAS wykorzystujący sygnał przesyłany drogą powietrzną off-air (czasami nazywany repeaterem) wykorzystuje antenę donorową instalowaną przeważnie na dachu budynku do odbioru i przesyłania sygnałów operatora telefonii komórkowej.

Sygnały off-air są najczęstszymi źródłami sygnału dla systemów DAS. Jeśli sygnał na antenie donorowej jest bardzo słaby lub ruch telekomunikacyjny generowany na najbliższej stacji BTS jest zbyt duży, zastosowanie systemu DAS opartego na wykorzystaniu anteny donorowej nie ma sensu. Ale jeśli odbierany sygnał jest silny i niezakłócany, to sygnał off-air jest często najprostszym i najbardziej efektywnym kosztowo źródłem sygnału wykorzystywanym przez systemy DAS.

System DAS, który wykorzystuje sygnał przesyłany drogą powietrzną off-air nie zwiększa przepustowości sieci operatora i jest przede wszystkim używany do rozszerzenia zasięgu na granicy zasięgu BTS. Ten typ zastosowania systemu DAS jest często najtańszą opcją i znajduje najczęściej zastosowanie, gdy głównym powodem wdrożenia systemu DAS jest rozszerzenie zasięgu wewnątrz danego obiektu.

Zalety:

  • Krótki czas wdrożenia (wymagany minimalny udział operatora)

  • Najniższy koszt

  • Możliwość pracy z wieloma operatorami

Wady:

  • Wydajność zależy od siły i jakości sygnału operatora(ów), a także od ruchu telekomunikacyjnego generowanego w sieci makro.

  • Jeśli sygnał nadawany przez operatora ulegnie osłabieniu, zmieni się również wydajność systemu DAS.

  • Nie poprawia przepustowości systemu – jest całkowicie zależny od jakości sygnałów w sieci makro.

  • Optymalizacja sygnałów dla więcej niż jednego operatora może być utrudniona.

  • Przed zainstalowaniem systemu wymagane jest podpisanie umów z operatorami dotyczącymi retransmisji nadawanych przez nich sygnałów.

BTS, NodeB i eNodeB

Bazowa stacja nadawczo-odbiorcza (BTS), NodeB i eNodeB odnoszą się do technologii wykorzystywanej przez wieże telefonii komórkowej do generowania sygnału komórkowego. Dla uproszczenia, technologie te są często określane po prostu jako źródło sygnału BTS.

Połączenie pomiędzy siecią BTS operatora komórkowego a jego siecią transportową zazwyczaj wymaga dedykowanego połączenia światłowodowego, które zwykle jest instalowane przez samego operatora. System Anten Rozproszonych instalowany w obiektach takich jak duży stadion lub lotnisko może łączyć się nawet z wieloma BTS-ami – jednym dla każdego operatora – aby obsłużyć obciążenie ruchem generowanym przez dziesiątki tysięcy użytkowników jednocześnie dzwoniących, wysyłających wiadomości tekstowe i korzystających z transmisji danych.

Systemy DAS, które jako źródła sygnału wykorzystują BTS-y, zazwyczaj wymagają więcej czasu na wdrożenie i są droższe; każdy operator musi uruchomić transmisję na własnych włóknach światłowodowych, a same stacje bazowe BTS stanowią istotną pozycję kosztową całego systemu.

Zalety:

  • Największa wydajność

  • Może zapewnić taką przepustowość systemu, jaka jest potrzebna w danym obiekcie.

Wady:

  • Znacznie droższy niż inne opcje.

  • Dłuższy czas wdrożenia: często może trwać miesiące (do roku), zanim operator dostarczy swój sprzęt.

  • Wymaga starannego planowania wokół stref przełączania dla użytkowników wchodzących i wychodzących z budynku.

  • Wysokie koszty CAPEX

  • Wymagania dotyczące powierzchni, zasilania i chłodzenia.

Small Cells (Femtocells, Picocells i MetroCells)

Małe komórki (Small Cells) są najnowszą technologią wykorzystywaną przez operatorów komórkowych do świadczenia usług telefonii komórkowej wewnątrz budynków. Istnieje kilka wariantów Small Cells, w tym również komórek femto, piko, nano i metro. Wszystkie reprezentują w zasadzie tą samą technologię – tworzą one bezpieczny kanał powrotny do sieci operatora wykorzystując zwykłe połączenie internetowe i generują tym samym w ysokiej jakości sygnał bezprzewodowy.

Typowe pokrycie małej komórki to obszar około 500 do 1350 metrów kwadratowych przy stosunkowo wysokich kosztach samej komórki. Podczas gdy pokrycie większych obiektów dziesiątkami małych komórek nie jest efektywne kosztowo, powierzchnia pokrycia jednej małej komórki może być znacznie zwiększona poprzez wykorzystanie jej jako źródła sygnału dla Systemu Anten Rozproszonych. Jednym z ograniczeń technologii małych komórek jest to, że wymagają one niezawodnego backhaulowego łącza internetowego. Każda mała komórka zazwyczaj obsługuje około 200 użytkowników.

Do tej pory zrealizowano wiele projektów DAS, które wykorzystują małe komórki jako źródło sygnału, a wyniki są zazwyczaj bardzo dobre. Przewiduje się, że będzie to najszybciej rozwijająca się technologia w zakresie implementacji systemów DAS.

Zalety:

  • Generowanie wysokiej jakości sygnału

  • Stosunkowo niski koszt w porównaniu z systemem zasilanym z BTS

  • Szybka instalacja

  • Idealny dla budynków z kilkuset użytkownikami.

Wady:

  • System trudno skalowalny, zwłaszcza w gdy chodzi o zapewnienie zasięgu dla tysięcy użytkowników

  • Jest zależny od jakości połączenia internetowego dostępnego w danym obiekcie.

  • Wymaga starannego zaplanowania stref przełączania pomiędzy małymi komórkami i siecią makro.

  • Nie wszyscy operatorzy oferują dostęp do małych komórek.

Mieszane Źródła Sygnału

W zależności od konfiguracji systemu DAS, możliwe jest jednoczesne stosowanie kilku wyżej wymienionych źródeł sygnału w jednym miejscu. Na przykład, można użyć dostępną małą komórkę jako źródła sygnału komórkowego dla jednego operatora, a resztę operatorów podłączyć za pomocą systemu off-air z anteną donorową.

Technologie dystrybucji sygnału

Bez względu na to, z jakiego źródła sygnału korzysta system, DAS musi go wzmacniać, rozprowadzać i retransmitować w budynku. Istnieją cztery główne rodzaje technologii dystrybucji sygnału: aktywna, pasywna, hybrydowa i cyfrowa.

DAS pasywny

Pasywny DAS wykorzystuje pasywne komponenty radiowe, takie jak kabel koncentryczny, rozgałęźniki, odgałęźniki i łączniki do dystrybucji sygnału wewnątrz budynku. Im dalej od źródła sygnału i wzmacniaczy jest umieszczona antena, tym bardziej sygnał nadawany z tej anteny będzie tłumiony. Prawidłowe zaprojektowanie pasywnego DAS wymaga precyzyjnego obliczenia budżetu mocy, tak by moc wyjściowa każdej anteny była równa.

Większość instalowanych do tej pory systemów DAS to systemy pasywne. Są one zazwyczaj prostsze niż inne typy Systemów Anten Rozproszonych. Jednakże coraz częściej, zwłaszcza dla dużych obiektów, zaleca się stosowanie systemów DAS aktywnych lub hybrydowych.

Zalety:

  • Niskie koszty, ponieważ nie ma potrzeby stosowania przetworników analogowo-cyfrowych. Uproszczona obsługa techniczna

  • Nie jest wymagany dodatkowy sprzęt do podłączenia więcej niż jednego operatora.

Wady:

  • Brak możliwości stosowania długich odcinków kabli ze względu na znaczne tłumienie sygnału.

  • Wymaga precyzyjnych obliczeń budżetu mocy łącza w celu zapewnienia optymalnej wydajności systemu.

DAS Aktywny

Aktywny DAS konwertuje radiowy sygnał analogowy przesyłany ze źródła sygnału (np. BTS) na sygnał cyfrowy i dalej rozprowadza wewnątrz obiektu. Konwersja analogowo-cyfrowa jest przeprowadzana w jednostce centralnej. Jednostka centralna może zdigitalizować sygnał jednego lub wielu operatorów. Po konwersji, system DAS przesyła sygnał cyfrowy za pomocą światłowodu lub kabla Ethernetowego do radiowych jednostek wyniesionych (RRU), które z kolei konwertują sygnał cyfrowy z powrotem na sygnał analogowy.

W przeciwieństwie do systemów pasywnych lub hybrydowych, systemy aktywne nie wykorzystują kabla koncentrycznego do dystrybucji sygnału. Kabel światłowodowy lub ethernetowy biegnie prosto do aktywnej jednostki antenowej, a konwersja z powrotem do radiowej częstotliwości analogowej jest wykonywana przez wewnętrzne układy anteny (czasami zwane Punktami Dostępu – Access Point).

Zalety:

  • Kabel światłowodowy lub Ethernetowy może być współdzielony z infrastrukturą WiFi (w rzeczywistości często skomplikowaną).

  • Łatwa rozbudowa

  • Brak ograniczeń co do długości przebiegów kabli

Wady:

  • Znacznie droższy niż systemy pasywne lub hybrydowe Jednostki zdalne są droższe i wymagają doprowadzenia dedykowanego zasilania.

DAS Hybrydowy

DAS Hybrydowy łączy w sobie cechy systemów pasywnych i aktywnych. Jednostki Wyniesione RRU i anteny są montowane oddzielnie, dzięki czemu system może wykorzystywać zarówno kabel światłowodowy, jak i kabel koncentryczny do rozprowadzania sygnału w całym obiekcie. Ponieważ ta konfiguracja wymaga mniejszej liczby RRU, hybrydowy DAS zwykle kosztuje mniej niż DAS aktywny.

Typowa hybrydowa konfiguracja DAS składa się z jednostki RRU, zwykle zlokalizowanej na każdym piętrze budynku, która konwertuje sygnał cyfrowy na sygnał analogowy RF. Sygnał analogowy jest następnie przesyłany do wielu anten pasywnych zainstalowanych na tym samym piętrze za pomocą kabla koncentrycznego.

Zalety:

  • System tańszy niż typowy DAS aktywny
  • Brak ograniczeń co do długości kabli w części cyfrowej systemu.

Wady:

  • Droższy niż system pasywny. Wymaga wyliczania budżetu mocy dla każdego łącza na każdym piętrze.
  • System bardziej skomplikowany w instalacji, ponieważ wykorzystuje zarówno światłowód, jak i kable koncentryczne.

DAS Cyfrowy

Najnowszym osiągnięciem w technologii DAS jest wprowadzenie w życie ujednoliconych wymagań na styk Common Public Radio Interface (CPRI), które pozwalają jednostce bazowej (BBU, która jest rodzajem BTS) komunikować się bezpośrednio z jednostką centralną DAS i poprzez nią z jednostkami wyniesionymi bez konieczności konwersji na analogowy interfejs RF.

Zalety:

  • Teoretycznie prostszy do zainstalowania

  • Teoretycznie tańsze w instalacji.

Wady:

  • Wprowadzenie konkurencyjnych standardów (norm) znacznie ogranicza obszar zastosowania.

Podsumowując

Biorąc pod uwagę trzy różne źródła sygnału i cztery różne systemy dystrybucji, istnieje łącznie dwanaście możliwych konfiguracji DAS. W praktyce jednak jest ich znacznie mniej. Poniżej znajduje się przegląd najpopularniejszych konfiguracji oraz zastosowań.

Pasywny, Off-Air DAS

Anteny donorowe montowane na wieżach

Anteny donorowe montowane na wieżach

Stacja czołowa DAS

Stacja czołowa DAS

Kable koncentryczne, odgałęźniki, rozgałęźniki

Kable koncentryczne, odgałęźniki, rozgałęźniki

Anteny wewnętrzne

Anteny wewnętrzne

Ten typ DAS jest tańszy niż pozostałe typy i wymaga najkrótszego czasu instalacji i uruchomienia. Dotyczy to w szczególności sytuacji, gdy konieczne jest zapewnienie zasięgu dla kilku operatorów.

NAJLEPSZY DLA:

Większości projektów dla powierzchni do około 45.000 metrów kwadratowych. Wymaga sygnału zewnętrznego odpowiedniej jakości i mocy oraz zgody operatora.

DAS Pasywny, zasilany z małych komórek (small cells)

Małe Cele Small Cells) z dostępem do Internetu

Małe Cele Small Cells) z dostępem do Internetu

Stacja czołowa DAS

Stacja czołowa i Jednostka Centralna DAS

Kable koncentryczne, odgałęźniki, rozgałęźniki

Kable koncentryczne, odgałęźniki, rozgałęźniki

Anteny wewnętrzne

Anteny wewnętrzne

Jeśli jakość sygnału operatora jest niska lub na pobliskich wieżach generowany jest duży ruch, połączenie małej komórki z pasywnym DAS jest często najlepszą opcją. Instalowana jest coraz większa liczba systemów DAS zasilanych z małych komórek dając wyraźnie lepsze rezultaty niż systemy off-air

ZALECANY DLA:

Powierzchni do 65.000 metrów kwadratowych, gdzie dostępne jest niezawodne backhaulowe połączenie internetowe.

DAS Hybrydowy Off-Air

Anteny donorowe montowane na wieżach

Anteny donorowe montowane na wieżach

Stacja czołowa i Jednostka Centralna DAS

Stacja czołowa i Jednostka Centralna DAS

Okablowanie światłowodowe lub Ethernetowe

Okablowanie światłowodowe lub Ethernetowe

Jednostki Wyniesione (RRU), kable koncentryczne, anteny wewnętrzne

Jednostki Wyniesione (RRU), kable koncentryczne, anteny wewnętrzne

Hybrydowy DAS łączy możliwości aktywnego systemu DAS do pokrycia (zasięgu) bardzo dużych obszarów z niektórymi zaletami cenowymi systemu pasywnego

ZALECANY DLA:

Gdy nie da się uniknąć długich przebiegów kablowych lub gdy obszar pokrycia (zasięg) jest bardzo duży i słabo zaludniony.

Aktywny System DAS zasilany z BTS

Dostarczany przez operatora sygnał z BTS

Anteny donorowe montowane na wieżach

Stacja czołowa i Jednostka Centralna DAS

Stacja czołowa i Jednostka Centralna DAS

Okablowanie światłowodowe lub Ethernetowe

Okablowanie światłowodowe lub Ethernetowe

Jednostki Wyniesione (RRU), kable koncentryczne, anteny wewnętrzne

Jednostki Wyniesione (RRU), kable koncentryczne, anteny wewnętrzne

Aktywny, Hybrydowy System DAS zasilany z BTS

Dostarczany przez operatora sygnał z BTS

Dostarczany przez operatora sygnał z BTS

Stacja czołowa i Jednostka Centralna DAS

Stacja czołowa i Jednostka Centralna DAS

Okablowanie światłowodowe

Okablowanie światłowodowe

Jednostki Wyniesione (RRU)

Jednostki Wyniesione (RRU)

Kable koncentryczne, pasywne anteny wewnętrzne

Kable koncentryczne, pasywne anteny wewnętrzne

Opcje te wymagają doprowadzenia sygnałów z BTS-ów operatorów do instalowanego systemu DAS, co często jest czasochłonne i i wymaga sporo biurokracji.

ZALECANE DLA:

Systemy zalecane do obsługi tysięcy użytkowników zlokalizowanych na jednym obszarze. Głównym celem instalowania takich systemów jest raczej uzyskanie dużej ich przepustowości niż poprawa zasięgu. Z reguły są to wielopasmowe systemy multioperatorskie.

Skontaktuj się z nami!

Jeśli zastanawiacie się Państwo nad właściwym doborem Systemu Anten Rozproszonych DAS, jeden z naszych specjalistów ds. radiokomunikacji może aktywnie wesprzeć Was w trakcie procesu wyboru najbardziej odpowiedniej konfiguracji systemu.