Какой бывает Beamforming на базовых станциях?
Не раз слышал мнение, что Beamforming – это обязательно луч базовой станции, следящий за абонентом или абонентами и меняющий свою форму, направление и дальность. На самом деле, это понятие куда шире, а первые реализации появились ещё в 3G. Но обо всём по порядку.
Beamforming в переводе с английского – формирование луча. Если сказать максимально просто это технология разделения одной соты на несколько. В самом простейшем варианте beamforming заключается в разделении одной соты на две за счёт установки специальной антенны имеющей в одном диапазоне сразу 2 основных лепестка диаграммы направленности в одном диапазоне.
На таком секторе нужно установить также 2 радиомодуля, так как фактически ёмкость и ресурс такого сектора удваивается. Это называется статический beamforming и он достаточно часто используется в сетях 3G.
Бывают ситуации когда нагрузка на станции или отдельной соте очень большая, а возможности установить ещё одну станцию по близости нет или это не имеет экономического смысла.
Кроме деления по горизонтали сектор также можно разделить по вертикали. В этом случае две новые соты будут расположены друг под другом. Это более эксклюзивный вариант beamforming, который может быть использован для создания покрытия в небоскрёбах или на горнолыжных склонах.
Сочетание горизонтального и вертикального деления сектора приведёт нас к целой матрице лучей – секторов, которая очень хорошо уживается с другой технологией – MIMO. В 4G могут применяться антенны с MIMO вплоть до 32T32R. Фактически это увеличивает ресурс одного сектора в 32 раза.
Дальнейшее развитие этой технологии называется динамический beamforming когда мощность соседних лучей не равна друг другу. Задействуются лишь те лепестки, в которых наблюдается нагрузка в данный конкретный момент времени.
В этом случае базовая станция может усилить мощность в одном направлении и снизить в другом, что заметно улучшает качество обслуживания и скорости в зданиях, подвальных помещениях, переходах и т.п.
Однако есть и вариант beamforming когда луч действительно следует за абонентом или скоплением абонентов. Это называется 3D beamforming. Причём сама антенна остаётся неподвижной, а форма луча изменяется за счёт изменения напряжения на разных элементах антенной решётки.
3D beamforming позволяет наращивать ёмкость сектора практически бесконечно, но есть одно но. Стоимость антенн для этой технологии очень высокая. Она существенно превышает стоимость остальной станции и найти реальную область применения этой технологии в настоящее время очень сложно.
Как вы видите, beamforming имеет множество вариаций: от самых простых, до крайне сложных и дорогих. Эта технология как волшебная палочка сейчас является основной движущей силой позволяющей увеличивать спектральную эффективность новых стандартов сотовой связи.
С приходом 5G у операторов появляется всё больше вариантов её применения на практике, что в будущем позволить обеспечить покрытие внутри зданий даже в очень высоких частотных диапазонах.