eNodeB (eNB)
eNodeB (eNB) – базовая станция сети стандарта LTE. Она является аналогом NodeB для сети UMTS и BTS для сети GSM. Основной задачей eNodeB является преобразование сигнала пришедшего от SGW в высокочастотный сигнал и передать его через секторные антенны (антенну). Именно eNodeB отвечает за покрытие сети LTE и является шлюзом между абонентским терминалом и сетью LTE.
eNodeB в составе сети LTE
В сети LTE нет аналога контроллеру базовых станций: RNC или BSC. Все функции контроллера возложены на eNodeB. Благодаря отсутствию контроллера базовых станций емкость и покрытие сети доступа становятся легко масштабируемы. Теперь нет промежуточного элемента, на емкость которого необходимо ориентироваться, планируя расширение сети.
В Rel.9 3GPP кроме обычных eNodeB предусмотрены еще Home eNodeB (HeNB). Главное отличие HeNB от eNodeB заключается в простоте конструкции, легкости монтажа и возможности автоконфигурации. HeNB представляет собой небольшое прямоугольное устройство, размером с почтовый ящик, в котором уже имеется панельная антенна, интерфейсный блок и основной функциональный блок обработки и преобразования сигнала. Он легко монтируется на стену или потолок, а подключение его к SGW возможно c помощью Ethernet-кабеля через сеть Интернет. Кроме того, обычно HeNB обладает возможностью автоконфигурации и не требует выезда на место специалиста для проведения долгой процедуры настройки и ввода в эксплуатацию, т.к. процедуру установки необходимых параметров можно провести удаленно после подключения устройства к сети Интернет. Основное назначение HeNB – это установко внутри жилых помещений, офисов, небольших производственных помещений.
При использовании материалов ссылка на сайт обязательна
Netmonitor как средство для измерения GSM/3G сигнала при установке и настройке GSM репитера 3G усилителя.
Netmonitor является инструментом отображения технических данных о состоянии сети сотового оператора. Позволяет определить уровень входящего сигнала оператора и номера каналов, на котором работает данный оператор, тип сети и основные параметры.
В обычном мобильном телефоне эта функция чаще всего доступна набором специальной комбинации клавиш по типу USSD-запроса.
В основном эта информация используется для правильного подбора и установки GSM ретрансляторов и 3G репитеров.
Активация меню Netmonitor для различных моделей телефонов:
Apple iPhone 2g, 3g, 3gs, 4g, 4gs, 5 – версия прошивка 5.0.1 и выше:
*3001#12345#* затем нажать «вызов». Попадаем в меню Field Test. В левом верхнем углу виден уровень сигнала мобильного оператора, отражаемый в Дб. Далее на вкладку GSM Cell Environment/GSM Cell/Neighboring Cells, здесь видно список каналов. Всего 6 каналов. Для того, чтобы посмотреть информацию о канале следует нажать на стрелочку.
HTC EVO, HTC Incredible, HTC Touch – Verizon
##33284# и нажать вызов, далее попадаете в меню, где необходимо выбрать сеть, уровень сигнала которой вы хотите узнать.
HTC Thunderbolt, HTC Inspire 4G
*#*#4636#*#*
LG LX-350, LX-550 Fusic(Sprint)
##33284#
LG PM-225, PM-325, MM-535, LX5400
##33284# или ##33284 и нажать ОК. Если спросит пароль: 040793 или 000000.
LG C900 Windows 7 smartphone
Сначала вводим ##634#, если спросит пароль 2277634#*# и нажать ENTER.
LG 510
Нажать МЕНЮ, далее 000000 (шесть нулей) и выбрать TEST MODE, далее READ RSSI. Чтоб выйти из меню необходимо выключить телефон.
LG Sprint Touchpoint 1100, 2100, 2200, 5250, 4NE1, 1010, 1200
##33284 далее СОХРАНИТЬ и ОК
Motorola Droid
Быстро набрать *#*#4636#*#*, далее выбрать Phone info.
Motorola C290 (Sprint)
##33284## далее вводим код 040793 и нажимаем ОК.
Motorola Q(Verizon)
##* далее SEND, далее CALL STATUS SCREEN, потом ОК
Motorola Q (Sprint)
##33284# далее CALL STATUS SCREEN, потом ОК
Nokia 2100
*3001#12345#, выбираем MENU далее следуем инструкциям.
Nokia 6215i, 6315
Нажать ##2773, далее код 000000
Samsung A310
MENU, 0, выбираем DEBUG
Samsung A460, 3500, A540
MENU, 0, 9, вводим код 040793, выбираем DEBUG SCREEN
Samsung A500, N400
MENU 010, вводим 040793, выбираем DEBUG SCREEN
Samsung A620, A660, A860, M300
##33284 и нажать ОК, потом набрать 040793, выбрать DEBUG SCREEN и нажать ОК.
Samsung A630, A650, N330
Нажать MENU, 9, *. Ввести код 000000, выбрать DEBUG SCREEN, нажать ОК.
Samsung A670, A570
Нажать MENU, 7, *. Ввести код 000000, выбрать DEBUG SCREEN
Samsung A560, A740, A760, A840, A880, P207
##33284#, нажать ОК, ввести код 040793, выбрать DEBUG SCREEN и нажать ОК.
Samsung A790
##33284#, ввести код 040793, уровень сигнала после D.
Samsung A900, A920, A570
##33284# или ##33284 и нажать синюю ОК клавишу. В поле ввести код 040793 или 000000. Выбрать DEBUG SCREEN или FIELD TEST и далее SCREEN. Уровень сигнала будет после буквы D.
Samsung E105, D807, A517, E316, E317, X426, X427, X475, S300, S307, D347
Ввести *#9324#
Samsung BlackJack SGH-I607, A412, BlackJack II
Ввести *#0011#
Samsung i730, I760 (Verizon)
**33284 и код 000000, выбрать MONITOR
Samsung N240
##33284 и нажать ОК. Выбрать DEBUG SCREEN и нажать ОК.
Samsung U520, U340
Нажать MENU (кнопка ОК), 9, 0. Далее 000000, выбрать DEBUG SCREEN. T63 D085-5 означает, что уровень сигнала – 85 дБм.
Samsung C170, X820
*#9999*0#
ARFCN (Absolute radio-frequency channel number) – это номер канала.
Значение ARFCN в диапазоне 1-124 или 974-1024 это означает, что оператор работает в диапазоне 900 МГц и нам нужна Антенна GSM (900 мГц) или Репитер GSM900.
Значение ARFCN в диапазоне 512-886 это означает, что оператор работает в диапазоне 1800 МГц и мы выбираем антенну 1800 или репитер DCS1800.
Downlink Frequency – номер канала, по которому определяется частота несущей.
Если значение канала в диапазоне 2937-3088, то это 3G/UMTS900 – и нам нужна антенна GSM900 или Репитер GSM900.
Советуем смотреть информацию по нескольким каналам. Также информация по данному определению номеров каналов будет более достоверной, если проводить данные замеры во время соединения с другим абонентом (входящий или исходящий вызов). Надо понимать, что все значения телефон показывает только для того сотового оператора, сим карта которого вставлена в телефон в момент измерений! И если Вы хотите установить GSM/3G Pепитер под двух и более сотовых операторов, то необходимо проделать все измерения с каждой симкартой!
Программы Нетмониторинга для смартфонов на базе ОС Android:
Для установки программ подойдет любой смартфон на базе ОС Android (ну или почти любой, китайские айфоны на андроиде использовать не рекомендуем). Хорошо себя показали аппараты серии Nexus (в первую очередь из-за последней версии ОС Android), а также HTC Desire — нетмониторы на этих аппаратах они показывают максимально возможную информацию. Аппараты других марок и моделей тоже подойдут, но могут не отображать некоторую дополнительную информацию (например, список соседних базовых станций, о чем более подробно написано ниже).
Если смартфон у вас уже есть, пол дела сделано. Надо поставить программу-нетмонитор. Их не так много, а хороших и вообще почти нет. Вот некоторые из них котрые можно найти в Google Play Market:
Все, что требуется от программ, так это корректно отображать параметры, необходимые нам для мониторинга сети и сохранять их в удобочитаемый пригодный для машинной обработки лог вместе в некоторых случаях с GPS-координатами.
Таким образом, рекомендуем использовать лишь две программы, честно выполняющие свои задачи: G-MoN и Netmonitor.
Что же мониторить?
Для начала, определимся с задачей — нам необходимы параметры, однозначно определяющие базовую станцию, а точнее, конкретный сектор (соту) базовой станции или другую минимальную ячейку позиционирования в мобильной сети.
Детальное описание распространенных типов мобильных сетей и отображение в netmonitor:
GSM
GSM, Global System for Mobile Communications — Глобальная система для мобильной связи. Сеть второго поколения. В Украине применяется в следующих частотных диапазонах:
| Название | Диапазон на передачу, МГц | Диапазон на прием, МГц |
|---|---|---|
| 900 | 890–915 | 935–960 |
| 1800 | 1710.2–1784.8 | 1805.2–1879.8 |
Для 900-го диапазона существует несколько модификаций, призванных увеличить пропускную способность сети за счет расширения частотного диапазона:
| Название | Название полностью | Диапазон на передачу, МГц | Диапазон на прием, МГц |
|---|---|---|---|
| E-GSM | Extended GSM | 880–915 | 925–960 |
| R-GSM | Railways GSM | 876–915 | 921–960 |
| T-GSM | Trunking GSM | 870.4–876.0 | 915.4–921.0 |
GSM-1800
Также называется DCS (Digital Cellular Service, Цифровой Сотовый Сервис).
В сети GSM существуют следующие параметры:
| Параметр | Формат | Описание |
|---|---|---|
| MCC | 3 десятичные цифры | Mobile Country Code, Код страны. Уникальный идентификатор страны (полный список MCC). |
| MNC | 2–3 десятичные цифры (ведущие нули имеют значение, 01 и 001 — это разные коды) | Mobile Network Code, Код мобильной сети, Код оператора. Уникален в стране с MCC (смотреть список по странам в Википедии или на сайте Международного Союза Электросвязи (ITU, International Telecommunication Union)). |
| PLMN ID | MCC + MNC 1, 5–6 десятичных цифр | Public Land Mobile Network Identifier, Идентификатор наземной подвижной сети общего пользования. Является первыми 5–6 цифрами IMSI-номера SIM-карты, в нетмониторах может обозначаться просто как сеть ( net ). |
| LAC | 16-разрядное целое число | Location Area Code, Код местности. Уникален в пределах сети оператора с соответствующим MNC. |
| CID | 16-разрядное целое число | Cell Identifier, Идентификатор соты. Уникален в пределах местности с определенным LAC. |
| TA | 6-разрядное целое число (от 0 до 63) | Timing Advance, Временное Опережение, Опережение Синхронизации. Показатель временной задержки прохождения сигнала. Увеличивается на 1 при росте удаленности от базовой станции на каждые 550 метров. |
*** Здесь и далее в таблицах, символ + означает конкатенацию, т.е. сцепление строк, а не арифметическую операцию.
Таким образом, получаем иерархическую цепочку идентификаторов MCC–MNC–LAC–CID (PLMN ID–LAC–CID), где для однозначного определения соты в мире важны все параметры. И именно эти параметры нам показывает любой нетмонитор.
Если нетмонитор показывает параметр TA, то можно примерно (с градацией 550 м) установить удаленность мобильной станции от базовой станции. Для позиционирования это может быть полезным, если известно точное местоположение вышки.
В сети GSM базовые станции (BTS, Base Transceiver Station) передают мобильным станциям (MS, Mobile Station — обозначение мобильных телефонов, модемов и т.п.) не только информацию о той соте, в которой работает MS, но и список соседних сот (NCL, Neighbor Cell List). Этот список конфигурируется для каждой соты при настройке параметров сети и служит для корректного проведения процедуры перехода MS из одной соты в другую (такой переход называется handover или handoff, читать подробнее).
Приложения-нетмониторы могут отображать список соседних сот, правда это работает не на всех смартфонах.
UMTS
UMTS, Universal Mobile Telecommunications System — Универсальная Мобильная Телекоммуникационная Система. Сеть третьего поколения. Всего в сети UMTS насчитывается 26 частотных диапазонов, из них в Украине используются два:
| Номер | Название диапазона | Диапазон на передачу, МГц | Диапазон на прием, МГц |
|---|---|---|---|
| 1 | 2100 | 1920–1980 | 2110–2170 |
| 8 | 900 | 880–915 | 925–960 |
В сетях UMTS такое понятие, как Сота (Cell) не определено. Вместо него появляется концепция Зоны обслуживания (Service Area, SA). Каждая зона обслуживания может состоять из одной или более физических ячеек (сот или секторов, по аналогии с GSM), т.е. может обслуживаться несколькими базовыми станциями (NodeB) одновременно (это, кстати, одно из основных фундаментальных отличий сетей третьего поколения от своих предшественников). Каждая ячейка, в свою очередь, может входить более чем в одну зону обслуживания. Т.е. зоны обслуживания могут пересекаться.
Современные устройства могут одновременно соединяться с тремя физическими ячейками, что помогает обеспечить процедуру т.н. бесшовной или мягкой передачи (softer handover, soft handover), без разрыва и пересоздания канала.
Сопоставление зон обслуживания и ячеек происходит прозрачно, т.е. незаметно для сети передачи данных и, соответственно, для нетмониторов.
Возвращаясь к параметрам, которые нам нужно зафиксировать, в сетях UMTS для нас важны MCC, MNC, LAC, а также:
| Параметр | Формат | Описание |
|---|---|---|
| SAC | 16-разрядное целое число | Service Area Code, Код зоны обслуживания. Уникален в пределах местности с определенным LAC. |
Для нетмониторинга различие заключается только в названии — CID поменялся на SAC, остальные параметры остались прежними, а уникальный номер соты (в данном случае, зоны обслуживания) имеет такой вид: MCC–MNC–LAC–SAC.
Нетмониторы, обычно, не делают различий в обозначении, и код зоны обслуживания показывают как CID.
Что касается списка соседних сот, то он здесь тоже присутствует и называется Neighbouring Set. Однако, соседние соты здесь являются именно физическими сотами, каждая из которых определяется неуникальным номером PSC (Primary Scrambling Code, всего 512 различных PSC), так что использовать их для позиционирования не получится.
Стоит также отметить, что нетмониторы, в частности G-Mon, фиксируют также эти параметры:
| Параметр | Формат | Описание |
|---|---|---|
| RNC ID | 16-разрядное целое число | Radio Network Controller Identifier, Идентификатор контроллера радиосети. Контроллер радиосети нужен для управления группой базовых станций NodeB, его номер уникален в пределах сети оператора. |
| C-ID | 16-разрядное целое число | Cell Identity, Идентификатор соты. Представляет собой уникальный для каждого RNC идентификатор физического сектора. Используется в составе UC-ID (см. ниже). |
| UC-ID | RNC ID + C-ID | UTRAN Cell Identity, Идентификатор соты UTRAN1. Уникальный в сети оператора идентификатор физической соты. Используется для идентификации секторов в интерфейсах связи NodeB с RNC и RNC друг с другом. |
UTRAN — Universal Terrestrial Radio Access Network, Сеть универсального наземного радиодоступа, название сети передачи данных UMTS.
Нужно заметить, что G-Mon вместо UC-ID показывает параметр, который у него называется LCID и определяется как RNC ID + SAC. Этот так называемый LCID для позиционирования пользовательского оборудования не используется. Настоящий UC-ID также не используется пользовательским оборудованием и нужен для корректного функционирования опорной сети (CN, Core Network).
LTE
LTE, Long-Term Evolution — Мобильная сеть четвертого поколения, в буквальном переводе: Долговременное развитие (строго говоря, LTE представляет собой все еще третье поколение связи, и обозначается как 3G LTE, т.е. Долговременное развитие сетей третьего поколения. Четвертым поколением могут полноправно называться только сети LTE Advanced). Сети LTE могут быть развернуты в 44 частотных диапазонах (при этом, в диапазонах 33–44 применяется временное разделение каналов (TDD, Time Division Duplex), т.е. прием и передача происходят в одном диапазоне, но не одновременно). В Украине уже давно говорят о том, что технология LTE привлекает операторов. Но пока не известно, когда же она может быть внедрена в нашей стране. В России используются следующие диапазоны:
| Номер | Название диапазона | Диапазон на передачу, МГц | Диапазон на прием, МГц |
|---|---|---|---|
| 7 | 2600 | 2500–2570 | 2620–2690 |
| 20 | 800 | 832–862 | 791–821 |
| 38 | TDD 2600 | 2570–2620 | |
| 40 | TDD 2300 | 2300–2400 | |
Если говорить о параметрах, определяющих ячейку в сетях LTE, то здесь все несколько иначе. Нам понадобится PLMN ID (MCC и MNC), а также следующие параметры:
Однозначно идентифицирует соту здесь связка параметров MCC–MNC–ECI (PLMN ID–ECI). Как видно, никакого LAC в сетях LTE не предусмотрено. Это вызвано тем, что сеть передачи данных в LTE предельно упрощена и состоит лишь из сети базовых станций (eNodeB) и выделенного ядра пакетной передачи данных. Никаких коммутаторов (MSC, Mobile Switching Center), контроллеров базовых станций (BSC, Base Station Controller) или контроллеров радиосети (RNC, Radio Network Controller) здесь нет, а их функции возложены на связанные между собой базовые станции eNodeB. Тем не менее, аналог LAC в сети LTE тоже существует — это TAC. Однако он уже не участвует в иерархической нумерации сот (более того, соты на одной базовой станции могут иметь различный TAC) и нужен для корректного отслеживания местоположения пользовательского оборудования (UE, User Equipment — аналог MS из GSM) — при переходе UE в другую зону отслеживания, происходит процедура обновления зоны отслеживания (Tracking Area Update). TAC в сетях LTE служит для логического деления сети на зоны отслеживания, в отличие от LAC, который обусловлен, скорее, физическим разделением сети.
Как LTE справляется с межсотовой интерференцией
Почему-то все русскоязычные посты, посвященные LTE, обсуждают лишь принципы базовых технологий физического уровня — OFDMA [1], SC-FDMA [2], чуть-чуть MIMO[3], [4], некоторые аспекты архитектуры [5] и VoLTE [6]. Все это, безусловно, очень важно и полезно, но это же не Всё! Ведь LTE, помимо всего вышеперечисленного, нашпигован очень интересными решениями, связанными с распределением частотно-временных ресурсов в восходящем и нисходящем канале (различные алгоритмы для Scheduler), с адаптацией модуляции, кодирования и ширины полосы к радиоусловиям, с процедурами доступа к среде, новыми типами хэндоверов и пр. — там использованы отнюдь нетривиальные подходы… Но есть еще один любопытный вопрос, который почему-то игнорируется сообществом Хабра — как вообще работает LTE сеть в условиях полного отсутствия частотно-территориального планирования (Frequency Reuse Factor=1!)? Рассмотрим сети постарше, допустим GSM (см. ниже): 
Весь частотный диапазон делился на поддиапазоны, и главное правило планирования заключалось в том, чтобы в соседних сотах использовались разные частотные полосы, в противном случае, сигналы соседних сот были бы интерферирующими, мешали бы счастливой жизни друг друга. В UMTS (WCDMA) все было несколько сложнее — все базовые станции (NodeB) использовали один и тот же частотно-временной ресурс и для разделения сигналов от разных сот, или сигналов от разных абонентов внутри одной соты применялось скремблирование разного типа ортогональными или псевдоортогональными последовательностями.
Так или иначе — проблема межсотовой интерференции (ICI-Inter-cell Interference) в сетях GSM и UMTS стояла неостро… Что же мы видим в LTE? Мало того, что во всех сотах используется одна и та же полоса частот, так и скремблирование сигналов ортогональными последовательностями (в общем случае) отсутствует. Что это значит? Если две соседние БСки (eNB) выделяют своим абонентам под передачу данных ресурсные блоки в одной и той же полосе частот и в одно и то же время, то можно с определенной долей вероятности утверждать, что эти абоненты будут мешать друг другу, будут интерферировать. Самая неприятная ситуация будет наблюдаться на краях сот:
На вероятность коллизии в данном случае (вероятность искажения пакета из-за одновременного выделения двумя или более базовыми станциями одного и того же ресурса пользователям), очевидно, будут влиять два фактора: 1) удаленность абонентов друг от друга, иначе — их близость к БС (если абоненты находятся близко к БС, то включается механизм управления мощностью (Power Control), который скорее всего вынудит телефон понизить уровень передаваемой мощности, как следсвие, снизится общий уровень интерференции между сотами). 2) нагрузка в соте (тоже достаточно очевидный фактор — чем выше нагрузка, тем больше вероятность одновременного выделения абонентам на краях соты одного и того же ресурсного блока). Если сымитировать работу такого примитивного планировщика, неосведомленного о нагрузке на соседнии соты и пр., и вывести вероятность коллизии между пакетами в разных сотах (по сути, это косвенное отражение уровня межсотовой интерференции), то получится такая зависимость:
За единицу или максимум нагрузки принимается ситуация, когда все блоки частотно-временного ресурса распределены. Сказать, что такие значения вероятности искажений пакетов огромны — это ничего не сказать. Это вопиюще плохая интерференционная картина. И, разумеется, вряд ли бы кто-то выпустил LTE с такими характеристиками в свет.
Итак, что сделано в LTE, чтобы избежать этой катастрофической интерференции между сотами и не прибегнуть при этом к повторному переиспользованию частот.
Во-первых, в LTE работает механизм под названием ICIC (Inter-Cell Interference Coordination — Координация межсотовой интерференции)… Интересная штука, надо сказать. Ее детальное описание со всеми выкладками можно найти в замечательной книжке, приведенной в конце этой статьи, в разделе 12.5, кому интересно. Смысл фитчи в том, что соседние eNB (БСки) передают по X2 интерфейсу информацию о своей загрузке в виде Overload Indicator (OI). Таким образом, они фактически имеют возможность договориться между собой кто из них какой поддиапазон (subband) в какой момент времени будет использовать. Выглядеть частотно-территориальное распределение в этом случае будет примерно так:
То есть, абонентам, находящимся ближе к антенне, eNB может отдавать любые ресурсные блоки, а тем кто подальше — в зависимости от OI-индикатора. Это ни в коем случае не классическое переиспользование частот. Это адаптивное распределение ресурсов, подстраивающееся под нагрузку на соседние соты и это основной способ уменьшения интерференции между сотами (уменьшения — но не полного устранения, разумеется).
Помимо таких механизмов направленного действия, в LTE предусмотренны косвенные методы снижения интерференции. Например, Fractional Power Control. Если классический контроль мощности был нацелен на полную компенсацию потерь сигнала во время распространения (PathLoss compensation), то частичный контроль мощности означает частичную компенсацию таковых потерь.
Параметр, задающий значение коэффициента для компенсации Path Loss, называется в стандарте Альфа (принимает значения от 0 до 1). Как это работает: значение альфа, равное 0,8 (80 %- компенсация потерь сигнала), позволяет снизить уровень межсотовой интерференции на 10-20%! При этом абоненты на краях соты не испытывают заметных проблем, вызванных неполной компенсацией Path Loss.
Существует еще множество параметров, которые можно подстраивать, чтобы соты меньше интерферировали, но ICIC и Fractional Power Control — это, пожалуй, два самых мощных механизма.
