Systemy wzmacniania sygnału GSM, LTE i 5G – przegląd rozwiązań

Współczesne budownictwo komercyjne stawia przed inżynierami wyzwanie tzw. „cieni radiowych”. Poniższy artykuł to techniczna analiza rozwiązań telekomunikacyjnych stosowanych przez firmę VECTOR – od repeaterów, przez systemy DAS, aż po innowacyjny model BTS Hotel.

Wstęp: Nowoczesna architektura a bariery dla fal radiowych

Współczesna architektura, choć imponująca wizualnie i efektywna energetycznie, stawia przed inżynierami telekomunikacji bezprecedensowe wyzwania. Powszechne stosowanie szyb z powłokami niskoemisyjnymi (z domieszką tlenków metali), gęste zbrojenia żelbetowe oraz wielowarstwowe elewacje, tworzą wewnątrz budynków środowisko zbliżone do Klatki Faradaya.

Tłumienie sygnału radiowego (RF) w paśmie GSM, LTE, a w szczególności w wysokich częstotliwościach 5G, prowadzi do degradacji usług głosowych i transmisji danych, co w kontekście biznesowym jest niedopuszczalne.

Firma VECTOR, jako lider integracji systemów telekomunikacyjnych, podchodzi do tego problemu analitycznie, dobierając technologię nie na zasadzie „jednego rozmiaru dla wszystkich”, lecz poprzez precyzyjną analizę parametrów propagacyjnych, modelu biznesowego nieruchomości oraz dostępności infrastruktury operatorów (MNO).

Poniższy materiał stanowi dogłębną analizę techniczną dostępnych topologii sieci, od prostych systemów repeaterowych po zaawansowane architektury typu BTS Hotel.

Zestawienie technologii

1. Repeatery – rozwiązania dla mniejszych obiektów

Jest to podstawowa klasa rozwiązań, stanowiąca fundament inżynierii radiowej w obiektach o mniejszej kubaturze lub niskim priorytecie strategicznym dla operatorów sieci komórkowych. Choć technologicznie najprostsze, wymagają rygorystycznego podejścia projektowego, aby nie wprowadzać zakłóceń do makrosieci.

Rekomendowane dla nieruchomości

Rozwiązania oparte na klasycznych repeaterach są dedykowane dla obiektów zlokalizowanych w tzw. „cieniach radiowych” lub na obszarach o niskim zagęszczeniu ruchu telekomunikacyjnego. Są to lokalizacje, gdzie operatorzy nie widzą uzasadnienia ekonomicznego dla budowy dedykowanej stacji bazowej (koszt CAPEX rzędu 150-200 tys. PLN).

• Małe obiekty komercyjne: stacje benzynowe, punkty obsługi podróżnych (MOP), małe dyskonty
• Obiekty przemysłowe: niewielkie hale magazynowe na peryferiach miast, pojedyncze budynki biurowe przy zakładach produkcyjnych
• Lokalizacje oddalone: obiekty, które znajdują się w znacznej odległości od najbliższego masztu operatora

Źródło sygnału i technologia
W architekturze opartej na repeaterach, budynek nie posiada własnych zasobów pojemnościowych sieci.

• Typ źródła: Off-Air (sygnał „z powietrza”) – pobierany bezpośrednio z odległej stacji bazowej (makrokomórki) należącej do operatora (Orange, T-Mobile, Plus, Play)
• Interfejs wejściowy: zewnętrzna antena kierunkowa o wysokim zysku energetycznym, zainstalowana na dachu obiektu, precyzyjnie wywizowana na stację nadawcza

Architektura sieci

System charakteryzuje się w pełni pasywną dystrybucją wewnątrzobiektową i krótkim torem transmisji. Sygnał RF jest przesyłany kablem koncentrycznym do Jednostki Centralnej, która realizuje filtrację pasmową oraz dwukierunkowe wzmocnienie (Uplink/Downlink). VECTOR stosuje tu wyłącznie certyfikowane urządzenia zgodne z normami UKE. Dystrybucja wewnątrz budynku oparta jest na kablach koncentrycznych 50 Ohm, a sygnał emitowany jest przez niewielką liczbę anten (1-4 sztuki).

2. Repeater DAS (Distributed Antenna System w topologii Off-Air)

W sytuacjach, gdy obiekt nie kwalifikuje się do instalacji dedykowanej stacji bazowej, ale jego geometria (rozległość) wyklucza użycie standardowego repeatera ze względu na tłumienie kabla miedzianego, inżynierowie VECTOR implementują rozwiązanie Repeater DAS.

Rekomendowane dla nieruchomości

Obiekty o średniej skali, które charakteryzują się dużą rozległością poziomą lub strukturą kampusową.

• Kompleksy wypoczynkowe: Hotele w miejscowościach turystycznych składające się z kilku oddzielnych pawilonów
• Infrastruktura logistyczna: Długie, parterowe hale magazynowe, gdzie odległość od punktu wejścia sygnału do końca hali przekracza 100-150 metrów
• Duże stacje paliw: Obiekty z rozbudowaną częścią gastronomiczną i towarzyszącym motelem

Architektura sieci

W tym wariancie następuje hybrydyzacja medium transmisyjnego.

• Jednostka master (MU): Repeater zintegrowany z modułem konwersji elektro-optycznej (E/O) zamienia sygnał radiowy na sygnał transmitowany światłowodem.
• Magistrala światłowodowa: Dystrybucja sygnału odbywa się za pomocą światłowodów jednomodowych. Tłumienie światłowodu jest pomijalne (ok. 0,3 dB/km), co pozwala na bezstratny transport na znaczne odległości.
• Jednostki zdalne: W docelowych strefach instalowane są jednostki dokonujące konwersji zwrotnej (O/E) i wzmocnienia RF, z których wyprowadzana jest krótka, pasywna sieć antenowa.

3. DAS Pasywny zasilany z dedykowanej stacji bazowej

Przechodzimy do grupy rozwiązań klasy Enterprise. Systemy te są implementowane w obiektach o znaczeniu strategicznym, gdzie duża koncentracja użytkowników (pojemność sieci) wymaga dedykowanych zasobów radiowych.

Rekomendowane dla nieruchomości

Obiekty o zwartej bryle, zlokalizowane w centrach miast, gdzie prestiż i liczba użytkowników uzasadniają inwestycje operatorów.

• Średniej wielkości biurowce: budynki klasy B+ lub A o starszej architekturze
• Obiekty użyteczności publicznej: małe urzędy, mniejsze szpitale, teatry
• Galerie handlowe: obiekty o niewielkiej powierzchni

Zmiana paradygmatu źródła sygnału

W tym scenariuszu zmienia się paradygmat źródła – nie korzystamy z sygnału „z powietrza”. Operatorzy (wszyscy czterej gracze rynku) instalują swoje fizyczne urządzenia nadawczo-odbiorcze (BTS) w wydzielonym pomieszczeniu technicznym wewnątrz budynku. Dzięki temu budynek posiada własną pojemność, niezależną od obciążenia stacji zewnętrznych.

Architektura i ograniczenia

Kluczowym elementem jest POI (Point of Interface) – matryca sumująca sygnały od wszystkich operatorów w jeden tor transmisyjny. Sygnał transportowany jest kablami koncentrycznymi i dzielony pasywnie na piętrach.

• Ważne: Ze względu na tłumienie kabla koncentrycznego, które rośnie wraz z częstotliwością (problematyczne dla pasm 5G 3.6 GHz), pasywny DAS ma ograniczenia zasięgowe i nie sprawdza się w dużych obiektach.

4. DAS Hybrydowy – standard dla wieżowców

Jest to obecnie najczęściej rekomendowany przez VECTOR standard dla dużych inwestycji komercyjnych, stanowiący optymalny kompromis pomiędzy wydajnością transportu a kosztem.

Rekomendowane dla nieruchomości

Obiekty wielkokubaturowe, wieżowce oraz rozległe kampusy, gdzie odległość od serwerowni do najdalszej anteny przekracza 100 metrów.

• Biurowce klasy A+: Powyżej 15-20 pięter
• Wielkie galerie handlowe i lotniska
• Stadiony i areny

Architektura sieci – „wirtualne przesunięcie” źródła

Architektura ta dzieli sieć na warstwę aktywną (transportową) i pasywną (dystrybucyjną).

• Master Unit: Zlokalizowany przy BTS-ach, zamienia sygnał RF na optyczny
• Transport Wertykalny: Sygnał biegnie światłowodami do szaf pośrednich na piętrach, co eliminuje straty na długich odcinkach pionowych
• Remote Unit: Zamienia sygnał z powrotem na falę radiową na piętrze. Dla anteny końcowej źródłem jest Remote Unit oddalony o kilka metrów, a nie BTS w piwnicy oddalony o 200 metrów

5. DAS Aktywny – pełna cyfryzacja i gotowość na 5G

To rozwiązanie reprezentuje najwyższy poziom zaawansowania technologicznego, zacierając granicę między siecią komórkową a siecią IT/LAN. Jest to architektura przygotowana pod pełną implementację systemów wzmacniania sygnału 5G w architekturze MIMO.

Rekomendowane dla nieruchomości

Obiekty o najwyższych wymaganiach technologicznych, estetycznym i wymagające ogromnej pojemności: biurowce, nowoczesne szpitale, Data Centers.

Architektura sieci

W tym rozwiązaniu następuje eliminacja kabla koncentrycznego na rzecz okablowania strukturalnego (skrętka CAT6A / Światłowód). Element widoczny na suficie to nie pasywna antena, lecz mikro-nadajnik, zasilany często poprzez PoE. System pozwala na dynamiczne przesuwanie pojemności sieci w zależności od lokalizacji ludzi w budynku.

Więcej o porównaniu systemów DAS napisaliśmy tutaj.

6. BTS HOTEL – model „Signal as a Service”

Rozwiązanie typu BTS Hotel to innowacja technologiczna, w której VECTOR posiada unikalne kompetencje na rynku polskim. Jest to odpowiedź na problemy logistyczne w gęstej tkance miejskiej.

Problemy, które rozwiązuje BTS Hotel

• Zabytkowe kamienice (brak zgody konserwatora na przebudowy)
• Biurowce bez rezerw powierzchni (brak miejsca na serwerownię dla operatorów)
• Inwestycje „Boutique”

Eksterytorializacja źródła sygnału

Kluczową cechą BTS Hotel jest to, że w budynku nie ma stacji bazowych. Znajdują się one w zewnętrznym, centralnym hubie (Hotelu BTS), który może być oddalony o 5-15 km.

Jak to działa?

1. Transmisja miejska: sygnał przesyłany jest dedykowanymi włóknami światłowodowymi (Dark Fiber) pod ulicami miasta, bezpośrednio do budynku klienta.
2. Lokalna infrastruktura: w budynku instalowany jest jedynie system DAS. Wymagana przestrzeń techniczna jest minimalna.
3. Korzyść: Klient otrzymuje sygnał wszystkich operatorów niemal natychmiast, bez konieczności negocjowania budowy stacji z każdym z osobna.

Podsumowanie

Analiza dostępnych technologii wzmacniania sygnału wykazuje, że nie istnieje jedno uniwersalne rozwiązanie dla każdego problemu z zasięgiem komórkowym. Wybór odpowiedniej architektury jest wypadkową trzech czynników: fizyki propagacji fal (rozmiar i konstrukcja budynku), ekonomii (koszt inwestycji vs. wartość biznesowa łączności) oraz uwarunkowań operatorskich (dostępność źródła sygnału).

Firma VECTOR pozycjonuje się na rynku jako ekspert zdolny do realizacji pełnego spektrum tych rozwiązań. Od precyzyjnych instalacji repeaterowych w logistyce, przez skomplikowane systemy DAS Hybrydowy w wieżowcach, aż po nowatorskie wdrożenia w modelu BTS Hotel, które zmieniają sposób myślenia o infrastrukturze w miastach.

Kluczową wartością nie jest tu samo dostarczenie i instalacja sprzętu, lecz inżynieria rozwiązania – zdolność do przeprowadzenia procesu od audytu radiowego, przez projekt i legalizację, aż po uruchomienie systemu, który będzie skalowalny i gotowy na wyzwania przyszłych standardów transmisji danych. W dobie cyfrowej transformacji biznesu, traktowanie zasięgu komórkowego jako „czwartego medium” (obok prądu, wody i wentylacji) staje się standardem, a VECTOR dostarcza technologię niezbędną do jego realizacji.

FAQ – Najczęściej zadawane pytania

Czym różni się Repeater od systemu DAS?

Repeater (wzmacniacz) pobiera sygnał z powietrza i wzmacnia go lokalnie, co sprawdza się w małych obiektach. System DAS (Distributed Antenna System) to rozbudowana sieć anten i światłowodów, często zasilana własną stacją bazową wewnątrz budynku, co zapewnia znacznie wyższą jakość i pojemność sieci dla setek użytkowników.

Czy systemy VECTOR obsługują technologię 5G?

Tak. Zarówno systemy DAS Hybrydowe, jak i Aktywne są projektowane z myślą o obsłudze wysokich częstotliwości 5G (np. 3.6 GHz), eliminując problem tłumienia tych fal przez nowoczesne szyby i ściany.

Na czym polega rozwiązanie BTS Hotel?

BTS Hotel to model, w którym stacje bazowe operatorów nie znajdują się w budynku klienta, lecz w zewnętrznym centrum danych. Sygnał jest dosyłany do budynku dedykowanym światłowodem miejskim, co oszczędza miejsce i przyspiesza instalację w prestiżowych lokalizacjach.