Пикосота

В беспроводных сотовых сетях, таких как GSM, базовая станция пикосоты^[2] обычно представляет собой недорогое и компактное (размером примерно с пачку бумаги формата A4) устройство, обладающее относительно простой конструкцией и подключающееся к контроллеру базовой станции (BSC). К каждому BSC может быть подключено несколько головных устройств пикосот; BSC выполняет управление радиоресурсами, функции хендовера и агрегирует данные для передачи в центр коммутации мобильной связи (MSC) или шлюзовой узел поддержки GPRS (GGSN).

Связь между головными устройствами пикосот и BSC обычно организуется по проводам внутри здания. Если ранние системы (1990-е годы) использовали PDH-соединения, такие как линии E1/T1, то более современные решения применяют кабели Ethernet. Для организации беспроводного транспортного канала (backhaul) применяются решения миллиметрового диапазона: E-Band (71—86 ГГц) с поддержкой интерфейсов eCPRI и Ethernet, а также V-Band (60 ГГц).

В дальнейшем концепция была доработана: появились головные устройства, объединяющие не только функцию пикосоты, но также значительную часть функционала контроллера базовой станции и даже часть функций центра коммутации мобильной связи. Такие устройства иногда называют базовой станцией точки доступа или корпоративной фемтосотой. Эта архитектура предусматривает самостоятельное подключение к Интернету, минуя инфраструктуру BSC/MSC, что существенно снижает стоимость внедрения.

В сетях 5G архитектура подключения базовых станций (включая пикосоты) к ядру сети (5GC) базируется на концепции функционального разделения (Functional Split) на централизованный (CU), распределённый (DU) и радиомодуль (RU). Для оптимизации пропускной способности применяются низкоуровневые разделения, такие как Option 6 (между уровнями MAC и PHY) и Option 7.2x (внутри физического уровня). Подключение к ядру 5GC осуществляется через стандартные интерфейсы: N2 для передачи сигнального трафика в плоскости управления и N3 для пользовательского трафика^[3].^[4]

Пикосоты обладают многими преимуществами, аналогичными «малым сотам» (англ. small cell), в том числе улучшением скорости передачи данных для мобильных пользователей и увеличением ёмкости мобильной сети.

Пикосоты обладают многими преимуществами, аналогичными «малым сотам» (англ. small cell), в том числе улучшением скорости передачи данных для мобильных пользователей и увеличением ёмкости мобильной сети. Особую ценность представляет интеграция пикосот с макросотами в составе гетерогенных сетей (HetNet) для обеспечения бесшовной передачи вызова и увеличения пропускной способности мобильного трафика. В такой архитектуре пикосоты играют ключевую роль в разгрузке трафика макросети, увеличении общей ёмкости системы за счёт пространственного переиспользования частот и улучшении покрытия в локальных зонах с высокой плотностью абонентов (хот-спотах) или внутри помещений^[5][6].

Поскольку в сетях HetNet пикосоты часто используют те же частоты, что и макросоты, возникает проблема сильных межсотовых помех (интерференции). Эта проблема усугубляется применением технологии расширения зоны покрытия (Cell Range Expansion, CRE), при которой к принимаемому от пикосоты сигналу добавляется искусственное смещение (bias), чтобы абоненты подключались к ней даже при более сильном сигнале от макросоты^[5][6].

Для решения этой проблемы применяются механизмы улучшенной координации межсотовой интерференции (eICIC)^[5][6], которые реализуются в нескольких областях:

• Временная область: макросота использует «почти пустые» субкадры (Almost Blank Subframes, ABS), в которых она либо полностью прекращает передачу данных, либо передаёт их с пониженной мощностью. Это позволяет пикосоте обслуживать абонентов на границе своей зоны покрытия без сильных помех со стороны макросети^[5][6].
• Частотная область: применяется агрегация несущих (Carrier Aggregation, CA), включая многопотоковую передачу, при которой абонент может одновременно обслуживаться макро- и пикосотой на разных компонентных несущих с применением различных значений CRE bias^[7].
• Пространственная область: в восходящем канале (uplink) для подавления помех от абонентов пикосот макросота может использовать специальные приёмные кодирующие матрицы, формируемые в нулевом пространстве каналов помех.

Координация работы механизмов eICIC, включая обмен информацией о паттернах ABS и уровнях снижения мощности, осуществляется между базовыми станциями через интерфейс X2^[6]. Для повышения эффективности гетерогенных сетей также разрабатываются децентрализованные алгоритмы на базе машинного обучения, позволяющие пикосотам автономно оптимизировать значения CRE bias и распределение мощности^[7].

Как правило, мощность микросоты составляет 2–20 Вт при радиусе действия 1–2,5 км, пикосоты — 0,25–2 Вт (радиус 200–300 м, 30–100 пользователей), а фемтосоты — 0,1–0,2 Вт (радиус 10–50 м)^[8][9].

Типичные характеристики 5G-пикосот включают пропускную способность до 1,5 Гбит/с и поддержку до 200 одновременно подключённых пользователей^[10].^[9]

Тем не менее, компания AT&T называла свой продукт с радиусом действия 40 футов (12 м) «микросотой»^[11]. При этом AT&T использовала «AT&T 3G MicroCell» как торговую марку, не привязываясь к строгому определению «микросоты»^[12]. Поддержка 3G-версии AT&T MicroCell прекращена, актуальным решением является 4G LTE AT&T Cell Booster с зоной покрытия до 3000 кв. футов^[13].

Пикосоты активно применяются при развёртывании частных сетей (Private 5G) для корпоративных кампусов, больниц и офисов. На промышленных объектах (в рамках концепции «Индустрия 4.0») они обеспечивают беспроводное подключение оборудования, работу автоматизированных роботов, создание цифровых двойников сложных систем и дистанционное управление техникой. На спортивных аренах технология используется для обеспечения сверхвысокой плотности данных, поддержки прямых трансляций и критически важных коммуникаций^[14].^[15] Специфика работы пикосот внутри современных зданий связана с необходимостью компенсации высоких потерь сигнала (15–40 дБ)^[16][17], вызванных использованием энергоэффективных стёкол (Low-E). При этом высокое затухание внешних стен обеспечивает естественную радиоизоляцию между уличными макросотами и внутренними пикосотами, что позволяет эффективно переиспользовать частоты без взаимных помех. Для улучшения прохождения радиоволн также применяются технологии лазерного травления стёкол (частотно-избирательные поверхности, FSS) и оптически прозрачные метаповерхности^[18].^[19] В авиации пикосоты применяются для обеспечения сотовой связи на борту самолётов, при этом транспортный канал (backhaul) организуется через спутниковые системы связи^[20][21][22]. Европейская комиссия официально разрешила развёртывание сетей 4G и 5G на борту с использованием пикосот. Несмотря на то, что технология позиционируется как современная альтернатива локальному бортовому Wi-Fi, она сталкивается с конкуренцией из-за высоких затрат на оборудование и аренду спутниковых каналов, что в некоторых случаях делает установку обычного Wi-Fi более рентабельной^[21].

Пикосоты выпускаются для большинства сотовых технологий, включая GSM, CDMA, UMTS и LTE, крупнейшими мировыми вендорами, такими как Ericsson, Nokia, Huawei, Samsung и ZTE^[23], а также компаниями ip.access (в 2020 году поглощена Mavenir)^[24] и Airwalk. Среди производителей решений архитектуры Open RAN представлены компании Parallel Wireless и Altiostar^[23]. На российском рынке оборудование производят ООО «ЛИС» (4G-решения)^[25] и НПО РТТ (базовые станции «Булат»)^[26].