Сеть радиодоступа

Материал из Циклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Сеть радиодоступа (RAN — Radio Access Network) — фундаментальная часть любой современной мобильной сети.

Выступает в роли посредника между пользовательскими устройствами (смартфонами, планшетами, IoT-устройствами) и основной сетью оператора, обеспечивая беспроводную передачу данных, голоса и других видов трафика.

1. Основы архитектуры RAN[1][править]

В общем виде, RAN состоит из следующих ключевых компонентов:

  • Базовые станции (Base Stations, BS) или узлы (Nodes): Основные элементы RAN, отвечающие за беспроводное соединение с пользовательскими устройствами. Они включают в себя радиомодули, антенны и оборудование обработки сигналов.
  • Антенны: Устройства, излучающие и принимающие радиоволны. Могут быть разных типов, включая направленные и всенаправленные, в зависимости от требований к покрытию.
  • Транспортная сеть: Сеть, обеспечивающая соединение между базовыми станциями и основной сетью. Может использовать различные технологии, включая оптоволокно, Ethernet, микроволновые каналы.
  • Контроллеры (Radio Network Controllers, RNC): В некоторых архитектурах (например, в 3G) используются контроллеры для управления радиоресурсами и соединениями. В более современных сетях эта функция распределена.
  • Блок обработки сигналов (Baseband Unit, BBU): Выполняет обработку радиосигналов и управляет ресурсами сети.

2. Ключевые функции RAN[2][править]

Сеть RAN выполняет следующие основные функции:

  • Беспроводное подключение: Обеспечение беспроводного соединения между пользовательскими устройствами и сетью оператора.
  • Передача данных: Транспортировка пользовательского трафика (голос, данные, видео) между устройствами и основной сетью.
  • Управление радиоресурсами: Оптимизация использования радиочастотного спектра, выделение ресурсов для различных пользователей и приложений, обеспечение качества обслуживания.
  • Управление мобильностью: Поддержка мобильности пользователей, обеспечивая плавный переход между разными базовыми станциями при перемещении.
  • Безопасность: Обеспечение безопасности передачи данных, аутентификация и авторизация пользовательских устройств.
  • Координация и синхронизация: Обеспечение правильной работы сети путём координации действий различных компонентов и их синхронизации во времени.

3. Эволюция архитектур RAN[3][править]

Архитектуры RAN постоянно эволюционируют с развитием технологий. Основные этапы эволюции:

  • Традиционная RAN (Traditional RAN): В этой архитектуре все компоненты базовой станции (радиомодуль, блок обработки сигналов, контроллер) находятся в одном месте, что упрощает управление, но ограничивает масштабируемость.
  • Распределённая RAN (Distributed RAN, D-RAN): В D-RAN блок обработки сигналов (BBU) вынесен в центральный пункт, а радиомодули (Remote Radio Unit, RRU) находятся удалённо, что увеличивает гибкость и уменьшает затраты.
  • Централизованная RAN (Centralized RAN, C-RAN): В C-RAN несколько базовых станций объединены с централизованным блоком обработки сигналов (BBU pool), что обеспечивает более эффективное использование ресурсов и гибкость сети.
  • Виртуализированная RAN (Virtualized RAN, vRAN): В vRAN функции блока обработки сигналов и другие функции RAN реализуются как виртуальные приложения на стандартном компьютерном оборудовании, что обеспечивает большую гибкость и масштабируемость.
  • Open RAN (O-RAN): O-RAN предполагает использование открытых интерфейсов и стандартов, позволяя использовать оборудование от разных производителей, что увеличивает конкуренцию и инновации.

4. Основные технологии, используемые в RAN[править]

Для обеспечения беспроводного соединения и эффективной передачи данных в RAN используются различные технологии:

  • Множественный доступ (Multiple Access): Технологии, позволяющие нескольким пользователям одновременно использовать радиоресурсы (TDMA, FDMA, CDMA, OFDMA).
  • Множественный вход и множественный выход (MIMO): Технологии, использующие несколько антенн для улучшения пропускной способности и качества связи.
  • Модуляция: Технологии, используемые для преобразования цифровых данных в радиосигналы (QAM, PSK).
  • Кодирование: Технологии, используемые для защиты данных от ошибок при передаче (Turbo Code, LDPC).
  • Формирование луча (Beamforming): Технологии, позволяющие направлять радиосигналы в конкретном направлении, улучшая покрытие и производительность.
  • Сотовая структура: Организация сети в виде сот, позволяющая эффективно использовать радиочастотный спектр.
  • Сетевое разделение (Network Slicing): Технология разделения физической сети на несколько логических сетей (слайсов) для разных приложений и пользователей.

5. Эволюция сетей RAN: От 2G до 5G[править]

Сети RAN развивались параллельно с развитием стандартов мобильной связи:

  • 2G (Second Generation): Использовались технологии GSM, CDMA для передачи голоса и данных на низких скоростях.
  • 3G (Third Generation): Использовались технологии UMTS, WCDMA для передачи данных и мультимедийного контента.
  • 4G (Fourth Generation): Использовалась технология LTE для высокоскоростной передачи данных.
  • 5G (Fifth Generation): Используются технологии 5G NR, Massive MIMO, mmWave для обеспечения сверхвысоких скоростей, ультранизкой задержки и массового подключения устройств.

6. Ключевые вызовы и перспективы RAN[править]

Развитие сетей RAN не обходится без трудностей, но одновременно открывает новые перспективы:

  • Увеличение пропускной способности: Удовлетворение постоянно растущих потребностей в пропускной способности.
  • Снижение задержки: Обеспечение ультранизкой задержки для новых приложений (автономный транспорт, удалённая хирургия).
  • Масштабируемость: Управление огромным количеством подключённых устройств (IoT).
  • Энергоэффективность: Снижение энергопотребления сетей RAN.
  • Безопасность: Обеспечение надёжной защиты от кибератак.
  • Инновации: Внедрение новых технологий и подходов для улучшения производительности, гибкости и экономичности.

Сети радиодоступа (RAN) являются ключевой составляющей современной мобильной связи, обеспечивая беспроводное соединение между пользователями и сетью оператора. Архитектуры, технологии и методы управления RAN постоянно развиваются, адаптируясь к растущим потребностям и новым технологическим возможностям. Понимание принципов работы, ключевых компонентов и перспектив развития сетей RAN является важным для всех, кто интересуется будущим мобильной связи.

Источники[править]

  1. ↑ RAN Architecture (30 декабря 2023 года). Проверено 30 декабря 2024.
  2. ↑ Яндекс рус.. — DOI:10.3389/frcmn.2023.1127039/full
  3. ↑ Открытая сеть радиодоступа Open RAN (O-RAN) (29 сентября 2023 года). Проверено 30 декабря 2024.
Рувики

Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Рувики» («ruwiki.ru») под названием «Сеть радиодоступа (RAN): Ключевой элемент беспроводной связи», расположенная по адресу:

—«https://ru.ruwiki.ru/wiki/Сеть_радиодоступа_(RAN):_Ключевой_элемент_беспроводной_связи»

Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий.

Всем участникам Рувики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?».

Источник — http://cyclowiki.org/w/index.php?title=Сеть_радиодоступа&oldid=2213224