Všetko o BTS: Základ mobilnej komunikácie

BTS je skratkou anglického Base Transceiver Station. V slovenčine sa stretávame s pojmami základňová stanica alebo bázová stanica. Siete GSM i UMTS, ktoré v súčasnosti využívame na Slovensku, sú postavené na bunkovom systéme. Jadrom a základným stavebným kameňom každej bunky je práve BTS, respektíve v prípade UMTS podobné zariadenie nazývané Node-B.

Poznámka redakcie: V článku budeme pre jednoduchosť používať pojem BTS. 

Orange: Vyžarovanie nie je problém

Každý operátor prevádzkuje na našom území svoje základňové stanice. Všetky BTS sú pripojené do centrálnej siete operátora za pomoci optických káblov, alebo bezdrôtového, mikrovlnného pripojenia. Záleží na mieste, kde sa BTS stanica nachádza.

Práve umiestnenie základňovej stanice je základom pre správne fungovanie siete operátora. BTS sa vo všeobecnosti umiestňujú na vopred vytipované miesta a môžeme ich rozdeliť na dve najvýznamnejšie kategórie – krajinné a mestské. BTS stanice umiestnené v menej obývanej krajine majú za úlohu pokryť čo najväčšiu plochu. Naopak mestské stanice sú umiestnené oveľa hustejšie a ich úlohou je obslúžiť čo najviac zákazníkov súčasne. Tieto dva druhy BTS sa líšia spracovaním i technológiou.

Základňové stanice môžeme násť aj na miestach, kde by sme ich normálne nečakali. Takými sú napríklad komíny, kostoly, televízne veže, vodné rezervoáre, či stĺpy vysokého napätia. Často je nevyhnutné BTS dôkladne zamaskovať, aby neničila estetický dojem okolia. Preto sa môžeme stretnúť s BTS, ktoré vyzerajú ako drevené stĺpy, okná, vtáčie búdky alebo stromy.

V husto osídlených oblastiach sa používajú najmä vysielače s frekvenciou 1 800 MHz. Tie majú kvôli malým odlišnostiam pri prenose signálu len približne polovičný dosah (čiže rozloha je štvrtinová), ako vysielače 900 MHz a zároveň trikrát vyššiu kapacitu. Preto sú vhodné do miest s vysokou hustotou zaľudnenia. Frekvenciu 1 800 MHz využívajú aj mobilné základňové stanice, ktoré operátori používajú na akciách s masovou účasťou, ako sú oslavy Nového roku, koncerty a podobne.

Na pohľad je ťažko rozoznať typ základňovej stanice, ktorá sa na objekte nachádza, rovnako ako jej prevádzkovateľa. Viditeľnou časťou sú iba mikrovlnné antény a smerovače signálu. Samotná technológia je uložená v kontajneroch. Podľa veľkosti kontajneru rozdeľujeme BTS na malé, stredné a veľké.

Staviame BTS

V mestskej zástavbe je situácia ohľadne umiestňovania zdanlivo jednoduchá. BTS sa proste umiestni na strechu budovy. Nie je to ale tak prosté, ako sa na prvý pohľad zdá. Pre umiestnenie BTS na strechu je nevyhnutné stavebné povolenie, ktoré je vydané po dohode s majiteľom strechy a objektu.

Najčastejším argumentom obyvateľov domu proti postaveniu BTS stanice sú obavy z jej vyžarovania. „Vyžarovanie určite nie je nevýhodou. U každej základňovej stanice pri spustení do prevádzky Úrad verejného zdravotníctva meria úroveň elektromagnetického poľa a iba ak je v súlade s platnými zákonmi, vydáva Regionálny úrad verejného zdravotníctva súhlas s uvedením základňovej stanice do prevádzky. Tento súhlas je jedným z dokladov, nutných k tomu, aby stavebný úrad vydal kolaudačné rozhodnutie“, tvrdí Orange. Vyžarovanie teda za každých okolností musí spĺňať normy EÚ.

Roman Hríbik, Radio Design Manager Orangeu, dodáva aj niekoľko nevýhod: „Nevýhodou by mohlo byť strpenie určitých obmedzení počas výstavby ako je hluk, pohyb pracovníkov, helikoptéra, poškodenie pozemku mechanizmami a podobne. Toto však je majiteľovi kompenzované formou nájomného alebo jednorazového odškodného.“

Ako odmenu za možnosť umiestnenia a prevádzky BTS operátor poskytuje peňažnú alebo inú kompenzáciu. V tomto smere je bežné, že operátor napríklad na vlastné náklady zrekonštruuje strechu alebo elektrické vedenie v budove, čo je samozrejme prínosné i pre majiteľa objektu. Reálne čísla sa samozrejme rôznia od zaujímavosti lokality. Strecha v centre krajského mesta má samozrejme inú hodnotu, ako komín starej fabriky uprostred zalesneného údolia. Podľa informácií MobilMania.sk sa cena v bežnej obytnej štvrti krajského mesta pohybuje okolo 50 až 100 tisíc korún ročne. Túto informáciu nám však žiadny z operátorov nepotvrdil.

Spoliehajú sa hlavne na batérie

Obavy zo strany majiteľov objektov môže vzbudzovať aj spotreba elektrickej energie základňovou stanicou, ktorá istotne nie je nízka. Táto situácia sa väčšinou rieši pripojením BTS k vlastnej rozvodnej skrini s oddelenými hodinami, čím je zabezpečené, že čo operátor spotrebuje, to si aj zaplatí. V objektoch, v ktorých to z technických príčin možné nie je, operátor prepláca majiteľom objektu alikvotnú čiastku.

V prípade výpadku elektriny je najprv BTS napájaná záložnými batériami, ktoré udržia základňovú stanicu v prevádzke niekoľko hodín. Počet a kapacita batérií sú závislé od dôležitosti BTS.

Pokiaľ výpadok trvá dlhšie, prichádza na rad naftový generátor. Teoreticky je tak možné udržať BTS v prevádzke tak dlho, kým bude k dispozícii nafta. Nie však každá BTS je vybavená naftovým agregátom. Vo všeobecnosti sa dá povedať, že operátori z veľkej časti spoliehajú na batérie a agregáty používajú iba v prípade dôležitých, mimoriadne frekventovaných, alebo naopak úplne odľahlých staníc. Pre prípady dlhodobejších výpadkov elektrickej energie majú operátori vypracované špeciálne plány, ako zabezpečiť chod siete po čo najdlhšiu dobu.

Mimoriadne aktuálnou témou posledných dní je orkán Emma, ktorý zasiahol aj Slovensko. Silný vietor s rýchlosťou vysoko presahujúcou 100 km/h sa podpísal aj na základňových staniciach operátorov. Bez napájania ostalo niekoľko desiatok BTS, pričom problémy zaznamenali všetci traja operátori.

René Parák, hovorca O2 hovorí: „Cez víkend 1. a 2. marca bolo veľké množstvo krátkodobých výpadkov. Zákazníci ich ale nepocítili, pretože batérie udržali BTS v chode. Ostatné obslúžili technici.“ Orange dodáva aj presné štatistiky. Počas orkánu vypadlo dohromady 16 základňových staníc. 14 z nich bolo v bratislavskom kraji a priemerný čas opravy bol päť a pol hodiny. Dve BTS vypadli v Banskobystrickom kraji a do prevádzky boli navrátené po desiatich hodinách.

O2: Nemáme staršie BTS

Na internete kolovali fámy, že O2 používa kvalitnejšie základňové stanice, ako dvaja starší operátori. Na priamu otázku nám odpovedal Martin Škop, výkonný riaditeľ pre sieť O2: „Našou výhodou je, že používame všade najmodernejšiu technológiu. Je to dané tým, že technológia GSM je v súčasnosti na konci možného vývoja, zlepšili sa kodeky a dátové technológie. Technologický pokrok a neustála miniaturizácia nám umožňuje na menšej ploche zrealizovať väčší výkon, navyše pri nižšej spotrebe energie.“

Ostatní dvaja operátori však názor O2 na kvalitu a modernejšie prevedenie ich siete nezdieľajú. Orange kontruje slovami: „Naša sieť obsahuje to najmodernejšie a najlepšie, čo súčasné technológie ponúkajú a je navyše do detailov vyladená na základe viac ako desaťročných skúseností s prevádzkovaním mobilnej siete v podmienkach Slovenska. Kvalita našej siete je podľa viacerých nezávislých porovnaní už teraz ďaleko nad inými mobilnými sieťami v Európe a podľa kontinuálnych nezávislých meraní prieskumnej agentúry Dicio je najlepšia aj vo vnímaní zákazníkov na Slovensku.“

Ružový operátor tiež nenecháva toto vyjadrenie bez povšimnutia: „T-Mobile používa najmodernejšie technológie a svoju rádiovú, spojovaciu a dátovú sieť neustále technologicky inovuje (v prípade starších zariadení vykonáva buď ich postupnú hardvérovú modernizáciu alebo ich úplne vymieňa). Modernizácia so sebou samozrejme prináša aj dostupnosť nových funkcionalít siete, miniaturizáciu (úsporu priestoru), znižovanie energetických nárokov, a tým aj úsporu prevádzkových nákladov.“

Kto má teda najmodernejšiu sieť? Podľa vyjadrení operátorov sú to všetci a zároveň nikto. Svoj názor na kvalitu siete si musí urobiť každý sám. Pokiaľ sa na vec pozrieme triezvym pohľadom, na stanovisku Telefónicy O2 niečo je. Orange aj T-Mobile stavajú svoju sieť potupne už niekoľko rokov, zatiaľčo O2 všetky svoje vysielače postavila za posledný rok a pol. Je logické, že dvaja starší operátori ešte stále prevádzkujú aj staršie BTS stanice. A nemôžeme im to mať za zlé. Bolo by vyslovene neekonomické, keby sa po vstupe tretieho operátora pokúsili všetky fungujúce BTS vynoviť iba preto, aby boli novšie. Kvalita by sa zvýšila zrejme veľmi mierne, náklady by boli obrovské.

Pokiaľ sa na to pozrieme z hľadiska pokrytia a kvality siete, O2 za väčšou dvojicou zaostáva. Sedemnásť, resp. desať rokov pôsobenia v špecifických podmienkach Slovenska operátorom poskytuje obrovské množstvo informácií, štatistík a hlavne skúseností. Tým O2 i napriek príchodu špičkových technikov z českej pobočky nedisponuje. Z hľadiska optimalizácie preto vedú Orange a T-Mobile. Ale ani to nemôžeme mať za zlé. O2 sa učí z chýb svojich konkurentov a výstavbu jej siete určite nesprevádzajú také detské choroby, ako tomu bolo v prípade oranžového a ružového operátora.

Prioritný je hlas

Často skloňovaným mýtom je klasické „pod lampou je najväčšia tma“, teda že pod BTS nechytíte signál. Toto tvrdenie je a zároveň nie je pravda. Vysielače sú presne smerované tak, aby pokryli čo najväčšiu oblasť, čo znamená, že nie sú smerované nadol. Na druhú stranu, signál sa však všemožne odráža a ohýba (difrakcia), čo má za následok, že signál chytáte aj pod BTS stanicou, aj keď nie priamo a v najvyššej možnej kvalite.

V rámci siete existuje niekoľko stupňov priorít. Na samom vrchole pomyselného rebríčku priorít stojí volanie na tiesňovú linku 112. Takéto hovory BTS obslúži za každých okolností a to i za cenu zrušenia niektorého prebiehajúceho hovoru. Ďalším v rade sú hlasové služby. Najnižšiu prioritu majú dátové prenosy, lebo dáta potrebujú viac timeslotov, väčšiu kapacitu a celkovo sú náročnejšie na technologické spracovanie. Preto pri extrémnom náraste požiadaviek na sieť operátora dostávajú prednosť hlasové služby.

Dlhoročnou fámou z oblasti mobilnej komunikácie je tvrdenie, že ten používateľ, ktorý sa nachádza fyzicky bližšie ku základňovej stanici má prednosť. Nie je to pravda. Ak dôjde k situácií, že všetky prenosové zdroje sú obsadené a príde ďalšia požiadavka na spojenie, systém má k dispozícií niekoľko mechanizmov ako umožniť spojenie. Závisí to od typu požadovaného spojenia (hlas, dáta), od rádiových podmienok, v ktorých sa nachádza daný používateľ a taktiež od typu prebiehajúcich spojení.

Napríklad požiadavku na hlasové spojenie je možné presmerovať na susednú bunku, alebo je možné dočasne znížiť prenosovú rýchlosť prebiehajúcim dátovým spojeniam, prípadne sa dá zmeniť kódovanie reči na AMR half rate (polovičnú rýchlosť).

O2: Nechcú nám pomáhať

Umiestňovanie základňových staníc do menej obývaných lokalít je tvrdším orieškom. Najbežnejším riešením je umiestňovanie BTS na stožiare. Samotné stožiare sa líšia dĺžkou, konštrukčným spracovaním i nosnosťou, vždy však platí, že stožiar je najdrahšou súčasťou celej BTS. Aj z tohto dôvodu sa u našich severných operátori dohodli na zdieľaní stožiarov, ale i celých základňových staníc.

„Cieľom každého operátora je budovať sieť s čo najnižšími nákladmi. My sa snažíme dohodnúť na čo najvyššom množstve zdieľaných BTS. Samozrejme, súčasní operátori nám v tom nechcú pomáhať. Máme dohodu na určitý počet zdieľaných staníc, ale musím povedať, že osobne by som rád to číslo videl ďaleko vyššie“, Povedal Martin Škop. „Okrem finančného je tu aj estetické hľadisko. Nie je nič horšie, ako keď idete po diaľnici a na kopci vidíte vedľa seba tri stožiare. Je to neestetické, ruší to dojem z krajiny a zároveň je to neefektívne. Preto jednoznačne podporujeme zdieľanie stožiarov medzi operátormi“, dodal Škop.

Orange tiež hovorí o spolupráci, ale jedných dychom dodáva, že O2 nemá v súčasnosti ešte čo ponúknuť: „U nás už podobná spolupráca funguje. Orange používa aj stožiare T-Mobile a naopak. Dodržiava sa pri tom zásada reciprocity. Podobná spolupráca sa rozbieha aj s O2, ale je prakticky jednostranná, lebo O2 postavila zatiaľ veľmi málo stožiarov. Okrem toho sú stovky stožiarov iných majiteľov, kde má svoje základňové stanice aj Orange, aj T-Mobile, aj O2 (napr. TBDS). „Spolupráca s O2 však naďalej prebieha a bude sa rozširovať spolu s rastom najmladšieho operátora.

T-Mobile nám k problematike poskytol iba všeobecné a jednoduché vyjadrenie: „Samotnú technológiu základňových staníc s inými operátormi nezdieľame. Každý operátor využíva svoju vlastnú. Pokiaľ ide o infraštruktúru, napr. stožiare, oceľové nosiče, elektrické prípojky, káblové rozvody a pod., tú zdieľa T-Mobile bežne s ostatnými operátormi.“

V súčasnosti slovenskí operátori spolupracujú pri výstavbe základňových staníc. Zdieľajú spoločné stožiare, alebo miesta, kde sú jednotlivé základňové stanice umiestnené. Technológiu a kapacity však nezdieľajú a do budúcnosti to ani neplánujú. BTS stanice jednotlivých operátorov medzi sebou neinterferujú, lebo každý operátor má vyhradenú svoju časť pásma.

Praga je legendou

Základňové stanice sa líšia podľa počtu súčasne pripojených zariadení, ktorých dokážu obslúžiť v reálnom čase. Operátor vždy dimenzuje základňové stanice na určitý, priemerný počet používateľov. Problém však nastáva pri nárazových nárastoch počtu požiadaviek na BTS. Stáva sa to napríklad v prípade väčších kultúrnych podujatí ako sú napríklad hudobné festivaly. Často sa konajú mimo mesta, v oblastiach, kde je pokrytie signálom slabé alebo úplne žiadne.

V tom prípade prichádzajú na scénu mobilné základňové stanice, ktorými operátor posilňuje kapacity statických BTS. Vari najznámejšou mobilnou BTS je staručká Praga V3S , ktorú najmladší operátor umiestnil vo Svätom Juri. Podobné mobilné BTS však využíva každý mobilný operátor. V prípade, že organizujete väčšie kultúrne podujatie a chcete pre návštevníkov zabezpečiť kvalitnejšie pokrytie signálom, kontaktujte operátora a zodpovedný pracovník z tejto oblasti s vami prekonzultuje vašu požiadavku.

Situácia sa trošku komplikuje, pokiaľ si chcete na objednávku nechať zlepšiť signál vo vašej obci alebo bytovke. Všetci traja operátori sú v zásade otvorení myšlienke zlepšovania svojho pokrytia na vyžiadanie, podstatným faktorom ale je, aby výnosy zodpovedali nákladom na vytvorenie. Najmladší operátor dodáva, že v súčasnosti je vo fáze budovanie kľúčovej siete vo vytipovaných lokalitách. Posilňovanie signálu na menej frekventovaných miestach a na objednávku príde na rad neskôr.

Lokalizovanie cez BTSky

Základňové stanice na našom území vytvárajú hustú sieť a ich pomocou je možné určiť polohu jednotlivých používateľov. Existuje niekoľko spôsobov určovania polohy v mobilných sieťach. Najčastejšie sa používa metóda lokalizácie na úrovni bunky. Presnosť tejto metódy závisí od veľkosti bunky. V mestách sú to stovky metrov, vo vidieckych oblastiach rádovo kilometre. Všetko závisí hod hustoty BTS v danej lokalite.

V štandardoch sú popísané aj metódy založené na triangulácii (napr. E-OTD, OTDOA), ale v praxi sú zriedka implementované, pretože vyžadujú vysoké náklady na hardvér rádiovej časti siete, prípadne podporu terminálov. Značné zlepšenie presnosti v blízkej budúcnosti sa dosiahne s GPS a A-GPS terminálmi, ktoré sa začínajú objavovať na trhu.

Lokalizačné služby v súčasnosti ponúka Orange aj T-Mobile . V oboch prípadoch sa jedná iba o lokalizovanie za pomoci BTS staníc s nie príliš veľkou presnosťou. Paradoxné je, že prístup k lokalizačným službám na našom území nemajú záchranári a tiesňová linka 112. Pokiaľ teda potrebujete pomoc a neviete, kde sa nachádzate, pracovníci linky 112 vás nemôžu nájsť podľa mobilného telefónu.

TIP : Prečítajte si článok o fungovaní lokalizačných služieb T-Mobile

Za redakciu MobilMania.sk na článku spolupracoval Filip Hanker

Na článku spolupracovali a vyjadrenia nám poskytli za Orange Štefan Geleta, Administration and Legislative Expert a Roman Hríbik, Radio Design Manager; za Telefónicu O2 Martin Škop, výkonný riaditeľ pre sieť. T-Mobile nám viac stanovísk neposkytol.