Проект: Разработка портативной базовой станции LTE и 5G NR

В результате выполнения проекта будет разработана портативная базовая станция стандарта LTE. Базовая станция включает партитивную вычислительную платформу, программно-определяемую радио систему, усилитель мощности, также реализуется разработка портативной станции стандарта 5G NR, аппаратная платформа 5G NR также содержит партитивную вычислительную платформу, программно-определяемую радио систему, усилитель мощности. Развертывание 5G является исследовательской задачей, требования к вычислителю, программно-определяемому радио будут уточняться.

Системы связи прочно вошли в повседневную деятельность человека и служат основой многих сфер экономики. Однако на сегодняшний день системы связи покрывают менее 15% территории РФ. На многих территориях, где производится активная деятельность человека, связь не доступна. Для решения этой проблемы прибегают к использованию дорогостоящей спутниковой связи, либо разворачивают точки доступа WiFi. Однако дальность точек доступа ограничена радиусом 200м. При этом станция LTE способна обеспечить покрытие на 1 км и более. Построение сети LTE, для случаев когда связь необходимо обеспечить в лимитированный период времени, а затем точку нужно будет переносить, экономически не целесообразно. К примеру, при проведении выездных мероприятий, разведывательных работ, выполнении специальных операции и т.д. Решением проблемы может стать портативная базовая LTE, построенная на портативных вычислительных платформах типа архитектуры x86 и программно-определяемым радио. Такие станции обеспечат низкую стоимость, по сравнению с коммерческими аналогами, простоту развертывания, небольшие габариты и вес, при этом подключение до 50 пользователей и дальность действия более 1 км. Технология 5G является перспективной и позволит достичь лучших характеристик по скорости передачи данных и количеству подключаемых абонентов. Экономическая целесообразность будет проработана в проекте.

Предметом разработки является портативная базовая станция стандарта LTE. Базовая станция включает партитивную вычислительную платформу, программно-определяемую радиосистему, усилитель мощности, также планируется разработка портативной станции стандарта 5G, аппаратная платформа 5G также содержит партитивную вычислительную платформу, программно-определяемую радиосистему, усилитель мощности. Развертывание 5G является исследовательской задачей, требования к вычислителю, программно-определяемому радио будут уточняться.

В основе предлагаемого решения лежит открытый исходный код. Программное обеспечение запускается на Linux со стандартным вычислительным оборудованием и программно-определяемыми радиосистемами. Для запуска базовой станции необходимо произвести конфигурирование программно-определяемой радиосистемы и портативной вычислительной платформы. Базовая станция поддерживает широкий спектр частотных диапазонов как в FDD так и в TDD режиме, поддерживает MIMO режим. Для выбора наиболее эффективных режимов работы станции и оборудования для его реализации будет произведен комплекс экспериментальных исследований, позволяющих протестировать различные варианты конфигурации в различных условиях как для LTE так и для 5G NR.

Новизна предлагаемого в проекте решения заключается в использовании нового подхода к реализации LTE и 5G NR базовых станций, с использованием стандартных вычислителей на платформе x-86, а также SDR систем.

Коллектив проекта специализируется на разработке систем связи различного назначения. Компетенции коллектива сосредоточены в области разработки алгоритмов формирования и обработки сигналов, а также их практической реализации в аппаратных платформах. Выполнен ряд научно-исследовательских и хоз. договорных работ по тематике проекта. 1) Анализ безопасности предварительного национального стандарта OPENUNB, 2) Исследование и разработка алгоритмов формирования и обработки сигналов со сверхузкополосной модуляцией, 3) Разработка отладочных плат для передачи сверхузкополосных сигналов двоичной фазовой манипуляции малой мощности, 4) Моделирование сетей 5G на основе сетевого симулятора NS-3, 5) Профилирование и доработка модели 5G в симуляторе NS-3 в условиях сценария увеличения количества базовых станций и абонентов в сети. Ключевые публикации коллектива: Mukhamadiev S., Rogozhnikov E., Dmitriyev E. Compensation of the Frequency Offset in Communication Systems with LoRa Modulation //Symmetry. – 2022. – Т. 14. – №. 4. – С. 747. Dmitriyev E. et al. Calculating beamforming vectors for 5G system applications //Symmetry. – 2021. – Т. 13. – №. 12. – С. 2423. Mukhamadiev S. et al. Method for Digital Cancellation of System Interference in a Full-Duplex Power Line Communication System //Electronics. – 2023. – Т. 12. – №. 10. – С. 2211.

Главным конкурентным преимуществом разрабатываемого решения являются его простота развертывания, массо-габаритные характеристики и стоимость. Для развертывания сети нужен только доступ к интернету, ядро сети, уровни L1, L2, L3 базовой станции разворачиваются локально с использованием вычислительной платформы x86 и программно-определяемого радио. Стоимость оборудования существенно ниже коммерческих аналогов, а развертывание коммерческой сети требует развертывания дорогостоящей инфраструктуры.