איגוד CTIA המתמחה בתחום הקישוריות, מעריך שעד שנת 2026 יהיו בארצות הברית 800,000 תאים קטנים שיהווה כיסוי אלחוטי נדרש
הגידול המתמשך בתעבורת הנתונים מניע את הצורך בהרחבת קיבולת הרשת. אתרי רדיו נוספים הם בלתי נמנעים ותאים קטנים מספקים פתרון חסכוני
מושג ה-5G נהפך לביטוי נפוץ אשר ממחיש חדשנות, התקדמות טכנולוגית, ערים חכמות, חיבוריות אינסופית, קצב גלישה מהיר ועוד. אז מה יכול לאפשר לעולם לצעוד ולהתקדם אל עבר מהפכת הדור החמישי?
אחת התשובות לכך נועצה ביסוד הבסיסי של הטכנולוגיה והוא כיסוי אלחוטי. בעשור הקרוב פריסת הטכנולוגיה האלחוטית של הדור החמישי צפויה להסתמך על פריסת תאים קטנים רבים (Small Cells). לצורך ההמחשה, איגוד CTIA המתמחה בתחום הקישוריות, מעריך שבארצות הברית עצמה יהיו 800,000 תאים קטנים עד שנת 2026.
הפריסה המורחבת של התאים הקטנים תאפשר למפעילי סלולר להוסיף קיבולת נתונים באזורים עם עומסי תעבורת נתונים. רשת התאים הקטנים, מחד תאפשר להגדיל את כמות המנויים האלחוטית, ומאידך תספק להם שיפור באיכות האות עבור העברת נתונים יעילה יותר. המרחק הקצר בין רשתות הרדיו הסלולריות (radio sites) תסייע באופן מהותי ומובהק להתגבר על טווח ההגעה הקצר לספקטרום הרדיו של ה-5G בתדר גבוה יותר. התאים הקטנים מהווים כפתרון המוביל בגידול קיבולת הנתונים של הרשת.
יתר על כן, בחמש שנים האחרונות אנו רואים כי מפעילי הסלולר משתמשים בפריסת התאים הקטנים בכדי לשפר את הכיסוי והיכולת של הרשת. כדי לספק רמת שירות מינימלית למספר הלקוחות הרב ביותר, מפעילי הסלולר העדיפו להשיג כיסוי אותות רחב בפריסה הראשונית. אתרי רדיו סלולריים בעלי קיבולת גבוהה ובעוצמת שידור גבוהה הוקמו באזורים בהם קיים פוטנציאל הלקוחות הרב ביותר. מצב זה יצר פריסה מוקדמת וענפה באזורים עירוניים ופריסה מאוחרת ודלה בשאר המקומות. כיום, העדיפות של השקעות ברשתות הסלולריות מבוססת על הגדלת הקיבולת הנדרשת לצורך אפליקציות דיגיטליות.
דרישת הקיבולת והעברת הנתונים הסלולריים גדלה בקצב מסחרר בשלושת העשורים האחרונים. תנועת הנתונים הסלולרית ברחבי העולם גדלה ב-CAGR (קצב צמיחה שנתי ממוצע) יוצא דופן של 50% מאז 2010. הנסיקה במעבר הנתונים גרמה להרחבות קיבולת אדירות ברשת לאורך עידן ה-4G. מספר אתרי הרדיו הסלולריים גדל והוגדר ספקטרום אלחוטי נוסף. צמיחה מתמשכת של כ-30% לשנה צפויה כאשר התעשייה תתקדם ותעבור לתדרי ה- 5G. אם צמיחת הביקוש לנתונים סלולריים תעלה בכ-25-30% בשנה מפעילי הסלולר יצטרכו להרחיב את הקיבולת פי 10 בפחות מעשור, משימה מאתגרת ולא פשוטה לכשעצמה.
טכנולוגיית 5G אלחוטית מספקת מפת דרכים ליכולת נתונים גבוהה יותר, אחת הטכנולוגיות בהן משתמשים לצורך הגדלת מהירות הגלישה בתקן 5G היא שימוש בפס רחב נייד משופר (eMBB)[1]. טכנולוגיית 5G משפרת את יכולת העברת הנתונים באמצעות ספקטרום רדיו חדש, מגדילה את צפיפות אתרי הרדיו באמצעות שימוש יעיל יותר בספקטרום הרדיו (יעילות ספקטרלית). ספקטרום הרדיו הוא משאב מוגבל, והרישיונות למשאבי הספקטרום ניתנים בעלות גבוהה.
לדוגמה, בשנת 2017, ה-FCC האמריקני (רשות התקשורת הפדרלית) קיבלה 19.8 מיליארד דולר עבור ספקטרום של 70MHz ברצועת ספקטרום של MHz600 ובשנת 2019 קיבלה סכום של 2.7 מיליארד דולר עבור רישיונות של mmWave ספקטרום בתדרים של GHz 24 ו-[2]28. אולם מפעילי הרשת לוקחים סיכון משמעותי כאשר הם רוכשים מראש תדרי ספקטרום, מכוון שהמתכננים אינם יכולים לסמוך על קבלת הספקטרום כפי שהם רוצים אותו.
לפיכך, יש שלושה מקרים שצריך לקחת בחשבון. הראשון, כיסוי מוגבל – מקרה המתרחש כאשר מספר האתרים מוגדר לכיסוי ולא לקיבולת התעבורה. השני, הוא המקרה בו רוחב הספקטרום מוגבל מאוד, ונעשה שימוש במספר אותות הרדיו מוגדל בכדי לעמוד בקצב העברת הנתונים. השלישי הוא העלות המינימלית, מקרה שבו ניתן להתאים את הספקטרום ומספר האתרי הרדיו לפתרון בעלות הנמוכה ביותר. מקרה העלות המינימלית מייצג את ההשקעה המיטבית עבור מפעיל הרשת בין כמות הספקטרום שנרכש למספר האתרים שנוספו.
עלות פריסת אתרים חדשים היא בבירור נושא מרכזי עבור מפעילי הרשת. שימוש בפריסת אתרים קטנים מוריד את עלויות הפריסה. עלות הפצת הסיבים והפצת רשת הכוח היא גורם עיקרי בעלויות ברשתות אלה, וחלופות לשיטות המסורתיות מספקות חיסכון גדול נוסף בעלות הרשת. איור 1 מציג את ההשפעה של עלויות נמוכות אלה עבור רשת של 50 ג’יגה-בייט הבנויה עם תאים קטנים. העקומה האפורה מציגה את עלויות רשת 50 ג’יגה עם אתרים בעלות של 150,000 $ וחפירה של 300 $ / מטר. העקומה בירוק כהה מראה ששימוש בתאים קטנים ועם עלות אתר נמוכה יותר (במקרה זה 30,000 $ / אתר) מניבים עלות כוללת נמוכה יותר עם מרחק קצר יותר בין אתרים. העקומה הירוקה הבהירה מראה שתאים קטנים עם עלויות פריסה נמוכות יותר יכולים להפחית משמעותית את עלות הרשת הכוללת. בנוסף, המרחק בין אתרים מצטמצם משמעותית ומאפשר שימוש במגוון רחב יותר של ספקטרום בעלות נמוכה יותר.
איור 1: The lower cost of a small cell network in an urban location. The cost per person is shown versus inter-site distance for three different cell deployment costs. The gray line represents $150k sites with $300/m trenching cost. The green lines represent small cells at $30k per site at $300/m (dark green) and $50/m (light green) trenching cost. <Corning 2020>
לסיכום, הגידול המתמשך בתעבורת הנתונים מניע את הצורך בהרחבת קיבולת הרשת. הקמת אתרי רדיו נוספים הם בלתי נמנעים, ותאים קטנים מספקים פתרון חסכוני. תדרי ספקטרום חדשים מתווספים כדי להגדיל את קיבולת הנתונים, אך הטווח הקצר של רצועות התדרים הגבוהים דורש אתרי רדיו בצפיפות גבוהה יותר. לבסוף, רואים כי השימוש באתרים קטנים ובספקטרום רחב יותר לצורך הקמת רשת כלכלי מאוד ולכן טכנולוגיית האתרים הקטנים יהיו חלק משמעותי בפריסת רשת 5G.
מרכז הפיתוח של קורנינג בישראל, מפתח את דור עתיד של מוצרי הסלולר לכיסוי תקשורת סלולרית תוך מבנית. בין שלל מוצריי הדור ה-5, ניתן למצוא גם מערכות Small Cell לגלים המילימטריים הנמצאים בחזית הטכנולוגיה. הפיתוח של מוצרים אלו, נעשה בשיתוף פעולה הדוק עם הלקוחות ושם דגש על צרכיהם, שבראשם הורדת עלויות הרכישה וההתקנה. שימוש באלגוריתמים מתקדמים של beam forming משפרים את היעילות הספקטרלית, מגדילים אות קיבולת ה-Cell ואת שטח הכיסוי.
[1] 3GPP standard release 15: https://www.3gpp.org/release-15
[2] https://docs.fcc.gov/public/attachments/DA-19-484A1.pdf; https://docs.fcc.gov/public/attachments/DA-19-485A1.pdf; The average cost of a winning bid for 600MHz spectrum was about $1/MHz per person. The cost of mmWave spectrum was significantly lower.
