BTS je rádiové zařízení v sítích 2G a 3G, které komunikuje přímo s mobilními zařízeními, zajišťuje vysílání, příjem a základní zpracování a tvoří fyzickou lokalitu buňky.

Popis

Základnová přenosová stanice (BTS) je klíčový síťový prvek v GSM a UMTS rádiové přístupové síti (RAN). Skládá se z rádiových transceiverů, antén a jednotek pro zpracování signálu potřebných k navázání rozhraní s uživatelským zařízením (UE). Fyzicky lokalita BTS zahrnuje anténní stožár nebo sloup, přístřešek nebo skříň s rádiovým vybavením, ve které jsou umístěny jednotky transceiverů, kombinátory, duplexery, zesilovače a napájecí systémy. V typické architektuře GSM je více jednotek BTS řízeno a spravováno řadičem základnových stanic (BSC), čímž tvoří subsystém známý jako subsystém základnových stanic (BSS). BTS je zodpovědná za funkce nižších vrstev rozhraní E-UTRA/NR, konkrétně fyzické vrstvy (vrstva 1) a částí vrstvy spojení dat (vrstva 2).

Provozně BTS provádí modulaci a demodulaci rádiových signálů. Převádí digitální datový tok z jádra sítě (přes BSC a převodní jednotku) na analogové rádiové frekvenční signály pro vysílání vzduchem a naopak pro příjem. Mezi klíčové rádiové funkce patří kanálové kódování a prokládání pro opravu chyb, šifrování pro zabezpečení přenosu vzduchem, modulace (např. GMSK pro GSM, QPSK/16QAM pro UMTS) a regulace výkonu pro řízení síly signálu a interference. BTS také v GSM zajišťuje výpočty časového předstihu pro synchronizaci vysílání z mobilních zařízení na různých vzdálenostech, což je klíčová funkce pro provoz s vícenásobným přístupem s časovým dělením (TDMA).

Z pohledu sítě BTS vymezuje oblast pokrytí buňky. Každá BTS může podporovat více buněk (sektorů) pomocí směrových antén. Spravuje rádiové zdroje pro svou buňku (buňky), včetně přidělování kanálů pro přenos (TCH) a řídicích kanálů (např. Broadcast Control Channel - BCCH, Common Control Channel - CCCH). BTS provádí měření kvality a síly signálu v uplinku od UE a hlásí je BSC, aby pomohla při rozhodování o předání hovoru a algoritmech regulace výkonu. Její role je především výkonná, řídí se příkazy z BSC pro přiřazení kanálu, provedení předání hovoru a správu rádiových zdrojů. Rozhraní mezi BTS a BSC je standardizováno, nejvýznamněji rozhraní Abis v GSM.

K čemu slouží

BTS byla vytvořena jako základní rádiový uzel pro celulární sítě, konkrétně se standardizací GSM na konci 80. a začátku 90. let 20. století. Jejím účelem bylo poskytnout standardizovanou, nasaditelnou jednotku, která by mohla navazovat a udržovat rádiové spojení s mobilními telefony a umožnit tak celoplošnou mobilní hlasovou komunikaci. Před celulárními systémy byly mobilní rádiové služby často omezeny na jednotlivé, vysokoenergetické vysílače pokrývající velké oblasti s velmi omezenou kapacitou. Celulární koncept, umožněný BTS, zavedl opakované využití frekvencí rozdělením geografické oblasti na menší buňky, z nichž každou obsluhovala vlastní BTS s nižším výkonem. To dramaticky zvýšilo kapacitu sítě a spektrální účinnost.

BTS vyřešila problém implementace složitého digitálního rádiového rozhraní vyžadovaného GSM. Zapouzdřila technicky náročné úkoly, jako je digitální modulace, rámování TDMA a zabezpečený přenos, do spravovatelného síťového prvku, který mohl být hromadně vyráběn a nasazován. Oddělila čistě rádiové funkce (zajišťované BTS) od síťové řídicí a přepojovací inteligence (zajišťované BSC a mobilní ústřednou). Tato modulární architektura umožnila škálovatelné zavádění sítě a efektivnější údržbu a aktualizace. Standardizovaný návrh BTS zajistil interoperabilitu mezi zařízeními od různých výrobců, což byl klíčový faktor pro rychlé celosvětové přijetí technologie GSM.

Při vývoji směrem k 3G UMTS byl koncept BTS přizpůsoben (často označován jako Node B) pro podporu technologie širokopásmového kódového dělení kanálů (WCDMA). Zatímco se základní rádiová technologie změnila z TDMA na CDMA, základní účel zůstal stejný: sloužit jako bod sítě pro rádiové vysílání a příjem. BTS/Node B umožnila přechod na vyšší datové rychlosti a služby s přepojováním paketů při zachování zpětné kompatibility a známé architektonické role v rámci RAN, což operátorům zajistilo hladkou technologickou migraci.

Klíčové vlastnosti

• Moduluje a demoduluje rádiové signály pro rozhraní Uu
• Spravuje zpracování fyzické vrstvy (vrstva 1) včetně kanálového kódování a prokládání
• Provádí šifrování a dešifrování pro zabezpečení přenosu vzduchem
• Provádí příkazy regulace výkonu pro optimalizaci síly signálu a minimalizaci interference
• Podporuje více buněk/sektorů pomocí konfigurací se směrovými anténami
• Komunikuje s řadičem základnových stanic (BSC) přes standardizované rozhraní Abis (GSM)

Definující specifikace

• TR 21.905 (Rel-19) — 3GPP Technical Terms and Definitions
• TS 23.009 (Rel-19) — Handover Procedures in PLMNs
• TS 23.271 (Rel-19) — LCS Stage 2 Specification
• TS 23.889 (Rel-10) — Local Call Local Switch Core Network Impact Study
• TS 25.143 (Rel-19) — UTRA FDD Repeater RF Test Requirements
• TS 25.153 (Rel-19) — LCR TDD Repeater RF Requirements & Testing
• TS 26.093 (Rel-19) — SCR operation of AMR codec for UMTS
• TS 26.193 (Rel-19) — AMR-WB Source Controlled Rate (SCR) Operation
• TR 26.975 (Rel-19) — AMR Speech Codec Performance Background
• TR 26.978 (Rel-19) — AMR Noise Suppression Selection Phase Technical Report
• TS 28.062 (Rel-19) — Tandem Free Operation (TFO) Service Description
• TS 32.102 (Rel-19) — Telecom Management Physical Architecture Framework
• TS 32.240 (Rel-19) — Charging Management Architecture & Principles
• TS 32.272 (Rel-19) — Charging for Push-to-Talk over Cellular (PoC)
• TS 32.401 (Rel-19) — Performance Management Concept & Requirements
• … a dalších 26 specifikací

📖 Anglický originál a plná specifikace: BTS na 3GPP Explorer