636_Nosov_V.I._Seti_radiodostupa_CH.1_

Министерство информационных технологий и связи РФ Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики

В.И. Носов

СЕТИ РАДИОДОСТУПА часть 1

Учебное пособие

Новосибирск 2006 г.

1

621.396.43

Д.т.н., профессор Носов В.И. СЕТИ РАДИОДОСТУПА, часть 1

.

Данное учебное пособие является первым в цикле пособий по сетям радиодоступа.

В учебном пособии излагаются:

типы сетей абонентского радиодоступа, экономические аспекты и структура систем беспроводного абонентского доступа;

обработка сигналов в оборудовании беспроводного доступа – аналогово-цифровое преобразование, кодирование и декодирование речевого сигнала;

избыточное кодирование для обнаружения ошибок и исправления ошибок с использованием блочных, сверточных, каскадных и турбо кодов;

скремблирование и перемежение бит цифровых потоков.

В следующих учебных пособиях этого цикла предполагается изложить: методы модуляции; распространение радиоволн; способы многостанционного доступа; протоколы; стандарты систем радиодоступа; аппаратуру сетей радиодоступа; проектирование сетей радиодоступа.

Кафедра систем радиосвязи

Рецензенты: профессор М.А. Быховский, профессор В.П. Кубанов.

Для специальностей 201100, 201000

Утверждено редакционно-издательским советом СибГУТИ в качестве учебного пособия

© Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики

2

СОДЕРЖАНИЕ

5

ВВЕДЕНИЕ

Успешное развитие сетей электросвязи невозможно без внедрения новых технических средств, к которым, безусловно, относятся радиотехнологии. Радиосредства, используемые для подключения абонента к телефонной сети общего пользования можно условно разделить на два класса: оборудование радиодоступа (Wireless Local Loop – WLL) к АТС и аппаратура бесшнуровой связи (Cordless Telephone – СТ). Такое деление позволяет более дифференцировано рассматривать перспективы внедрения этих радиосредств на сетях электросвязи и определять условия их использования [1].

Оборудование радиодоступа к АТС обеспечивает организацию абонентской линии (АЛ) с помощью радиоканала на всей ее протяженности или на отдельных участках. К этому типу оборудования можно отнести одноканальные или многоканальные радиоудлинители телефонных линий, у которых радиоканал организован на участке АТС – абонентское устройство.

Одноканальные и многоканальные удлинители с ограниченным числом каналов (до 10) достаточно просты и активно выпускаются отечественной промышленностью.

Радиодоступ к АТС может быть организован на основе какого–нибудь стандарта сотовой связи. Абонентский терминал представляет собой либо специально разработанное устройство, к которому подключают обычный телефонный аппарат, либо абонентскую радиостанцию соответствующего стандарта сотовой связи. В данных системах нет центра коммутации подвижной связи (ЦКПС), поэтому при перемещении подвижных абонентов в пределах обслуживаемой территории им, как правило, не гарантируется возможность организации связи при переходе в новую соту. А при наличии такой возможности соединение, имеющееся на момент пересечения границы сот, прерывается, и необходимо сделать повторный набор. В таких системах отсутствует функция роуминга, т. е. обслуживание «визитных» абонентов.

Ксистемам радиодоступа к АТС относятся и распределительные радиосистемы (Point–to–Multipoint – PMP), которые в последние годы начали внедряться в России. В основном, для этих систем, которые используют технологию радиорелейных линий (РРЛ), разрешены диапазоны частот 1,5 ГГц

и2.3 – 2,5 ГГц. Радиоканал в таких системах, как правило, организован на участке АТС – абонентский блок коллективного пользования, который обеспечивает переход от радиоканала к абонентским устройствам.

Кдругому классу оборудования, использующего радиотехнологии, относится аппаратура бесшнуровой связи. В этом случае радиоканал не является частью АЛ, так как она заканчивается на базовом блоке индивидуального пользования (в случае бесшнуровых телефонных аппаратов) или на базовом блоке коллективного пользования (в случае систем бесшнуровой связи). Радиоканал используется между базовым блоком, выполняющим функции абонентских устройств, и радиоэлектронной трубкой, работающей по принципу дистанционных устройств. Системы бесшнуровой связи пригодны для телефонизации дома или офиса, а также небольших

6

населенных пунктов. В последнем случае функциональные возможности подобных систем приближаются к системам персональной связи, которые базируются на сотовой топологии с малым радиусом сот (микроячейки и пикоячейки).

На российских телефонных сетях разрешена к применению аппаратура бесшнуровой связи стандарта СТ – 2, использующая полосу частот 864 – 868,2 МГц. Определено, что средства бесшнуровой связи стандарта СТ – 2 являются продолжением местных телефонных сетей, и на одной территории эту аппаратуру могут использовать несколько операторов. Существует также оборудование DCT–900 (PRE–DECT) фирмы Ericsson (Швеция), работающее по принципам стандарта DECT в разрешенном для СТ–2 диапазоне частот 864 – 866 МГц. Его также можно использовать при телефонизации, однако операторам необходимо будет провести дополнительные частотные согласования.

Все эти радиосредства являются весомой альтернативой традиционной кабельной продукции на телефонных сетях, где они находят все более широкое применение, позволяя на «последней миле» обходиться без сложных инженерных работ по прокладке кабелей. Это значительно сокращает сроки задействования смонтированной коммутационной емкости и исключает несанкционированные механические повреждения АЛ, характерные для проводных линий связи. Гибкость систем такого типа позволяет в случае необходимости легко менять конфигурацию сетей.

Применение оборудования радиодоступа к АТС особенно оправдано при телефонизации труднодоступных районов и территорий со средней и низкой плотностью населения, так как расстояние от АТС до абонента не оказывает существенного влияния на стоимость сетей, базирующихся на радиотехнологиях. Многовариантность использования аппаратуры бесшнуровой связи дает возможность операторам сетей расширить перечень предоставляемых услуг.

Бесшнуровые радиотехнологии (БШРТ) предназначены для замены шнура (провода) между телефонной трубкой и телефонным аппаратом радиоканалом с целью обеспечения ограниченной подвижности абонента. Дальность связи, обеспечиваемая БШРТ, обычно составляет десятки – сотни метров. В настоящее время существует тенденция расширения области применения БШРТ. Так, например, радиоинтерфейс БШРТ стали использовать не только на участке шнура, но и на участке абонентской линии (системы беспроводного доступа). Структура каналов управления в последних поколениях БШРТ позволяет строить системы связи с сотовой топологией и поддерживать функции мобильности – хэндовера и роуминга. В настоящее время в мире широко применяется оборудование, использующее три типа БШРТ. Эти технологии известны под следующими условными названиями: СТ1; CT2; DECT. Кроме того, в Российской Федерации в качестве сетей беспроводного радиодоступа, в соответствии с нормативной базой, активно используются сети, основанные на стандарте IS–95.

Радиотехнология DECT является одной из самых перспективных

7

технологий в мире. Возможности этой технологии позволяют использовать ее в бесшнуровых телефонных аппаратах, системах абонентского радиодоступа, системах с сотовой технологией, в качестве расширения системы подвижной связи GSM. Радиоинтерфейс DECT принят в качестве одного из интерфейсов систем персональной подвижной связи третьего поколения. Рассматривается применение технологии DECT в качестве домашних бесшнуровых телефонов, внутриофисных систем ограниченной подвижности и в системах стационарного радиодоступа.

В случае использования систем радиодоступа на основе технологий СТ–2 или DECT, при соблюдении определенных ограничений (мощность передатчиков базовых станций не более 10 мВт, коэффициент усиления антенн не более 3 дБ) достаточно обычной лицензии на услуги местной телефонной связи. Если же при реализации проекта оператор вынужден выйти за рамки приведенных ограничений, то ему необходимо провести согласование частот в Главгоссвязьнадзоре [2].

Рекомендуется организация производства оборудования DECT на территории России. В настоящее время развѐрнуто производство отдельных видов аппаратуры DECT российскими компаниями "ИНФОРМТЕХНИКА и СВЯЗЬ" и "GOODWIN".

Узкополосные системы связи ―пункта со многими пунктами‖ (П–М– П) по технике наиболее близки к РРЛ, действуют в пределах прямой видимости и решают задачу обеспечения телефонной связью удаленных абонентов, рассредоточенных на территории, при малой их плотности. Использование систем беспроводного доступа вместо кабеля, обеспечивает существенную экономию дефицитных материалов. Только одна РРЛ протяженностью 100 км, вместо линии на электрическом малогабаритном коаксиальном кабеле МКТС–4 сохраняет, для более полезного использования,17 тонн меди и 91 тонну свинца. При этом сохраняются сельские угодья, которые повреждаются кабелеукладчиком при прокладке нового кабеля.

Оборудование систем П–М–П трудно классифицировать. Это интегральные системы, где объединены в одной аппаратуре приемники и передатчики, коммутационные устройства, элементы каналообразующих и мультиплексных устройств, низкочастотные окончания для абонентских устройств и устройств сопряжения с АТС. Такие системы стационарной телефонной связи максимально продвинуты в направлении ISDN и обеспечивают своим абонентам весь набор современных услуг телефонной связи и передачи данных.

Системы широкополосного мультимедийного доступа: RLAN, HIPERLAN, HIPERLINK

Локальные радиосети (RLAN) в последние годы создание новых высокоскоростных каналов связи не успевает за бурным ростом компьютерных сетей. В тех случаях, когда быстрота развертывания и гибкость архитектуры сети представляют собой основные критерии, наиболее перспективным

8

решением является построение беспроводной сети связи. Для беспроводного соединения локальных вычислительных сетей и доступа в локальные сети отдельных компьютеров широко используется оборудование широкополосного доступа технологии RLAN (Radio Local Area Network), которое в России известно под названием ―радиомодемы‖. В России, как и во всем мире, получили распространение радиомодемы, работающие в диапазонах частот 902–928 МГц и 2400–2483,5 МГц и использующие сигналы с расширенным спектром, как их называют шумоподобные сигналы (ШПС).

Типичные локальные радиосети работают с максимальной скоростью передачи данных более 1 Мбит/c. Оборудование беспроводного доступа технологии RLAN наиболее эффективно в масштабах предприятия, состоящего из нескольких отдельно стоящих зданий, но оно может успешно конкурировать и с кабельными сетями, использующими стандарт Х.25 для передачи пакетов в масштабах города.

Радиомодемы диапазона 2400–2483,5 МГц, получившие наибольшее распространение в России это AirLink производства компании CyLink,

семейство ARLAN (Advanced Radio LAN) производства компании Aironet Wireless Communication и семейство изделий производства AT&T GIS.

Диапазон 2,4 ГГц разрешен ГКРЧ для технологии RLAN в России, но он сильно перегружен, как в России, так и в Европе и в настоящее время разрабатывается новая технология RLAN с высокими показателями качества – HIPERLAN, в которой используется более высокочастотный диапазон.

В технологии HIPERLAN используются три диапазона несущих частот 5,2; 5,3 и 5,775 ГГц. Пропускная способность при работе 14 каналов HIPERLAN (общая занимаемая полоса 330 МГц), распределенных около трех несущих частот, до 100 Мбит/с. Каждый из каналов имеет пропускную способность от 10 до 20 Мбит/с. Технология позволяет передавать информацию в формате MPEG–2, для передачи которой нужна скорость не менее 3–8 Мбит/c. Предусмотрена возможность использования динамического выбора частоты (ДВЧ) для исключения использования уже занятых каналов и равномерного распределения загрузки по 14 каналам HIPERLAN.

Сети стандарта HIPERACCESS обеспечивают предоставление услуг фиксированной радиосвязи и предназначены для применения вне зданий. Сети данного стандарта обеспечивают передачу данных со скоростью 25 Мбит/сек. Использование технологии HIPERACCESS позволит оператору предоставлять услуги по доступу к сетям общего пользования, по обеспечению связью малых фирм между собой.

Сети стандарта HIPERLINK обеспечивают высокоскоростную передачу данных (до 155 Мбит/сек) и предназначены для организации радиолиний для статических соединений (например, соединение сетей стандарта HIPERACCESS и/или HIPERLAN с полностью беспроводной сетью), а также они поддерживают мультимедийные протоколы. Применение данных сетей будет осуществляться в полосе 17 ГГц.

Широкополосные сети на основе технологии Bluetooth.

9

Bluetooth – это условное название технологии для создания небольших, низких по стоимости радиолиний ограниченной дальности между переносными компьютерами, сотовыми телефонами и другими переносными устройствами. Данная технология позволяет пользователям легко и просто объединять большое количество вычислительных устройств и средств связи, без необходимости покупать, носить и устанавливать соединительные кабели. Это создает возможности для быстрой организации специальных сетей, а также иных автоматических, непрерывных линий соединения между устройствами. Технология Bluetooth устранит необходимость покупки дополнительных отдельных кабелей для соединения различных устройств. Так как Bluetooth может быть использована для широкого круга задач, то потенциально устраняется необходимость в многочисленных специальных устройствах объединения данных из нескольких кабельных соединений в один радиоканал. Технология Bluetooth разработана для использования в глобально гармонизированных полосах в диапазоне 2,4–2,48 ГГц, распределенных для промышленного, научного и медицинского использования.

Технологии HIPERACCESS и HIPERLAN разрабатываются европейским институтом стандартов ETSI. Подобные этим технологиям разрабатывает американский институт стандартов ANSI, это стандарты IEEE 802.11 (известные под названием WiFi) и IEEE 802.16 (известные под названием

WiMAX).

Телевизионные распределительные системы (MMDS, LMDS, MVDS).

Распределительные системы эфирнокабельного телевидения технологии

MMDS (Multichannel Multipoint Distribution systems) используют простые аналоговые технологии. MMDS широко используются в США в диапазоне частот 2,5 ГГц, в котором размещается 33 аналоговых 6 МГц видео канала. Радиус обслуживания 40 км. В России ГКРЧ допускает использование диапазона 2,5 ГГц для технологии MMDS.

Распределительные системы телевидения технологии LMDS (Local Multipoint Distribution systems) работают в диапазоне 28 ГГц и имеют меньший радиус обслуживания – 10 км. Эти диапазоны не приняты в Европе для телевизионных распределительные систем.

Цифровые распределительные системы телевидения технологии MVDS (Multipoint Video Distribution systems) работают в диапазоне частот 40,5–43,5

ГГц. Этот диапазон определен для них Рек. Т/R 52–01.

Перспективы развития технологий

Следует отметить, что наиболее перспективным является использование цифровых радиорелейных систем связи ―П–М–П― на сети абонентского радиодоступа для предоставления потребителю именно мультимедийных услуг связи.

Ожидается бурное развитие технологий HIPERLAN, HIPERACCESS, HIPERLINK, WiFi, WiMAX а также сетевых решений основанных на данных технологиях. В России предполагается внедрение сетей широкополосного

10