636_Nosov_V.I._Seti_radiodostupa_CH.1_

радиодоступа на базе новых технологий позволяющих реализовать новые виды услуг (мультимедийные услуги, интерактивное телевидение и т.д.).

Технология Bluetooth уверенно рассматривается многими разрабочиками как перспективная технология универсальной радиосвязи для локальных сетей. Bluetooth уже активно действует на мировом рынке новых технологий как катализатор ряда других очень важных и перспективных сетевых инициатив.

ВРоссии, в основном, нашло применение импортное оборудование как технологии MMDS так и LMDS. Но диапазон частот 2,5 ГГц, в котором работает система MMDS сильно перегружен, а диапазон частот 28 ГГц, в котором работает система LMDS не отведен в России под телевизионные распределительные системы. В то же время системы телевидения перспективной технологии MVDS могут использовать диапазон 40,5–43,5 ГГц, который выделен Фиксированной и Радиовещательной спутниковой службам на первичной основе и не существует ограничений на внедрение этой технологии со стороны радиочастотных органов.

Втехнологии MVDS заложена возможность организации обратного канала связи от абонентов к центральной станции, что расширяет возможности этих систем, так как появляется возможность их использования для подключения абонентов к ТФОП, к сети Интернет, предоставления интерактивных услуг и т.п., то есть технология MVDS позволяет оказывать абоненту мультимедийные услуги.

О привлекательности беспроводного доступа можно судить по темпам его развития.

Так, если в 1990 г. в мире было только 11 миллионов беспроводных телефонов, то в 2004 г. их стало 1 миллиард , т.е. за 14 лет их стало почти в сто раз больше.

Начиная с 1996 г. ежегодный прирост новых абонентов беспроводных телефонов превышает прирост новых абонентов проводных телефонов и в 2002 г. количество абонентов беспроводных телефонов превысило количество абонентов проводных телефонов.

Наряду с опережающим ростом беспроводного доступа в передаче телефонии, наблюдается опережающий рост и беспроводного доступа в Internet. Так по прогнозам специалистов в 2005 г. число устройств абонентов беспроводного доступа в Internet превысит число устройств с доступом по проводным линиям. А в 2002 – 2007 г.г. – сложится многомиллионный рынок беспроводной передачи данных.

С использованием беспроводного доступа в ближайшие годы будет создана глобальная сеть мобильной связи (IMT – 2000), которая позволит обеспечить связь везде и всегда ( в любом месте и в любое время). Глобальная сеть мобильной связи будет включать в себя: системы спутниковой мобильной связи, обеспечивающие связь в глобальных сотах с радиусом в несколько тысяч километров; наземные системы связи с подвижными объектами (сети сотовой подвижной связи, транкинговой связи и радиодоступа), обеспечивающие связь в макросотах с радиусом в несколько десятков километров, в микросотах с

11

радиусом в несколько километров, в пикосотах с радиусом в несколько сотен метров.

12

1. ТИПЫ СЕТЕЙ БЕСПРОВОДНОГО АБОНЕНТСКОГО ДОСТУПА.

1.1 Экономические аспекты беспроводного абонентского доступа.

Актуальность развития сетей беспроводного абонентского доступа объясняется несколькими причинами. В частности, тем, что традиционная абонентская сеть с использованием медного или волоконно–оптического кабеля представляет собой довольно громоздкое хозяйство, требующее, как правило, длительного поэтапного внедрения и значительных капитальных затрат, а невысокий процент использования каждой абонентской пары не способствует привлечению крупных инвестиций и быстрой окупаемости кабельных систем. Кроме того, любое расширение сети требует больших инженерных работ на кабельных трассах. В силу этого прокладка и организация проводных линий связи становится весьма сложной проблемой, особенно в старых городах, и требует повышенных капитальных вложений в сельской местности [1, 3, 16, 18].

При использовании системы WLL нет необходимости в прокладке дорогостоящих кабелей и в больших объемах инженерно–строительных работ – системы вводятся в считанные месяцы. Гибкая технология WLL позволяет обеспечивать потребности в услугах связи в самых разных условиях – от густонаселенных районов городов с исторически ценной застройкой, быстро растущих пригородов и дачных поселков, районов с коттеджной застройкой, малых городов до малонаселенной сельской местности без развитой инфраструктуры электросвязи.

Стоимость системы WLL, использующей радиоканалы на абонентских линиях, не зависит от длины линии, типа и состояния грунта, наличия водных поверхностей и заболоченных участков в пределах зоны обслуживания. Абонентский радиодоступ может быть эффективен в районах со сложным географическим рельефом, в гористой местности, в районах с сильно изрезанной береговой линией, изобилующих заливами, островами и полуостровами. С помощью радиоканалов можно телефонизировать морские суда каботажного плавания.

Беспроводный абонентский шлейф позволяет чутко реагировать на колебания спроса на услуги связи и изменение сетевого трафика благодаря возможности модульного наращивания оборудования или его перераспределения. Путем увеличения мощности передающего оборудования и управляющего процессора система WLL сравнительно легко преобразуется в сеть подвижной связи, как с малой, так и с большой степенью подвижности абонентов, в то время как оператору проводной сети необходимо создавать сеть подвижной связи заново.

По сравнению с обычной кабельной сетью беспроводная телефонная система имеет следующие преимущества:

–более высокие темпы ввода в эксплуатацию и меньшая трудоемкость работ;

–малый срок окупаемости системы (3–4 года);

13

–в 1,5–2 раза меньшие капитальные затраты;

–простота и гибкость при расширении сети, достаточно легкая трансформация в сеть мобильной связи;

–число отказов WLL составляет не более 6–10 % от числа отказов кабельной телефонной сети;

–в несколько раз более низкая стоимость 10–летнего жизненного цикла. Применение в системах беспроводной телефонной связи специальных

способов организации радиодоступа, цифровой технологии и соответствующих методов кодирования позволяет обеспечить высокую пропускную способность

иперекрытие зон обслуживания, повысить качество работы каналов связи, эффективность использования радиочастотного спектра.

Результаты эксплуатации экспериментальной сети WLL фирмы Qualcomm показали, что на пятый год эксплуатации доход от инвестиций в беспроводную CDMA–технологию в расчете на одного абонента в 5 раз больше, чем от кабельной сети при том же уровне инвестиций. Кроме того, расчеты показали, что на обслуживание абонентской сети большого города (например, 5,6 млн. абонентов) при проводной технологии в течение 10 лет потребуется 1,2 млрд. долл., в то время как при использовании CDMA – технологии эти затраты могут быть снижены до 667 млн. долл.

Кпозитивным моментам следует отнести и тот факт, что при развертывании системы WLL нет необходимости в закладке избыточного количества оборудования на начальном этапе организации сети, как это делается при строительстве проводных сетей (при прокладке кабеля его емкость, как правило, превышает первоначально планируемую на 20–40 %). Любые ошибки в расчетах пучков каналов и резкие изменения спроса могут быть легко скорректированы благодаря модульной структуре основного оборудования.

Как показывает опыт, в целом внедрение WLL требует меньших капитальных затрат, чем прокладка проводных линий, о чем свидетельствует рис. 1.1. Большая часть капитальных затрат местной проводной сети приходится на сетевое и коммутационное оборудование. В системах WLL стоимость абонентских комплектов составляет примерно половину общих затрат на систему. В результате растущие со временем потребности в радиотелефонах позволяют снижать в расчете на одного абонента капитальные затраты на создание системы WLL.

Стоимость местной сети, построенной на основе медного кабеля, изменяется в довольно широких пределах и зависит от абонентской плотности

ирасстояния до местной АТС (рис. 1.2). Из графика видно, что на расстоянии от 500 м до 4 км более выгодна кабельная разводка, а на больших расстояниях эффективнее беспроводный доступ [3].. В каждом конкретном случае эта граница уточняется применительно к местным условиям.

Зависимость чистой прибыли (убытка) от использования систем абонентского доступа (для большого города при 5,6 миллиона абонентов) различных технологий (с учетом капитальных и эксплуатационных затрат) можно проследить по рис. 1.3, из которого видно, что пиковая область

14

Радиодоступ

Расстояние

Рис. 1.2 Зависимость затрат на одного абонента от расстояния при разных системах абонентского доступа.

В этот период необходимые затраты для проводного доступа составляют 1,57 млрд. долл. и 669 тыс. долл. – для WLL.

Привлекательность беспроводных сетей подтверждается также значительной экономией средств, предназначенных для их обслуживания и ремонта. В частности, стоимость 10–летнего жизненного цикла беспроводной сети в 1,5 раза меньше стоимости этого же цикла проводной сети.

Наряду с простотой технического обслуживания системы WLL обладают более высокой по сравнению с кабельными сетями надежностью, а следовательно, и меньшим количеством неисправностей. По данным МСЭ, за год на индийских сетях было зарегистрировано 218 неисправностей на 100

15

В экспериментальной системе CDMA–WLL, эксплуатируемой в тех же условиях, было отмечено 13,4 неисправности на 100 линий абонентского радиодоступа в год, т. е. всего 6 % от общего количества неисправностей в проводной системе. Здесь же заметим, что на проводной местной сети в течение 24 часов может быть устранено 84 % неисправностей. в то время как на сети, организованной на основе технологии CDMA–WLL, этот показатель был доведен до 99 %.

Такая высокая надежность объясняется, в частности, тем, что оборудование системы WLL больше, чем линейные сооружения, защищено от воздействия окружающей среды и вмешательства человека. По этой же причине более просто и быстро устраняются повреждения.

Рассмотренные системы беспроводного абонентского доступа могут оказаться весьма перспективными и полезными для применения в некоторых регионах России. По мнению экспертов Европейского банка реконструкции и развития, проанализировавших потенциальную эффективность инвестиционных вложений в телекоммуникационные проекты в странах Центральной и Восточной Европы, применение беспроводных систем экономически оправданно в районах с телефонной плотностью менее 200 абонентов на 1 км2, а значительная часть территории России относится именно к такой категории. Слабо развитая инфраструктура связи в сельской местности и малых городах, наличие неблагоприятного для прокладки кабеля ландшафта

16

открывают достаточно широкие возможности для внедрения систем WLL на российских сетях.

Беспроводные абонентские линии связи имеют ряд преимуществ перед проводными схемами поддержки абонентов:

• Стоимость. Беспроводные системы обходятся не так дорого, как проводные. Хотя электронное оборудование передатчика и приемника беспроводной сети стоит дороже аналогичного оборудования для проводного соединения, отсутствуют затраты на прокладывание километров кабеля (под землей или от столба к столбу) и содержание проводной инфраструктуры;

•Время установки. Беспроводные системы, как правило, устанавливаются довольно быстро. Время в основном тратится только на получение разрешения на использование полосы частот и на поиск подходящей возвышенности для антенн базовой станции. Если решены эти два вопроса, то установка системы WLL займет малую толику того времени, которое потребовалось бы для установки новой проводной системы;

•Выборочная установка. Радиоустройства устанавливаются только для тех абонентов, которым нужны услуги в настоящее время. При прокладывании кабелей проводной системы, как правило, предполагается, что придется обслуживать всех абонентов в данном районе.

Целесообразность установки абонентских беспроводных линий связи можно оценить, сравнив схему WLL с двумя другими технологиями:

•Проводная схема с использованием проложенного кабеля. Большая часть жителей Земли не имеют телефонов. Многие абоненты телефонных линий либо не имеют доступа к линиям достаточно высокого качества либо находятся слишком далеко от центральной станции, чтобы эффективно использовать xDSL, что не позволяет поддерживать высокоскоростные приложения. Кроме того, многие абоненты не имеют кабельного телевидения либо поставщики не могут обеспечить услуг двусторонней передачи данных. Наконец, по стоимости линии WLL вполне способны конкурировать с проводными схемами. Поэтому при установке новой системы приходится призадуматься, какую из схем выбрать: проводную или беспроводную;

•Мобильные сотовые технологии. Современные сотовые системы слишком дороги и слишком ограничены в средствах, чтобы представлять собой реальную альтернативу линиям WLL. Даже тогда, когда станут доступны сотовые системы третьего поколения, они, скорее всего, будут более дорогими и менее функциональными, чем широкополосные системы WLL. Основным преимуществом систем WLL перед мобильными сотовыми системами является то, что абонентское устройство стационарно, поэтому абонентская антенна направляется на антенну базовой станции и обеспечивает максимально возможное качество передачи в обоих направлениях.

1.2Структура систем беспроводного абонентского доступа

17

Основная функция системы беспроводного абонентского радиодоступа – предоставление конечному пользователю, т. е. абоненту, стандартной услуги телефонной связи. Таким образом, все эти системы являются дуплексными. Кроме этого, они осуществляют учет и тарификацию переговоров и нередко поддерживают различные типы вызовов, например приоритетные. Часто имеется возможность подключения к ним таксофонов. Все системы беспроводного абонентского радиодоступа обеспечивают передачу пользовательских данных: большинство – на скоростях менее 28,8 Кбит/с, а некоторые широкополосные – на скоростях сети ISDN и даже выше [4, 5, 9, 16, 18].

Типовая архитектура системы беспроводного абонентского радиодоступа представлена на рис.1.4. Она включает в себя следующие основные компоненты: контроллер базовых станций, базовые станции (БС), абонентские терминалы и терминал технического обслуживания и эксплуатации – компьютер со специальным управляющим приложением. БС связаны с контроллером проводными или беспроводными микроволновыми линиями связи с пропускной способностью, обычно равной n × 2 Мбит/с. Последние могут быть реализованы на базе довольно большого числа радио ретрансляторов. Подобные ретрансляторы иногда используются между абонентскими терминалами и БС, увеличивая дальность действия последних. Рассмотрим функции каждого компонента системы WLL.

1.2.1 Контроллер базовых станций.

Данное устройство предназначено для концентрации и в ряде случаев коммутации трафика WLL, обработки вызовов и обеспечения связи с коммутатором ТФОП, осуществляемой, как правило, по цифровым каналам с высокой пропускной способностью или по многочисленным аналоговым двухпроводным линиям, для чего контроллер оснащают соответствующими интерфейсами. Кроме того, он поддерживает функции управления системой, реализуемые на базе терминала технического обслуживания и эксплуатации.

Рис.1.4 Типовая архитектура системы WLL

18

К базовым станциям

Рис.1.5 Функциональная схема контроллера базовых станций

Функциональная схема контроллера базовых станций приведена на рис. 1.5. Собственно коммутатор осуществляет переключение потоков информации между соответствующими линиями связи. Он может, например, направить цифровой поток от одной базовой станции к другой, или от базовой станции к стационарной сети связи, или, наоборот – от стационарной сети связи к нужной базовой станции.

Коммутатор подключается к линиям связи через соответствующие

(мультиплексирование/демультиплексирование, буферное хранение, преобразование кода) потоков информации. Общее управление работой контроллера базовых станций и системы в целом производится от центрального контроллера, который имеет мощное математическое обеспечение, включающее перепрограммируемую часть. Работа контроллера базовых станций предполагает активное участие операторов, поэтому в его состав входят соответствующие терминалы, а также средства отображения и регистрации (документирования) информации. В частности, оператором вводятся данные об абонентах и условиях их обслуживания, исходные данные по режимам работы системы, в необходимых случаях оператор выдает требующиеся по ходу работы команды.

Важными элементами системы являются базы данных - домашний регистр, гостевой регистр, центр аутентификации, регистр аппаратуры. Домашний регистр (домашний регистр местоположения - Home Location Register, HLR) содержит сведения обо всех абонентах, зарегистрированных в данной системе, и о видах услуг, которые могут быть им оказаны (при

19

заключении договора на обслуживание для разных абонентов может быть предусмотрено, вообще говоря, оказание различных наборов услуг). Здесь же фиксируется местоположение абонента для организации его вызова и регистрируются фактически оказанные услуги. Гостевой регистр (гостевой регистр местоположения - Visitor Location Register, VLR) содержит примерно такие же сведения об абонентах-гостях, т.е. об абонентах, зарегистрированных в другой системе, но пользующихся в настоящее время услугами связи в данной системе. Центр аутентификации (Authentication Center) обеспечивает процедуры аутентификации (установления подлинности) абонентов и шифрования сообщений. Регистр аппаратуры (регистр идентификации аппаратуры Equipment Identity Register), содержит сведения об эксплуатируемых подвижных станциях на предмет их исправности и санкционированного использования. В частности, в нем могут отмечаться украденные абонентские аппараты, а также аппараты, имеющие технические дефекты, например являющиеся источниками помех недопустимо высокого уровня. Как и в базовой станции, в контроллере базовых станций предусматривается резервирование основных элементов аппаратуры, включая источник питания, процессоры и базы данных.

1.2.2 Временное группообразование

Контроллеры связи осуществляют объединение и разделение цифровых потоков, получаемых от абонентов. В сетях связи цифровые системы передачи строятся по иерархическому принципу. Применительно к цифровым системам этот принцип заключается в том, что число каналов ЦСП, соответствующей данной ступени иерархии, больше числа каналов ЦСП предыдущей ступени в целое число раз (это число называется коэффициентом мультиплексирования). Система передачи, соответствующая первой ступени, называется первичной, в этой ЦСП осуществляется прямое мультиплексирование относительно небольшого числа цифровых сигналов от абонентов в первичный цифровой поток. Системы передачи второй ступени иерархии объединяют определенное число первичных потоков во вторичный цифровой поток и т. д. [13, 14, 15].

Таким образом, если в контроллере связи необходимо установить ЦСП с относительно большим числом каналов, на ней устанавливают аппаратуру соответствующего числа первичных, вторичных и т. д. цифровых систем передачи. Системы, построенные таким способом, называют ЦСП с временным группообразованием. Эти системы помимо обеспечения потребностей сети позволяют использовать на первой ступени групповые кодеки с приемлемыми скоростями работы.

В рекомендациях МСЭТ представлено несколько типов плезиохронных иерархий ЦСП с ИКМ: европейская, североамериканская и японская. В 1988 г. МСЭ-Т разработал рекомендации по единой (всемирной) синхронной цифровой иерархии (СЦИ), позволяющей объединять цифровые потоки, образованные системами передачи, входящими в любую существующую иерархию.

Цифровые системы передачи с ИКМ, используемые на первичной сети

20