Характеристики стандарта 802.16а

* Дальность действия: до 50 километров.

* Покрытие: расширенные возможности работы вне прямой видимости позволяют улучшить качество покрытия обслуживаемой зоны.

* Частота: от 2 ГГц до 11 ГГц.

* Спектральная эффективность: до 5 бит/сек/Гц.

* Максимальная скорость передачи данных на сектор: до 70 Мбит/с на сектор одной базовой станции. Типовая базовая станция имеет до 6 секторов.

* Качество обслуживания: качество обслуживания контролируется на уровне управления доступом к среде, что позволяет использовать дифференцированные уровни обслуживания. Это дает возможность предоставлять коммерческим предприятиям обслуживание типа Т1, а домашним пользователям - типа DSL, а также осуществлять передачу голоса и видео.

Преимущества для поставщиков услуг

* Решение операторского класса: данный стандарт предоставляет широкие возможности для масштабирования, необходимого для обеспечения поддержки сотен тысяч пользователей силами одной базовой станции, и позволяет дифференцировать уровни предоставляемых услуг. Один сектор одной базовой станции способен обеспечить скорость передачи данных, достаточную для одновременного обслуживания более 60 предприятий, подключенных по каналам типа Т1, и сотни жилых домов, подключенных по каналам типа DSL. Типовая базовая станция имеет до 6 секторов.

* Малый инвестиционный риск: этот стандарт несет в себе для поставщиков услуг меньший риск неокупаемости инвестиций по сравнению с уникальными решениями по организации широкополосного доступа, проектируемыми на заказ. Совместимость оборудования, способного работать в этом стандарте, позволяет оператору сократить затраты на конечное клиентское оборудование и одновременно использовать оборудование разных производителей. Базовая станция 802.16 будет стоить около 10000$, первые модемы можно будет купить за 1000$. Стоимость модема в будущем упадет до 300$. Обслуживание клиентов и управление этим обслуживанием можно осуществлять удаленно, что позволяет сократить текущие расходы.

* Качество обслуживания: управление доступом к среде стандарта 802.16 рассчитано на поддержку передачи голоса и видео.

Системы радио доступа также имеют свои стратегические преимущества перед проводными системами, связанные с использованием радиоэфира для предоставления услуг широкополосного доступа:

• затраты на строительство минимальны, поскольку для системы радиодоступа не нужна кабельная система;

• услуги широкополосного доступа доступны любому пользователю в пределах зоны покрытия сети радиодоступа;

• сети радиодоступа могут обслуживать не только фиксированных абонентов, но и мобильных абонентов.

Эти преимущества обеспечивают конкурентоспособность систем радио доступа в демократичном мире NGN. Как было показано в примере 2.1. технология радио доступа способна собрать трафик NGN задолго до того, как будут развернуты кабельные системы проводного широкополосного доступа. По этой причине во всем мире применение технологии радиодоступа рассматривается как стратегия быстрого захвата рынка широкополосных услуг. Вместе с тем использование радиоэфира в качестве среды передачи сигналов имеет ряд недостатков:

• качество услуг в сетях радиодоступа обычно ниже, чем в сетях проводного доступа, вследствие влияния электромагнитных помех, экранирования сигналов от базовых станций и других факторов;

• ресурс радиоэфира для передачи широкополосных сигналов ограничен. В результате во всех стандартах сетей радиодоступа в настоящее время существует проблема, связанная с переходом к концепции Triple Play и требованием предоставлять абоненту скорость свыше 20 Мбит/с;

полнодоступность услуг радиодоступа на всей территории зоны покрытия выдвигает на первый план необходимость решения вопросов авторизации, идентификации и тарификации абонентов сети (в западной технической прессе этот комплекс задач получил сокращенное название AAA). Сюда же относится комплекс решений в области сетевой безопасности, включающий превентивные меры для предотвращения незаконного пользования ресурсами сети. Ограниченность ресурса радиоэфира приводит к уменьшению скороти передачи в расчете на одного абонента либо к ограничению числа абонентов в зоне покрытия. Оба фактора приводят к необходимости поиска новых ресурсов и решений. В результате за последнее десятилетие было создано несколько десятков различных технологий радиодоступа, и этот процесс продолжает идти очень динамично. Современные системы радиодоступа работают и диапазоне от 30 МГц до 60 ГГц, применяют разные методы модуляции и кодирования и обслуживают абонентов с разными требованиями по мобильности (от фиксированных абонентов до мобильных станций со скоростью перемещения до 150 км/ч). Таким образом, нельзя говорить о технологии радиодоступа как об одной технологии, это целый мир со своими принципами и законами. Общая теория систем радиодоступа изложена в [18]. Здесь мы лишь дадим краткий обзор основных решений, применяемых в современном мире. Исторически сети радиодоступа прошли довольно долгий путь эволюции от аналоговых телефонных радиоудлиннителей до сверхширокополосных цифровых систем (UWB) со скоростью передачи данных 100 Мбит/с и выше. Условно можно выделить пять поколений систем радиодоступа:

• аналоговые средства доступа к аналоговым АТС (1960-е гг.);

• узкополосные цифровые системы доступа к цифровым и аналоговым АТС и узлам передачи даных (1980-е гг.). Здесь впервые были разработаны стандарты беспроводных локальных сетей (WLAN), стандарты Radio Ethernet, IEEE 802.11, 802.15 и пр.;

• системы цифрового радиодоступа на основе пакетной передачи IP, куда вошли технологии MMDS, LMDS;

• системы широкополосного доступа на основе стандартов IEEE 802.11/802.16 со скоростью передачи от 10 до 70 Мбит/с, куда вошли доминирующие в настоящее время технологии Wi-Fi и WiMAX;

• системы сверхширокополосного доступа (UWB) со скоростью передачи 100 Мбит/с и выше.

Очевидно, что для современного развития сетей NGN подходят только технологии четвертого и пятого поколений. Системы второго и третьего поколений могут применяться в качестве средства доступа для нетребовательных абонентов, демократичность NGN позволяет применять и такие решения. Обобщенная структура системы радиодоступа представлена на рис. 3.15. Абоненты широкополосного доступа подключаются к радиосети с использованием абонентских устройств (радиомодемов), на вход которых подаются абонентские данные, а па выходе формируется абонентский радиосигнал. Абонентские устройства могут выполняться в виде карт PCMCIA или в виде внешних устройств. Радиосигнал передается на базовую станцию системы радиодоступа, где преобразуется

снова в данные пользователя. Базовые станции системы радиодосту-па объединяются через каналы проводной сети, образуя опорную сеть системы, в которой решаются вопросы коммутации, маршрутизации, авторизации пользователей, биллинга и пр. Через одну или несколько точек присутствия (линейный интерфейс) опорная сеть подключается к транспортной сети NGN. Таким образом решается задача организации широкополосного доступа. Системы радиодоступа отличаются параметрами радиоинтерфейса, зоной охвата сети и параметрами линейного интерфейса. Размер зоны охвата разделяет все системы доступа на пять категорий: глобальные (WAN), региональные сети (RAN), городские (MAN), локальные (LAN) и персональные сети (PAN). Зона покрытия систем радиодоступа разделяется на соты, каждая из которых обеспечивает покрытие от отдельной базовой станции. Системы радиодоступа могут быть односотовыми и многосотовыми. По размеру соты системы радиодоступа разделяются на три категории:

• макросотовые сети с размером соты до 30 км;

• микросотовые сети с размером соты до 3 км;

• пикосотовые сети с размером соты до 100 м.

Технология макросотовых сетей используется для развертывания сетей WAN, RAN и MAN. Микросотовые технологии используются в сетях LAN и MAN. Б персональных сетях (PAN) используется технология пикосотовых сетей. Основными параметрами радиоинтерфейса являются рабочий диапазон сигналов, метод разделения каналов и принципы модуляции. На рис. 3.16 представлены возможные диапазоны работы аналоговых и цифровых систем радиодоступа и используемые в них принципы разделения каналов. Как видно из рисунка, современные системы радиодоступа отличаются многообразием решений, большая часть из которых (выделена на рисунке) может эффективно использоваться в качестве средств доступа в современных сетях NGN. Из перспективных технологий радиодоступа, которые легко интегрируются в современные сети NGN и рассматриваются как авангард р азвития современных систем радиодоступа

Технология Wi-Fi. Первоначально эта технология была изобретена для создания беспроводных LAN, но сейчас она все чаше используется как технология доступа пользователей в Интернет. До последнего времени сферой приложения этой технологии являлись комнатные сети, особенно в случае, если в семье несколько пользователей Интернета. Сейчас Wi-Fi начинает эффективно использоваться для создания MAN, RAN и даже WAN.

Т ехнология Wi-Fi интересна в концепции NGN тем, что дает быстрый эффект. Одна базовая станция сети (holspot) системы Wi-Fi может дать широкополосный доступ десяткам абонентов сразу, причем с довольно большими скоростями. Минимальные вложения (отсутствие абонентской проводки) в сочетании с реальной возможностью «притянуть» довольно внушительный трафик — все это делает Wi-Fi интересной технологией доступа самого широкого применения. Wi-Fi часто применяется в качестве системы доступа в публичных местах (Интернет-кафе, стадионы, аэропорты, вокзалы, супермаркеты, отели и пр.). Тот факт, что в современных ноутбуках и карманных компьютерах (КПК) реализованы функции Wi-Fi, облегчает применение этой технологии в публичных местах. Техногенные зоны, оснащенные системой Wi-Fi, позволяют эффективно использовать эту технологию в различных системах телемеханики и т.н. В настоящее время во всем мире идет процесс объединения зон Wi-Fi и создание больших сетей Wi-Fi с функцией роуминга. Примером такого применения технологии Wi-Fi может служить сеть McDonald's, которая насчитывает уже более 6000 hotspot в мире. Появились также национальные и международные Wi-Fi-операторы, первым примером которых можно назвать Swisscora Eurospot (сети аэропортов, ресторанов, баров и пр.), которая покрывает территорию всего Евросоюза.

Источник может создавать много сообщений. Получателю заранее не известно, какое сообщение передано, здесь целесообразен статистический подход к описанию сообщения, т.к. сообщение представляет собой случайный процесс.

Обычно распространяется эргодический случайный процесс, хотя и используется не

случайный.

Сообщения бывают:

1 Непрерывные- сообщения которые в определенных пределах могут принимать любые мгновенные значения, т.е. < x(t) < x_max ;

2)дискретные- сообщения, образованные из отдельных элементов, символов, букв, цифр, каждые из которых может принимать различные значения.

Первичные сигналы- это сигналы, которые получены в результате преобразований в электрическом носители.

Энергетические и частотные характеристики. Многоволновые радиосигналы могут принимать различные значения в широких пределах. Для их характеристики вводят понятие динамического диапазона.

Р

Динамический диапазон: Д_с = lOlog—— (дб).

Под Р_тах понимают мощность сигнала, вероятность срывания которого очень мала. За Р^ принимают величину равную допустимой средне квадратичной погрешности.

£ = 101о_Е^-(дб).

ср.

1

Для оценки информационной ценности вводят понятие 1_Ц = -F_T V P_t log₂ P_l.

1=1

F_T - тактовая частота;

F_T-l. т _т

Для непрерывных используются свои характеристики:

1)понятие причины спектрального сигнала. Она даёт представление о скорости изменения сигнала и интервала его существования.

3,3. Параметры первичных сигналов

Описание сигналов электросвязи некоторым образом необходимо для их адекватной обработки в процессе передачи. Описанием сигнала может служить некоторая функция времени. Определив так или иначе данную функцию, определяем и сигнал. Однако такое полное определение сигнала не всегда требуется. Достаточно описание в виде нескольких параметров, характеризующих основные свойства сигнала с точки зрения его передачи.

Если провести аналогию с транспортированием грузов, то для транспортной сети определяющими параметрами груза являются его масса и габариты. Сигнал также является объектом транспортирования, а техника связи - техникой транспортирования (передачи) сигналов по каналам связи.

Основными первичными сигналами электросвязи являются: телефонный, звукового вещания, факсимильный, телевизионный, телеграфный, передачи данных.

Телефонный (речевой) сигнал. Звуки речи образуются в результате прохождения воздушного потока из легких через голосовые связки и полости рта и носа. Частота импульсов основного тона (fo на Рис. 3.3) лежит в пределах от 50..80 Гц (бас) до 200..250 Гц (женский и детский голоса). Импульсы основного тона содержат большое число гармоник (до 40) (2f₀,..,nf₀ на Рис. 3.3), причем их амплитуды убывают с увеличением частоты со скоростью приблизительно 12 дБ на октаву (кривая 1 на Рис. 3.3). (Напомним, что октавой называется диапазон частот, верхняя частота которого в два раза выше нижней. Т.о. амплитуда гармоники 2fi на 12 дБ больше, чем гармоники 4fb и т.д.). При разговоре частота основного тона f₀ меняется в значительных пределах.

В процессе прохождения воздушного потока из легких через голосовые связки и полости рта и носа образуются звуки речи, причем мощность гармоник частоты основного тона меняется (кривая 2 на Рис. 3.3). Области повышенной мощности гармоник частоты основного тона называются формантами (см. Рис. 3.3). Различные звуки речи содержат от двух до четырех формант. Высокое качество передачи телефонного сигнала характеризуется уровнем громкости, разборчивостью, естественным звучанием голоса, низким уровнем помех. Эти факторы определяют требования к телефонным каналам.

Основными параметрами телефонного сигнала являются:

мощность телефонного сигнала Ртлф- Согласно данным МСЭ-Т средняя мощность телефонного сигнала в точке с нулевым измерительным уровнем на интервале активности составляет 88 мкВт. С учетом коэффициента активности (0,25) средняя мощность телефонного сигнала Р_Ср равна 22 мкВт. Кроме речевых сигналов в канал связи могут поступать сигналы управления, набора номера и пр. С учетом этих сигналов среднюю мощность телефонного сигнала принимают равной 32 мкВт, т.е. средний уровень телефонного сигнала составляет р_СР = 10 lg (32 mkBt/ImBt) = - 15 дБмО; коэффициент активности телефонного сообщения, т.е. отношение времени, в течение которого мощность сигнала на выходе канала превышает заданное пороговое значение, к общему времени занятия канала для разговора. При разговоре каждый из собеседников говорит приблизительно 50% времени. Кроме того, отдельные слова, фразы отделяются паузами. Поэтому коэффициент активности составляет 0,25..0,35.

динамический диапазон определяется выраженным в децибелах отношением максимальной и

начинает ощущаться человеком с нормальным слухом на частотах 600..800 Гц); Af = 1 Гц. Из Рис.3.4 следует, что речь представляет собой широкополосный процесс, частотный спектр которого простирается от 50..100 Гц до 8000..10000 Гц. Установлено, однако, что качество речи получается вполне удовлетворительным при ограничении спектра частотами 300..3400 Гц. Эти частоты приняты МСЭ-Т в качестве границ эффективного спектра речи. При указанной полосе частот слоговая разборчивость составляет около 90%, разборчивость фраз - более 99% и сохраняется удовлетворительная натуральность звучания.

• Сигналы звукового вешания. Источником звука при передаче программ вещания обычно являются музыкальные инструменты или голос человека.

• Динамический диапазон вещательной передачи следующий: речь диктора 25..35 дБ, художественное чтение 40..50 дБ, вокальные и инструментальные ансамбли 45..55 дБ, симфонический оркестр до 65 дБ. При определении динамического диапазона максимальным считается уровень, вероятность превышения которого равна 2%, а минимальным - 98%.

• Средняя мощность сигнала вещания существенно зависит от интервала усреднения. В точке с нулевым измерительным уровнем средняя мощность составляет 923 мкВт при усреднении за час, 2230 мкВт - за минуту и 4500 мкВт - за секунду. Максимальная мощность сигнала вещания в точке с нулевым измерительным уровнем составляет 8000 мкВт.

• Частотный спектр сигнала вещания расположен в полосе частот 15..20000 Гц. При передаче как телефонного сигнала, так и сигналов вещания полоса частот ограничивается. Для достаточно высокого качества (каналы вещания первого класса) эффективная полоса частот должна составлять 0,05..10 кГц, для безукоризненного воспроизведения программ (каналы высшего класса) 0,03...15 кГц.

• Факсимильный сигнал формируется методом построчный развертки. Частотный спектр первичного факсимильного сигнала определяется характером передаваемого изображения, скоростью развертки и размерами сканирующего пятна. Для параметров факсимильных аппаратов, рекомендованных МСЭ-T, верхняя частота сигнала может составлять 732, 1100 и 1465 Гц. Динамический диапазон сигнала составляет около 25 дБ, пик-фактор равен 4,5 дБ при 16 градациях яркости.

• Телевизионный сигнал также формируется методом развертки. Анализ показывает, что энергетический спектр телевизионного сигнала сосредоточен в полосе частот 0..6 МГц. Динамический диапазон D_c » 40 дБ, пик-фактор 4,8 дБ.

• Основным параметром дискретного сигнала с точки зрения его передачи является требуемая скорость передачи (бит/с).

• Аналогичные параметры определяются и для каналов связи. Параметры каналов связи должны быть не меньше соответствующих параметров сигналов.