Изучение технологий доступа для широкополосной электросвязи (стр. 7 )

I.2        Беспроводные технологии широкополосного доступа

Беспроводная электросвязь охватывает широкий спектр технологий, услуг и приложений, которые созданы для того, чтобы удовлетворять определенные потребности различных сегментов рынка и условий применения пользователями. Различные системы можно охарактеризовать:

•        рабочими полосами частот;

•        стандартами (в МСЭ вместо стандартов используются Рекомендации), определяющими системы;

•        поддерживаемыми скоростями передачи данных;

•        механизмами двусторонней или односторонней передачи;

•        степенью мобильности;

•        предлагаемыми контентом и приложениями;

•        регуляторными требованиями; и

•        затратами.

Беспроводная технология – это, возможно, одна из потенциально ценных возможностей для многих развивающихся стран и регионов, стремящихся внедрить высокоскоростной доступ, или вообще какой-нибудь доступ. По сравнению с инфраструктурой других технологий, беспроводная быстро разворачивается и имеет относительно широкое географическое покрытие. Кроме того, она позволяет странам, имеющим небольшую инфраструктуру электросвязи или не имеющим ее вообще, развиться "скачкообразно" или полностью пропустить этап строительства фиксированных проводных систем и перейти непосредственно к доступу в интернет. Благодаря подвижности и переносимости беспроводных технологий, они способны стимулировать спрос и открыть новые способы доступа и использования интернета.

I.2.1        Матрица технологий локальных радиосетей (RLAN)

Системы RLAN имеются на рынках всего мира. Существует несколько основных стандартов для широкополосных систем RLAN, не обязательно признанных МСЭ в Рекомендациях, их обзор представлен в таблице 1.

Поскольку с течением времени скорости работы ноутбуков и карманных компьютеров растут, они могут обеспечивать интерактивную связь между пользователями в проводных сетях; однако, некоторые из этих устройств теряют переносимость, когда подключены к сети. Мультимедийные приложения требуют широкополосного оборудования электросвязи не только для проводных терминалов, но также и для портативных и персональных устройств электросвязи. Стандарты проводных локальных сетей способны передавать высокоскоростные мультимедийные приложения. Для обеспечения переносимости будущие беспроводные LAN должны будут поддерживать более высокие скорости передачи данных. Широкополосные RLAN обычно определяются как сети, которые могут обеспечить пропускную способность более 10 Мбит/с.

Архитектура системы

Широкополосные RLAN почти всегда имеют архитектуру из пункта во множество пунктов. Приложения из пункта во множество пунктов обычно используют ненаправленные антенны. В многопунктовой архитектуре применяются две конфигурации системы:

-        централизованная система из пункта во множество пунктов (множество устройств, соединенных с центральным устройством или точкой доступа через радиоинтерфейс);

-        нецентрализованная система из пункта во множество пунктов (множество устройств, общающихся между собой в небольшой области на основе ограниченного применения).

Технология RLAN иногда используется для создания фиксированных линий из пункта в пункт между зданиями в условиях кампуса. Системы из пункта в пункт широко используют направленные антенны, которые допускают большие расстояния между устройствами с узкой шириной луча. Это позволяет использовать полосу совместно за счет повторного использования канала при минимальных помехах с другими радиочастотными системами.

Потребности в частотном спектре

Сети RLAN могут работать в нелицензируемом участке спектра или в участке, на которые не требуются лицензии и часто вынуждены сосуществовать с соседними некоординируемыми сетями и при этом предоставлять пользователям высококачественные услуги. Для сетей RLAN в некоторых странах уже используется полоса шириной 83,5 МГц в диапазоне 2,4 ГГц на основе отмены лицензирования, и недавно Всемирная конференция радиосвязи (ВКР) распределила для RLAN полосу шириной 455 МГц в полосе 5 ГГц с некоторыми ограничениями3. В полосах 5 ГГц обязательно защищать первичные службы. Хотя методы многостанционного доступа могут позволить использование одного частотного канала нескольким узлами, для обслуживания множества пользователей с высоким качеством требуется, чтобы было доступно достаточное число каналов для гарантии доступа к радиоресурсам без ограничений из-за большой очереди и т. п. Одним из методов, который обеспечивает гибкое совместное использование операторами радиоресурсов одной и той же полосы, является динамический выбор частоты (DFS). Объяснение этого метода приводится в Приложении 2.

Мобильность

Широкополосные RLAN могут быть либо псевдо-фиксированными, как в случае настольного компьютера, который может быть перемещен с места на место, или портативным, как в случае переносного или карманного компьютеров, работающих на аккумуляторах, которые перемещают в условиях офиса, например. Относительная скорость передвижения между устройствами остается низкой. В условиях склада сети RLAN могут использоваться для поддержания контакта с подъемниками, передвигающимися со скоростью до 20 км/ч. Устройства RLAN, как правило, не разрабатываются для использования в автомобилях на больших скоростях.

Условия эксплуатации и аспекты интерфейса

Широкополосные сети RLAN главным образом создаются внутри зданий, в офисах, на заводах, складах и т. п. Для устройств RLAN, развернутых внутри зданий, излучения будут уменьшены структурой здания.

Сети RLAN используют малые уровни мощности из-за коротких расстояний при работе внутри здания, и потому что так предписано Регламентом радиосвязи МСЭ. Требования по спектральной плотности мощности основаны на базовой зоне обслуживания отдельной сети RLAN, которая определяется как круг с радиусом от 10 до 50 м. Когда требуются более крупные сети, то многосотовые сети RLANS могут быть логически связаны мостами или маршрутизаторами и образовывать большие сети без увеличения их результирующей спектральной плотности мощности.

Для достижения площадей покрытия, указанных выше, предполагается, что сети RLAN требуют пиковых значений спектральной плотности мощности примерно 12,5 мВт/МГц в рабочем диапазоне частот 5 ГГц. Некоторые стандарты передачи данных используют более высокие значения спектральной плотности мощности для инициализации и управления мощностью передачи в соответствии с оценкой качества радиолинии. Этот метод называется регулировкой мощности (TPC). Требуемая спектральная плотность мощности обычно пропорциональна квадрату рабочей частоты. По большому счету, средняя спектральная плотность мощности будет существенно ниже, чем пиковое значение. Устройства RLAN используют частотный спектр совместно на временной основе. Работа радиосистемы будет меняться в зависимости от использования, в том, что касается приложения и времени суток.

Совместимость с IMT-2000

Сети RLAN могут работать совместно с IMT-2000 и другими подвижными (сотовыми) сетями. Хотя возможности IMT-2000 обеспечивают выполнение многих функций мобильности и обеспечивают экономически эффективное покрытие больших областей, сети RLAN обеспечивают высококачественную передачу данных с большой пропускной способностью в определенных областях (горячих точках), и в настоящее время широкополосные сети RLAN позволяют получить скорости передачи данных до 54 Мбит/с4.

Динамический выбор частоты

При динамическом выборе частоты (DFS) на всех узлах RLAN доступны все радиоресурсы. Узел, обычно узел управления или точка доступа (AP), может временно распределить канал, и выбор подходящего канала осуществляется на основании обнаруженных помех или определенных критериях качества, например силе принимаемого сигнала, C/I, и т. п. Для получения соответствующих критериев качества и мобильные терминалы, и устройства доступа регулярно выполняют измерения и сообщают их результаты на блок, который осуществляет выбор.

DFS может быть развернут для гарантии того, что все доступные частотные каналы используются с одинаковой вероятностью. Это повышает до максимума доступность каналов для узла, когда он готов передавать, а также гарантирует, что, когда объединяется большое число пользователей, радиочастотная энергия распределяется равномерно по всем каналам. Последнее явление упрощает совместное использование частот с другими службами, которые могут быть чувствительными к суммарным помехам в каком-либо определенном канале, например, приемники космического базирования.

Метод TPC предназначен для уменьшения излишнего потребления мощности на устройстве, но также и упрощает повторное использование спектра за счет уменьшения дальности помех от узлов RLAN.

Пример системы R-LAN большой емкости

Центр исследований электросвязи, Канада, разработал экспериментальную систему R-LAN большой емкости на базе технологии DVB-S PHY в прямом направлении (нисходящая передача) и на базе технологии 802.11 PHY технология в обратном направлении (восходящая передача). Она работает в диапазоне 5 ГГц, исключенном из лицензирования, и ее большая емкость обусловлена высокой степенью повторного использования частот, получаемой за счет специальной антенны базовой станции типа "розетка", создающей 24 электромагнитно изолированных микросоты, которые называют лепестками, в которой 4 частоты последовательно повторяются в горизонтальной плоскости. В каждом лепестке абоненту может быть доступна пропускная способность до 22 Мбит/с в прямом и до 9 Мбит/с в обратном направлении. Система использует когнитивную технологию радиосвязи, которая контролирует рабочие полосы прямого и обратного каналов и автоматически регулирует присвоения частот в системе и э. и.и. м., таким образом, при котором помехи соседним системам, использующим те же частоты, подавляются или исключаются. В качестве части когнитивной технологии радиосвязи система использует DFS. Полное оборудование пользователя сделано из плоской квадратной антенны размером 18 x 18 см и толщиной 2,5 см, и содержит всю необходимую электронику. Обычно система работает с использованием городских оптоволоконных магистральных сетей для уменьшения огромных объемов беспроводного трафика, который по ним передается. Радиус работы может достигать 4,8 км, обычно примерно 1500 метров в условиях прямой видимости, и меньше при наличии препятствий, предоставляет услуги TCP/IP, такие как видео-по-запросу, VoIP и интернет.