Лекции по Основам построения современных систем и сетей абонентского доступа   

5. Принципы построения систем беспроводного абонентского доступа

Альтернативой проводных (медных, коаксиальных и волоконно-оптических) методов подключения пользовательского оборудования к коммутационным узлам сетей связи являются системы доступа на основе радио- и атмосферных оптических средств связи, получившие название беспроводных систем абонентского доступа (Wireless Local Loop, WLL). Основные достоинства данного способа организации "последней мили" состоят в возможности развертывания абонентских сетей для мобильных пользователей, а также в местах, где прокладка кабелей невозможна или запрещена [29].

5.1. Организация абонентского радиодоступа

Современные системы абонентского радиодоступа (Radio Local Loop, RLL) способны предоставить пользователю услуги передачи данных, а также доступ в сотовые сети связи. В настоящее время различаются узкополосные и широкополосные (с использованием спектральной модуляции) системы RLL.

Широкополосные системы RLL используют спектральную модуляцию (например Spread-Spectrum), обеспечивая ПД на скоростях до 155 Мбит/с при дальности связи до 4 км. Для работы этих систем требуется прямая видимость между антеннами, находящимися на противоположных концах радиоканала [13, 19].

Узкополосные системы RLL предназначены для обеспечения доступа к ССОП посредством радиоволн в условиях высокой концентрации абонентов, т. е. при большой плотности телефонной нагрузки в радиосотах малого радиуса (диаметром порядка 1 000 м). Поэтому узкополосные технологии RLL называют также технологиями микросотовой связи. Для отдельных абонентов доступ может быть обеспечен и с больших расстояний (до 10 км).

Большинство из узкополосных систем RLL в США базируются на стандартах сотовой связи AMPS, NMT, GSM. Используемые при этом технические решения оптимизированы для покрытия больших территорий и являются наилучшим решением в случае, когда плотность потенциальных абонентов сравнительно невысока.

В Западной Европе и Юго-Восточной Азии большее распространение получили специализированные средства беспроводной телефонии стандартов DECT и СТ-2. Эти стандарты изначально разрабатывались в качестве интерфейсов радиодоступа для случаев ограниченной мобильности, небольших расстояний (до 500 м) и сравнительно высокой плотности пользователей. Общая характеристика стандартов узкополосных систем RLL представлена в таблице 5.1.

Таблица 5.1

Общая характеристика стандартов узкополосных систем RLL

Наименование

Диапазон /

его разбиение

Примечания

СТ-1 (Cordless Telephony – 1)

825–837 МГц /

10 подканалов

Аналоговый стандарт. Частотное разделение (FDMA) пользовательских каналов и направлений передачи. Нет ПД. 40 дуплексных каналов

СТ-1+ (Cordless Telephony – 1+)

825–837 МГц /

10 подканалов

FDMA, 80 дуплексных каналов. Нет ПД

СТ-2 (Cordless Telephony – 2)

864,1–868,1 МГц /

40 подканалов

FDMA пользовательских каналов, временное разделение направлений передачи (TDD), речь в цифровом виде (АДИКМ-32 кбит/с). Динамическое распределение каналов (DCA). Нет ПД. Поддержка ААЗИ

DEСТ (Digital European Cordless Telecommunications)

1880–1900 МГц /

10 подканалов

Доступ с временным разделением каналов (TDMA). В кадре TDMA (10 мс) до 12 дуплексных каналов (TDD) с DCA. АДИКМ-32. ПД. Поддержка ААЗИ

PHS (Personal Handyphone

System)

1895–1918,1 МГц /

40 подканалов ´ 2

TDMA с TDD и DCA. Кадр TDMA размером 10 мс объединяет до 4-х дупл. каналов. АДИКМ-32. ПД. ААЗИ

Руководящими документами Госкомсвязи РФ в качестве основного на территории России выбран стандарт DECT (Digital European Cordless Telecommunications). Он описывает технологию цифрового радиодоступа на расстояния от 5 м до 10 км к услугам сетей электросвязи, включая УЦСИС. Общая схема организации радиодоступа на основе технологии DECT представлена на рисунке 5.1 [8].

Рис. 5.1. Общая схема организации абонентского радиодоступа (на примере DECT)

В структуре сети абонентского доступа DECT можно выделить четыре типа устройств: абонентский радиоблок (АРБ), терминальный абонентский радиоблок (ТАРБ), базовый радиоблок (БРБ) и узловой концентратор DECT.

Абонентский радиоблок выполнен в виде носимой радиотелефонной трубки с жидкокристаллическим индикатором. Он обеспечивает предоставление абоненту услуг телефонии, а в некоторых моделях и передачи данных. Терминальный абонентский радиоблок предназначен для организации радиодоступа абонентским установкам со стационарными телефонными аппаратами и устройствами передачи данных. Базовый радиоблок (базовая станция микросотовой сети) играет роль сетевого окончания и позволяет обслуживать нагрузку от 6–60 АРБ (ТАРБ).

Узловой концентратор (радиомодуль АТС) обеспечивает обработку радиосигналов пользователей и взаимодействие с ССОП через АТС. К каждому узловому концентратору проводами подключается до 16 БРБ. Интерфейс "БРБ–УК" может быть 2- или 4-проводным. Сам узловой концентратор конструктивно представляет собой либо статив, подключаемый к АТС посредством 3- или 4-проводных линий, либо плату внутри АТС, подключаемую непосредственно к системной шине коммутационного узла.

Стандарт базируется на цифровой передаче данных между БРБ и АРБ (ТАРБ) по технологии множественного доступа с временным разделением (TDMA, Time-Division Multiple Access). Полностью дуплексная связь обеспечивается с помощью временного дуплексирования (TDD, Time-Division Duplexing). Диапазон радиочастот DECT, используемых для приема/передачи, составляет 1 880–1 900 МГц. Рабочий диапазон (около 20 МГц) разделен на 10 радиоканалов по 1,728 МГц, являющихся мультичастотными (МС). Обмен информацией производится кадрами. С помощью временного разделения в каждом кадре создаются 24 временных слота, обеспечивающих 12 дуплексных каналов для приема/передачи речи. При установлении соединения используются 2 из 24 временных слота в каждом кадре: один для передачи, другой для приема (рис. 5.2). Таким образом, каналы для передачи речи/данных в DECT образуются за счет использования 10 несущих частот, технологий временного разделения со множественным доступом (TDMA) и временного дуплексирования (TDD).

Рис. 5.2. Канальная структура DECT

Емкость (параметр, учитывающий интенсивность абонентского трафика, ширину используемого частотного диапазона и площадь покрытия, в Эрл/МГц/км2) систем DECT выше, чем у других цифровых систем микро- и макросотовой связи и составляет 500 Эрл/МГц/км2 (этот показатель для систем на базе стандартов GSM и DCS-1800 равен соответственно 10 и 100).

Механизм выбора каналов, применяемый в DECT и известный как непрерывный динамический выбор канала (CDCS, Continuous Dynamic Channel Selection), позволяет соседним беспроводным СД функционировать без мешающего влияния друг на друга.

Каждый из АРБ стандартаDECT в принципе имеет доступ к любому каналу (как к частотному, так и временному). Когда необходимо установить соединение, АРБ выбирает канал, обеспечивающий наиболее качественную связь. После того как соединение установлено данное устройство продолжает анализировать диапазон, и если обнаруживается канал, гарантирующий лучшее качество связи, то переключает соединение на него. Переключение реализуется незаметно для пользователя.

Именно благодаря применению CDCS в системах DECT не требуется планирование частот и их распределение между отдельными СД. Решение проблем электромагнитной совместимости факти-чески перекладывается на АРБ (ТАРБ). Это обстоятельство позволяет увеличивать общее число используемых каналов путем простого добавления, где это необходимо, новых БРБ.

Стандарт DECT предусматривает ряд функций защиты информации, в том числе шифрование радиосигнала и аутентификацию АРБ. Система идентификации АРБ позволяет одному и тому же устройству связи осуществлять доступ к нескольким различным системам DECT (например к домашнему ТАРБ, УАТС организации и ССОП). При подобной организации несколько служб могут совместно использовать одну и ту же инфраструктуру связи, что экономически выгодно.

Обычно СД DECT организуется в рамках системы деловой телефонии. Данные системы являются либо полностью интегрированными беспроводными УАТС, включающими собственную КС, либо добавочными системами, которые могут быть подключены к существующим телефонным станциям, формируя, таким образом, гибридную систему, поддерживающую как кабельные, так и беспроводные соединения (рис. 5.3). В данном случае узловой концентратор DEСТ выполняет функции шлюза мeжду УАТС и беспроводной системой.

Технология DECT обеспечивает владельцу современного АРБ все услуги ССОП, в том числе передачу факсимиле (до 4,8 кбит/с), данных (до 9,6 кбит/с) или речи (32 кбит/с) через канал с АДИКМ-32; передачу факсимиле и данных (до 28,8 кбит/с) по каналу 64 кбит/с, передачу речи без сжатия (64 кбит/с). Перспективные средства радиодоступа DECT, встраиваемые в абонентскую установку, способны поддерживать 2-проводный аналоговый телефонный и 4-проводный цифровой (64 кбит/с) интерфейсы, широкополосную ПД по каналам 2D и 30D в ЦСИС, пакетную ПД со скоростью до 552 кбит/с (от ООД или ПЭВМ).

Рис. 5.3. Организация гибридной (проводной/беспроводной) СД

Развитие систем беспроводного радиодоступа происходит сегодня в направлении повышения их пропускной способности и дальности связи. В этом смысле прогрессивными являются широкополосные системы RLL. Используемая в них технология спектральной модуляции наряду с повышением скорости передачи данных обеспечивает защиту радиоканалов от помех и подслушивания.

Известны два метода реализации спектральной модуляции:

"прямой последовательности" (Direct Sequence);

"скачущей частоты" (Frequency Hopping).

Системы, реализующие метод "прямой последовательности", кодируют каждый передаваемый бит с помощью последовательности битов, именуемых чипами. Код известен только передающему и приемному АРБ. Передающее устройство передает чипы по всем выделенным ему частотам.

При использовании метода "скачущей частоты" происходит скачкообразная перестройка частоты радиотехнической системы, при этом время ее работы на каждой возможной частоте очень мало: например некоторые устройства "перескакивают" на новую рабочую частоту каждые 100 мс.

Недостатком широкополосных систем RLL является топологическая ограниченность. Такие средства обеспечивают связь только в радионаправлении ("точка–точка"). Однако имеется ряд достоинств, в числе которых невысокая стоимость, высокая дальность связи при скорости ПД ниже 1 Мбит/с. Так, простейшие образцы оборудования широкополосных систем RLL на основе спектральной модуляции обеспечивают ПД 2 Мбит/с на расстояние 800 м и 384 кбит/с на расстояние до 15 км. Разрабатываемые представители средств связи рассматриваемого типа способны передать трафик АТМ на скорости 20, 50 или 155 Мбит/с на расстояние соответственно 5, 3 и 1 км.

По мнению специалистов, дальнейшее развитие средств беспроводного радиодоступа будет осуществляться посредством слияния технологий микро- и макросотовой связи с применением систем с кодовым разделением (например CDMA-2000). Другим направлением развития средств беспроводной связи является внедрение в СД атмосферных оптических (инфракрасных) линий передачи.



*****
© Банк лекций Siblec.ru
Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.