2.5.1. Несколько предварительных замечаний
2.5.2. Оценка экономической эффективности технологии WLL
2.5.3. Основные сценарии построения сети абонентского доступа
2.5.4. Сеть абонентского доступа, основанная на технологии LMDS
2.5.5. Поддержка функций мобильности сетью абонентского доступа
2.5.1. Несколько предварительных замечаний
Хочу сразу предупредить читателей (разумеется, речь идет о тех, кто еще не утратил интерес к монографии), что в разделе 2.5 будут рассматриваться только сетевые вопросы доступа к телекоммуникационной системе по эфиру. Более того, основное внимание уделяется технологии Wireless Local Loop (WLL), то есть принципы построения таких интересных телекоммуникационных систем, как, например, сотовые сети для связи с подвижными объектами, в разделе 2.5 представлены не будут.
Здесь нам необходимо немного отвлечься для того, чтобы уточнить значение слов «сотовая сеть». У весьма значительной части специалистов эти слова ассоциируются с сетями связи, обслуживающими мобильных абонентов. Такая ассоциация справедлива для большинства современных сетей связи с подвижными объектами. Но сам принцип построения сот, предназначенный для многократного использования выделенных Оператору частот [2], используется и в стационарных сетях связи. А в некоторых перспективных сетях связи с подвижными объектами, находящимися, в частности, на борту самолета или теплохода, будут использоваться топологии, отличные от сотовой структуры. В разделе 2.5 слова «сотовая сеть» будут употребляться для того, чтобы акцентировать внимание на принципах использования частотных ресурсов в пределах телекоммуникационной системы .
В последнее время в отечественных журналах по электросвязи появилось много работ, посвященных технологии WLL. В этих публикациях можно найти несколько различных переводов выражения “Wireless Local Loop”. В данном разделе эти три слова переводятся как “беспроводная АЛ”, но чаще используется аббревиатура WLL, уже ставшая для многих специалистов привычной. Кроме аббревиатуры WLL - применительно к большинству радиотехнических средств, используемых в стационарных сетях связи, - в технической литературе можно встретить также акронимы FWA (Fixed Wireless Access) и RLL (Radio Local Loop).
Вопросы, которые излагаются в следующих параграфах раздела 2.5, можно разделить на три взаимосвязанных направления. На рисунке 2.54 эти направления указаны на трех гранях кубика.
Три направления в использовании систем беспроводного доступа
Рисунок 2.54
Верхняя грань кубика, получившая название «Экономичное развитие стационарных сетей электросвязи», иллюстрирует тот аспект использования радиотехнических средств, который наиболее интересен Оператору. Конечно, в этом, прямо или косвенно, заинтересованы и все остальные участники телекоммуникационного рынка. Технологии WLL присущи, при определенных условиях применения радиотехнического оборудования, преимущества чисто экономического характера (мы еще вернемся к этому вопросу, когда будем рассматривать следующий рисунок). Итак, одним из стимулов использования технологии WLL можно считать поиск наиболее эффективных путей при создании новых или модернизации существующих сетей абонентского доступа. В таком контексте никакие аспекты мобильности (терминала или абонента), как правило, не играют существенной роли.
Абонентам, при соблюдении приемлемых качественных показателей, не важен способ доступа в стационарную сеть связи - посредством кабельных линий или радиотехнических средств. Иная картина складывается в том случае, когда абонент заинтересован в функциональных возможностях мобильности терминала или персональной мобильности - фронтальная грань кубика. Строго говоря, поддержка функций мобильности может быть привлекательной и для Операторов (с финансовой точки зрения). Тем не менее, реализация подобных услуг обусловлена именно спросом потенциальных абонентов.
В интеграции стационарных и мобильных сетей связи (последняя грань кубика) заинтересованы и абоненты, и Операторы, хотя мотивация у каждого участника телекоммуникационного рынка будет своя. Абонент более всего заинтересован в услуге типа “Персональный номер” [58, 59] и использовании минимального числа терминалов. Оператор вправе ожидать весьма существенного снижения как удельных (в расчете на один порт) капитальных затрат, так и эксплуатационных расходов. Подобная тенденция характерна для процессов интеграции в системе электросвязи.
2.5.2. Оценка экономической эффективности технологии WLL
Давайте начнем этот параграф с того, что обратимся к анонсированному выше рисунку 2.55, который поможет в обсуждении некоторых экономических преимуществ технологии WLL перед проводными (стационарными) средствами абонентского доступа. Подобные иллюстрации приводятся в ряде работ, касающихся тех или иных аспектов экономической эффективности технологии WLL; из отечественных публикаций можно назвать статью [60]. На рисунке 2.55 используется общепринятая модель, но вводится ряд обозначений, которые позволяют уточнить наиболее существенные, с точки зрения сетей абонентского доступа, моменты.
Экономическая эффективность технологии WLL
Рисунок 2.55
Используемая модель основана на предположениях, весьма близких к реальным задачам, с которыми приходится сталкиваться Операторам:
- требуется подключить к действующей АТС новую группу абонентов, численность которой обозначена величиной N;
- работы по реализации этой задачи, начинающиеся в момент времени t0, могут выполняться по двум сценариям, которые основаны на использовании проводных или радиотехнических средств;
- для сценария, подразумевающего применение проводных средств, процесс создания сети абонентского доступа может быть представлен кривой Is, которая, в определенной мере, отражает инвестиционный цикл (значение Iso определяет величину начальных затрат);
- для сценария, основанного на применении технологии WLL, процесс создания сети абонентского доступа представим кривой Iw, а значение Iwo также определяет величину начальных затрат;
- процесс создания сети абонентского доступа на базе проводных средств полностью завершится к моменту t2, а использование технологии WLL позволит подключить абонентов в АТС к моменту t1;
- оборудование включается в коммерческую эксплуатацию только после завершения всех работ, то есть на отрезке времени [t1, t2] доходы могут быть получены только при использовании технологии WLL (соответствующий процесс представлен кривой Dw).
Последние два утверждения не следует понимать буквально. Речь идет о законченном фрагменте в пределах сети абонентского доступа. Несомненно, при использовании проводных средств может осуществляться поэтапное подключение абонентов по мере готовности отдельных направлений.
Практически все функции и величины, показанные на рисунке 2.55, выбраны произвольно. Это замечание касается моментов времени t1 и t2, характера кривых Is ,Iw и Dw, значений Iso и Iwo. Несомненно то, что t1 < t2, а в большинстве случаев справедливо неравенство t1 << t2. Одним из оснований для такого утверждения можно считать результаты , приведенные в материале фирмы QUALCOMM [61]. В этой работе приводятся оценки, касающиеся времени создания сети абонентского доступа емкостью 1000 номеров. Если для построения сети абонентского доступа используются кабели связи, то работа займет 100 дней. При использовании технологии WLL (в [61] речь идет об оборудовании CDMA) сеть абонентского доступа может быть введена в эксплуатацию за 5 дней.
В каждом конкретном случае расположение точек t1 и t2 будет зависеть от множества факторов, но для большинства реальных проектов технология WLL даст неоспоримое преимущество с точки зрения возврата инвестиций. Это не означает, что при сопоставимых ценах (и даже в ситуации, когда радиотехническое оборудование имеет преимущество по стоимости) всегда целесообразно ориентироваться на технологию WLL. Соображения, которыми должен руководствоваться Оператор, укладываются в общую схему, приведенную в параграфе 2.1.2.2 (рисунки 2.5 и 2.6). Иными словами, Оператору необходимо «заглянуть» в будущее создаваемой им сети абонентского доступа и ответить на очень важный вопрос: «Будет ли сеть абонентского доступа, построенная на базе выбранного мною оборудования, отвечать перспективным требованиям пользователей к телекоммуникационной системе?»
Продолжая рассуждения, связанные с экономической эффективностью технологии WLL, целесообразно обратить внимание на рисунок 2.56, заимствованный из [62], но дополненный некоторыми деталями. На этой картинке показаны две кривые, отражающие качественную зависимость удельной (в расчете на один порт) стоимости сети абонентского доступа от поверхностной плотности размещения обслуживаемых абонентов.
Стоимость сети абонентского доступа при разной поверхностной плотности размещения абонентов
Рисунок 2.56
Точка sо соответствует такому значению поверхностной плотности, при котором затрат в обоих вариантах одинаковы. Поведение кривых не требует каких-либо комментариев. Следует отметить тот факт, что технология WLL в [62] рассматривалась применительно к разработанному японскими специалистами стандарту PHS (Personal Handy-phone System). Тем не менее, можно утверждать, что поведение кривых, показанных на рисунке 2.56, инвариантно к конкретной реализации системы WLL.
В нижней части рисунка 2.56 указаны наиболее вероятные сферы использования различных вариантов построения сети абонентского доступа. Технология WLL весьма эффективна в сельской местности, что подтверждается рядом публикаций [63, 64]. В пригородной зоне технология WLL также может считаться конкурентоспособной. В городских условиях более привлекательным вариантом создания сети доступа остается использование абонентского кабеля.
Естественно, что такие утверждения справедливы только в отношении ситуаций, типичных для сельской местности, пригородной зоны и города. Мне известны экономичные решения, связанные с использованием технологии WLL в крупных городах с высокой поверхностной плотностью размещения абонентов. Могут, вероятно, встречаться и противоположные ситуации, когда в сельской местности с достаточно низкой поверхностной плотностью размещения абонентов целесообразно прокладывать кабельные линии. Иными словами, в каждом конкретном случае необходимо просчитывать возможные варианты.
Если рисунок 2.56 отражает только качественные аспекты экономической эффективности технологии WLL, то следующая иллюстрация [60] позволяет обсудить некоторые численные оценки. Во-первых, любопытна структура затрат на создание сети за счет использования проводных средств (абонентский кабель) и радиотехнического оборудования (технология CDMA). Будем считать, что диаграммы, приведенные на рисунке 2.57, достоверны, то есть технология WLL, в большинстве случаев, обеспечивает снижение затрат на создание сети доступа примерно на 25%.
Структура затрат для трех вариантов создания сети абонентского доступа
Рисунок 2.57
Во-вторых, интересен тот факт, что комбинированное решение (проводные и радиотехнические средства) также позволяет экономично строить сети абонентского доступа. В-третьих, полезны оценки, касающиеся распределения затрат между основными элементами беспроводной системы связи - базовыми станциями и абонентским оборудованием.
В [65] приводится график, из которого следует, что при расстоянии между помещением абонента и МС более 1 км технология WLL становится более выгодной с точки зрения затрат на сеть доступа. В этом примере, к сожалению, не упоминается поверхностная плотность размещения потенциальных абонентов, а рисунок 2.56 не содержит информации, касающейся расстояния между МС и включаемыми в нее терминалами. В [66] приведен интересный график, показанный на рисунке 2.58. Кривая, соответствующая 1996 году, дает иную - по сравнению с данными статьи [65] - оценку преимущества технологии WLL по критерию стоимости. Судя по ряду других публикаций, данные, опубликованные в [66], более достоверны.
Оценка эффективности технологии WLL
Рисунок 2.58
Многие специалисты с оптимизмом смотрят на перспективы расширения рынка технологии WLL [67, 68]. Ожидается, в частности, что к 2000 году порядка 20% вновь устанавливаемых АЛ будут основаны на технологии WLL. Широкое использование беспроводных систем связи прогнозируется как в развитых, так и в развивающихся странах. Такие прогнозы, в первую очередь, стимулируются экономичностью технологии WLL.
Очень смелые, на мой взгляд, оценки прозвучали на уже упоминавшемся в параграфе 1.5.5 семинаре «Лаборатории Белла - Прошлое. Настоящее. Будущее». Авторы этих оценок считают, что к 2010 году только 50% абонентов будут использовать проводные средства абонентского доступа. Следовательно, 50% всех абонентов предпочтут беспроводные технологии. Правда, во вторую группу входят также абоненты сотовых сетей и СПС.
Очень интересный и достаточно подробный анализ экономических аспектов технологии WLL приведен в уже упоминавшемся ранее материале фирмы QUALCOMM [61]. Хотя этот анализ направлен на то, чтобы подчеркнуть преимущества метода CDMA, приведенные в [61] результаты носят более общий характер. Мне показалась целесообразным, опуская графический материл, которым изобилует материал QUALCOMM, привести некоторые выдержки из раздела «Заключение»:
- оборудование WLL (здесь и далее рассматривается только вариант CDMA) монтируется примерно в двадцать раз быстрее, чем создается сеть абонентского доступа на базе линейно-кабельных сооружений;
- сеть доступа, построенная на оборудовании WLL, в среднем, на 55% дешевле по сравнению с традиционным вариантом, когда используются абонентские кабели;
- эксплуатационные затраты для беспроводной сети абонентского доступа примерно на 38% меньше, чем для варианта, подразумевающего применение линейно-кабельных сооружений.
Подобные оценки представляются мне весьма интересными и полезными, так как позволяют уяснить место беспроводных технологий как в телефонной, так и в других сетях электросвязи [69]. С другой стороны, я бы хотел обратить внимание читателя на то, что результаты, приведенные в параграфе 2.5.2, нельзя принимать безоговорочно. В каждом конкретном случае необходим детальный анализ, включающий расчеты технико-экономических показателей на весь «цикл жизни» создаваемой сети абонентского доступа.
2.5.3. Основные сценарии построения сети абонентского доступа
В этом параграфе будут рассмотрены три сценария, предусматривающих использование технологии WLL при построении (или модернизации) сети абонентского доступа. Хочу сразу же оговориться, что эти три сценария не охватывают все возможные варианты применения технологии WLL в современной и перспективной телекоммуникационных системах. С другой стороны, рассматриваемые ниже сценарии иллюстрируют возможные решения наиболее актуальных (на мой взгляд) задач, стоящих перед Операторами российской ТФОП.
Первый сценарий, показанный на рисунке 2.59, касается сельской связи. В параграфе 2.5.3 все иллюстрации состоят из двух частей. Слева приводится рассматриваемый фрагмент сети, а справа - предлагаемое решение задачи.
Замена сельских АТС базовыми станциями WLL
Рисунок 2.59
Фрагмент СТС, изображенный в левой части рисунка 2.59, образован шестью аналоговыми АТС. Все эти станции (ЦС, УС и четыре ОС) подлежат замене. Будем считать, что проектировщик нашел оптимальное решение, заключающееся в следующем:
- модернизация СТС начинается с замены старой аналоговой ЦС на современную цифровую коммутационную станцию;
- узловой район ликвидируется за счет замены УС на цифровую ОС, в которую включаются концентраторы (К1 и К2), устанавливаемые вместо демонтируемых аналоговых ОС3 и ОС4;
- аналоговые ОС1 и ОС2 демонтируются, а их абоненты обслуживаются радиотехническим оборудованием, использующим технологию WLL.
В правой части рисунка 2.59 показаны три БС; а для первой из них обозначена обслуживаемая территория. Число «3» выбрано произвольно. В зависимости от конкретных условий и выбранного типа оборудования может потребоваться установка одной, двух или более БС. Существенно то, что в результате такой модернизации СТС образуются зоны или анклавы, в пределах которых абоненты ТФОП обслуживаются без использования какого-либо стационарного оборудования.
Следующий сценарий использования технологии WLL иллюстрирует возможность включения в местную телефонную сеть абонентских групп, которые, в силу каких-либо причин, не могут обслуживаться ближайшими к ним коммутационными станциями. На рисунке 2.60 этот сценарий показан для ГТС, состоящей из четырех МС. На территории пристанционного участка каждой МС есть некая зона, обозначенная как Zi, в границах которой расположены потенциальные абоненты ТФОП. Подключение новых абонентов может осуществляться за счет использования технологии WLL по сценарию, который направлен на создание «распределенной» сети абонентского доступа.
«Распределенная» сеть абонентского доступа
Рисунок 2.60
Прилагательное «распределенная», в данном случае, использовано для того, чтобы подчеркнуть специфическое размещение абонентов, подключаемых к местной телефонной сети. Мы опять будем считать, что проектировщик нашел оптимальное решение, изображенное в правой части рассматриваемой модели. Это решение заключается в реализации следующего плана:
- для обслуживания всех групп потенциальных абонентов достаточно установить две БС;
- эти БС целесообразно включить в новую коммутационную станцию (МС5), специально устанавливаемую для обслуживания новых абонентов.
Такое решение может быть оправданным, если эксплуатируемые МС не имеют свободной номерной емкости, достаточной для включения новых абонентов ТФОП. Заметим, что МС5 может (и, как правило, будет) обслуживать и абонентов, присоединяемых к ней стационарными средствами связи.
Третий сценарий показывает возможность создания сети абонентского доступа за счет использования технологии WLL. На рисунке 2.61 (левая часть) изображена гипотетическая сеть абонентского доступа, состоящая из шести МВК. Данная сеть абонентского доступа создается на базе существующей кабельной канализации. Прокладке кабеля между тремя парами смежных МВК препятствуют естественные причины. В предложенной модели примерами таких препятствий служат овраг, парк и водная преграда.
Использование технологии WLL для построения сетей доступа с кольцевой структурой
Рисунок 2.61
Предлагаемое решение (правая часть рисунка 2.61) состоит в том, что вместе с каждым МВК устанавливается и БС, контроллер которой расположен в одном помещении с МС. В результате можно образовать три кольца. Тракты, выполняющие эту задачу, образованы на базе технологии WLL; на рисунке 2.61 они показаны пунктирными линиями.
Напомним, что в отсутствие отказов и перегрузок надобность в кольцевой структуре отпадает. Иными словами, поперечные связи, формирующие кольцо, нужны на определенное время - в период ликвидации последствий отказа или до окончания периода перегрузки пучка СЛ. Для сети абонентского доступа необходимо создать несколько кольцевых структур (в рассматриваемой модели - три), При использовании абонентских кабелей или РРЛ резерв пропускной способности в одном кольце не может быть использован в другом кольце.
Иная ситуация складывается при использовании технологии WLL. Контроллер БС, получая информацию из системы управления МС, может выделить практически все имеющиеся ресурсы на одно направление. Это означает, что оборудование, использующее технологию WLL, способно поддерживать максимально высокое качества обслуживания вызовов в сети абонентского доступа, когда в ней происходят отказы каких-либо элементов или возникают перегрузки отдельных пучков СЛ.
Три сценария применения технологии WLL в сетях абонентского доступа, кратко рассмотренные в этом параграфе, свидетельствуют о перспективности использования радиотехнического оборудования для ГТС и СТС. Конечно, приведенные рассуждения носят качественный характер. Их необходимо подтвердить (или опровергнуть) соответствующими расчетами. Я надеюсь решить эту задачу в следующей книге, посвященной методам расчета сетей абонентского доступа.
2.5.4. Сеть абонентского доступа, основанная на технологии LMDS
Совсем недавно в технической литературе появились публикации [70, 71] в которых рассматриваются различные аспекты применения двух технологий - MMDS (Multichannel Multipoint Distribution Services) и LMDS (Local Multipoint Distribution Services). Систему MMDS иногда называют беспроводным КТВ (Wireless Cable). Это название мне представляется более удачным, чем перевод словосочетания «Multichannel Multipoint Distribution Services» - услуги многоканального распределения (информации) для множества терминалов. Технологию LMDS часто именуют сотовым телевидением. Такая трактовка, отражающая одну их основных идей LMDS, также лучше, чем перевод слов Local Multipoint Distribution Services - услуги распределения (информации) для группы терминалов в границах местной сети.
Оборудование MMDS поддерживает 33 аналоговых канала телевидения. Радиус покрытия обычно составляет 35 миль (порядка 56 км). Диапазон вещания лежит в области 2,5 ГГц. Приемная антенна имеет диаметр 24 дюйма (примерно 61 см) и располагается у абонента. Система MMDS не предназначена для поддержки интерактивных услуг. Поэтому параграф 2.5.4 посвящен только технологии LMDS.
Структура сети, основанной на оборудовании LMDS, действительно напоминает топологию сотовой сети, используемой для связи с подвижными объектами. Радиус покрытия в системе LMDS (размеры одного сота) составляет 3 мили, то есть примерно 4,8 км. Для обслуживания территории большего размера необходимо организовывать несколько сот. Принципы частотного планирования схожи с правилами, принятыми для сотовых сетей.
Система LMDS имеет пропускную способность в четыре раза больше, чем MMDS. Кроме того, в системе LMDS обеспечиваются двухсторонние каналы для телефонной связи, обмена данными и получения (в том числе, - по заказу) видеоинформации. Для работы LMDS определен диапазон 28 ГГц. Приемная антенна, расположенная в помещении абонента, имеет размеры 6,5 х 6,5 дюймов (16,51 х 16,51 см).
Система LMDS, подобно классической сотовой сети, состоит из следующих основных элементов:
- БС (базовая станция), обеспечивающая обмен информацией в пределах одного сота;
- коммутационное оборудование, предназначенное для доступа к серверам LMDS и взаимодействия с другими сетями электросвязи;
- комплекс терминального оборудования, который обеспечивает доступ пользователей к услугам электросвязи;
- система технической эксплуатации для поддержки работоспособности оборудования.
На рисунке 2.62 показана упрощенная структура системы LMDS, отражающая, в основном, принципы связи между БС и терминальным оборудованием пользователя. Эта модель основана на материалах статьи специалистов Alcatel, опубликованной в журнале Electrical Communication - 3rd Quater 1994.
Структура телекоммуникационной системы LMDS
Рисунок 2.62
Трансивер обеспечивает прием и передачу передает сигналов в пределах сота, который делится на сектора. Каждый сектор “обслуживает” определенную группу абонентов. С антенны сигнал поступает на преобразователь, где происходит разделение информации на два потока, которые условно можно назвать узкополосным и широкополосным.
Узкополосные сигналы относятся к трафику, обслуживаемому ТФОП и ЦСИО. Широкополосная информация представлена, в рассматриваемой модели, телевизионными сигналами. Эти сигналы могут приниматься на бытовой телевизор, но для этого они пропускаются через специальную приставку.
На рисунке 2.62 показаны соединения трансивера, расположенного на БС, с двумя видами серверов через узкополосный и широкополосный коммутаторы. В системе LMDS такие соединения могут реализовываться различными способами, что зависит от ряда факторов:
- размеров и географических особенностей обслуживаемой территории;
- численности потенциальных абонентов и характера их распределения в границах обслуживаемой территории;
- технических и экономических характеристик оборудования, используемого для построения системы LMDS.
В самом общем виде структура фрагмента системы LMDS на участке между БС и серверами приведена на рисунке 2.63. Эта модель является универсальной с точки зрения создаваемой системы. Оставляя один пункт распределения информации (коммутационное оборудование) и одну БС, можно получить структуру системы LMDS минимальной конфигурации. Выбор оптимальной структуры системы LMDS осуществляется на этапе ее проектирования.
Структура системы LMDS на участке
базовая станция - серверы
Рисунок 2.63
Затемненная часть в коммутационном оборудовании «1» и «2» обозначает широкополосный коммутатор, дополняющий традиционное для телефонных станций ТФОП цифровое коммутационное поле. В модели показано N серверов, которые могут быть распределены произвольным образом по территории, обслуживаемой сетью LMDS. Система технической эксплуатации и информационной поддержки обеспечивает заданные показатели работы как средств электросвязи, так и специализированного программного обеспечения серверов LMDS.
Система LMDS позволяет ввести ряд дополнительных функциональных возможностей, которые очень сложно реализовать в существующих средствах абонентского доступа. Можно назвать два характерных примера - канал ТВЧ и система охранной сигнализации, которую невозможно блокировать, находясь вне контролируемого помещения.
Технология LMDS может использоваться как для построения сети абонентского доступа, так и для создания более крупных фрагментов телекоммуникационной системы. На рисунке 2.64 показаны три основных варианта сопряжения системы LMDS с ТФОП, позволяющие ввести ряд комментариев к этому утверждению.
Первый вариант подразумевает включение сети LMDS на правах УПАТС. Это означает, что коммутационное оборудование LMDS включается в ТФОП как выносной модуль. Необходимо, чтобы это подключение осуществлялось через цифровую коммутационную станцию местной телефонной сети. Если сеть LMDS будет поддерживать услуги ЦСИО, необходимо также, чтобы цифровые коммутационные станции выполняли все требования системы интегрального обслуживания. Очевидно, что такое решение будет эффективным для небольших городов с относительно малым числом абонентов.
Второй вариант основан на том, что коммутационное оборудование LMDS выполняет функции РАТС. Такое включение означает, что номера абонентов сети LMDS входят в общий план нумерации данной местной телефонной сети. Подобное решение будет эффективным для большинства городов России.
Принципы сопряжения системы LMDS с ТФОП
Рисунок 2.64
Третий вариант ориентирован на включение сети LMDS непосредственно в АМТС. Это означает, что фактически создается «наложенная» местная сеть, обслуживающая большую территорию. Возможно, что такое решение может найти практическое применение в крупных городах России.
Выбор оптимального сценария для построения телекоммуникационной системы, основанной на технологии LMDS, должен быть выполнен отдельно для каждой конкретной местной сети. При этом могут использоваться различные, оговоренные лицензией, решения, касающиеся структуры сети LMDS, перечня вводимых услуг и принципов взаимодействия с ТФОП.
Скорее всего, наиболее вероятные сценарии состоят в том, чтобы выбрать последовательность введения услуг и этапность развития системы в целом. Эти сценарии можно объединить в рамках общего подхода, называемого далее “принцип развивающейся системы”. Слово “развитие” относится - в данном случае - к трем аспектам: рост числа абонентов, расширение границ зоны обслуживания, дополнение перечня поддерживаемых услуг. Подобный подход иллюстрирует рисунок 2.65.
Принцип развивающейся системы
Рисунок 2.65
Несомненно, что технология LMDS может считаться перспективным направлением в Операторской деятельности. Практическая реализация услуг LMDS связана с решением ряда серьезных технических, экономических и организационных проблем. Для их решения целесообразно провести комплекс соответствующих работ.
2.5.5. Поддержка функций мобильности сетью абонентского доступа
В этом параграфе, как и ранее, мы будем рассматривать “мобильность терминала” и “персональную мобильность”. Аспекты мобильности, в контексте монографии, изложены в параграфе 2.5.5 с точки зрения тех дополнительных функциональных возможностей, которые свойственны технологии WLL. Еще раз напомню, что принципов построения сотовых сетей мы касаться не будем. Основная причина, побудившая меня включить этот параграф в состав второй главы, заключается в следующем:
- затраты на модернизацию сети абонентского доступа, как правило, будут соизмеримы при использовании проводных и радиотехнических средств;
- основное потенциальное преимущество проводных средств (речь идет о технологиях FTTOpt) заключается в возможности существенного повышения полосы пропускания сети абонентского доступа;
- главным достоинством радиотехнических средств можно считать возможность поддержки функций мобильности;
- при выборе (Оператором, а в условиях конкуренции - и абонентами) средств абонентского доступа целесообразно определить уровень мобильности, который способно обеспечить то или иное решение, используемое в технологии WLL.
Итак в этом параграфе будут изложены функциональные возможности ряда сценариев, которые могут использоваться в технологии WLL. Эти соображения могут оказаться весьма полезными и при выборе средств для модернизации сети абонентского доступа (проводные или радиотехнические), и в процессе поиска оптимального решения, на основе которого будет воплощена технология WLL.
Мы будем рассматривать сценарии использования технологии WLL в самом общем виде. В частности, объединены методы доступа с временным (TDMA) и кодовым (CDMA) разделением каналов. Их характеристики определены различными стандартами, но с точки зрения структуры сети абонентского доступа оба метода (TDMA и CDMA) практически идентичны. Аналогично, на рисунке 2.66 объединены разные стандарты сотовых сетей - GSM, NMT, AMPS, DCS-1800. Это сделано по одной причине: применительно к структуре сети абонентского доступа важно лишь то, что использование оборудования любого типа (GSM, NMT, AMPS или DCS-1800) подразумевает сотовую структуру, присущую современной системе мобильной связи.
Рисунок 2.66 представляет четыре сценария, на основе которых могут создаваться сети абонентского доступа, обеспечивающие - в дополнение к заранее заданным требованиям стационарной телекоммуникационной системы - некоторые функции мобильности. Эти сценарии не охватывают все решения (так же, как и все возможные стандарты), на которых может остановить свой выбор Оператор. Четыре сценария, показанных на рисунке 2.66, позволяют нам рассмотреть наиболее характерные направления, по которым может развиваться сеть абонентского доступа. Для каждого возможного решения приведены чисто субъективные оценки уровня мобильности в сети абонентского доступа и степени сложности используемого оборудования, косвенно определяющего затраты Оператора. Чем темнее соответствующая стрелка, тем выше уровень мобильности или степень сложности.
Примеры сценариев, использующих технологию WLL
Рисунок 2.66
Начнем краткий анализ рисунка 2.66 с систем многостанционного (или множественного) доступа с временным и кодовым разделением каналов. В принципе, можно включить в этот перечень и систему с частотным разделением каналов - FDMA (Frequency Division Multiple Access), но она уже не считается перспективной. Системы TDMA и CDMA непрерывно совершенствуются.
В технической литературе последних лет активно обсуждают преимущества и недостатки этих методов разделения каналов. Мы не будем участвовать в этой полемике, так как с точки зрения сети абонентского доступа оба метода приводят к реализации одной и той же структуры. Мне показалось целесообразным привести некоторые характеристики какой-либо современной системы многостанционного доступа. Выбор пал на стандарт ETSI [72], который специфицирует систему TDMA в диапазоне частот от 1 до 3 ГГц.
Рассматриваемая система TDMA предназначена для использования как в ТФОП, так в других сетях электросвязи. Ее абоненты могут обмениваться речевой информацией и данными на скоростях, не превышающих 64 кбит/с. Кроме того, в [72] акцентируется внимание на возможности организации интерфейса ЦСИО со структурой доступа 2B+D. Предыдущими поколениями систем TDMA услуги ЦСИО не поддерживались.
Ресурсы пропускной способности, которыми располагает система, определяются формулой nx2048 кбит/с; величина “n” может принимать значения 1, 2 или 4, что подразумевает организацию 30, 60 или 120 ОЦК соответственно. Для создания таких пучков СЛ могут использоваться пять частотных планов в диапазоне от 1,5 ГГц до 2,6 ГГц. Основные характеристики системы TDMA, специфицированной в [72], заимствованы из рекомендаций МСЭ и стандартов ETSI.
Структура сети абонентского доступа, основанная на оборудовании TDMA или CDMA, приведена на рисунке 2.67 как вариант (а). Это решение предусматривает установку одной БС. Зона обслуживания БС, как правило, не будет совпадать с границами пристанционного участка той МС, которая будет обслуживать мобильные терминалы. На рисунке 2.67 показана ситуация, когда зона действия БС, помимо МС1, охватывает небольшой фрагмент пристанционного участка другой коммутационной станции. Таким образом, БС обслуживает некоторую территорию, представляющую собой один сот, в пределах которого микросоты не создаются.
Две модели сети абонентского доступа
Рисунок 2.67
Оборудование, используемое при реализации такого сценария, будет более простым, чем аппаратно-программные средства, ориентированные на классическую сотовую технологию [73]. Но мобильность терминала ограничена зоной обслуживания БС. Следует подчеркнуть, что иногда мобильность терминала будет ограничена еще меньшей территорией. В качестве примера можно привести ситуацию, характерную для сельской связи: двухпроводные АЛ подключаются к концентратору, который через системы TDMA или CDMA соединяется с МС. Учитывая все эти соображения, на рисунке 2.66 рассматриваемому варианту приписаны минимальные уровни мобильности и сложности.
Вариант (б) на рисунке 2.67 иллюстрирует принципы создания сотовой структуры в пределах пристанционного участка МС. Такое решение характерно для стандарта DECT, разработанного ETSI [74]. В нашем примере показаны пять БС, создающие микросоты [75]. Для того, чтобы подчеркнуть этот факт, каждая БС отмечена буквой “m” - сокращение от слов “Micro cell”. Для территории, обслуживаемой БС5, приведен пример организации четырех пикосот [75]. Соответствующие БС обозначены буквой “p” как сокращения слов “Pico cell”. Из этих рассуждений становится очевидным, что стандарт DECT основан на сотовых структурах.
Размеры макро-, микро- и пикосот определяются несколькими факторами: мощностью соответствующих БС, поверхностной плотностью размещения потенциальных абонентов и рядом других показателей. В технической литературе приводятся разные оценки для среднего радиуса сота каждого вида. Авторы уже упомянутой статьи [75] считают, что макросоты в настоящее время имеют радиус более 0,6 километра, микросоты рассчитаны на площадки радиусом от 60 до 600 метров, а для пикосот радиус обслуживания лежит в диапазоне от 6 до 60 метров. В других работах размеры пикосот определяются радиусом от 10 до 100 метров, а для микросот - от 0,1 до 1 километра; макросоты покрывают территорию радиусом от 1 до 35 километров.
Конечно, такая сеть абонентского доступа поддерживает весьма высокий уровень мобильности терминала, но она сложнее, чем структура, рассмотренная ранее (системы TDMA или CDMA). Это отражено на рисунке 2.66 при окраске стрелок, характеризующих уровни мобильности и сложности, присущие системе DECT и подобным стандартам.
Спецификации DECT [74] содержат подробную информацию, касающуюся различных аспектов этой системы беспроводного доступа. В контексте раздела 2.5 мне представляется целесообразным привести ряд сведений, прямо или косвенно определяющих сетевые аспекты применения стандарта DECT. Приведенная ниже информация заимствована из уже упомянутого стандарта ETSI [74] и отчета [76], определившего общие принципы реализации DECT.
Разработку стандарта DECT стимулировала ситуация, сложившаяся на телекоммуникационном рынке развитых европейских стран. В [76] перечислены пять основных систем, используемых в качестве технологий WLL. Все эти системы основаны на разных принципах, а их частотные планы не были согласованы. Назрела необходимость унификации радиотехнических средств, используемых в национальных сетях стран Европы, что было выгодно всем участникам телекоммуникационного рынка.
Преимущества DECT заключаются, по мнению разработчиков этого стандарта, в следующем:
- эффективное решение многих проблем Оператора за счет использования унифицированных технических средств;
- возможность организации беспроводной связи на территории с очень высокой поверхностной плотностью размещения абонентов, на два порядка (и даже более) превышающую величины, свойственные сотовым сетям;
- гибкая адаптация системы к различным требованиям, возникающим у абонентов;
- возможность введения новых услуг и/или организации альтернативной сети абонентского доступа.
Для стандарта DECT выделен спектр частот в диапазоне 1880 МГц - 1900 МГц; число несущих равно 10. Максимальная мощность передачи составляет 250 мВт. Передача речи осуществляется со скоростью 32 кбит/с в соответствии с принципами, изложенными в рекомендации МСЭ G.726. Для пользователей ЦСИО выделяются ресурсы, необходимые для интерфейса со структурой доступа 2B+D.
Идеология DECT может использоваться во многих видах оборудования электросвязи. Она может эффективно применяться и в простых бесшнуровых (cordless) терминалах, и в более сложных системах распределения информации, примером которых могут служить беспроводные УПАТС (Wireless PABX).
Вернемся к рисунку 2.66, чтобы кратко рассмотреть два следующих сценария. Использование какого-либо стандарта сотовой сети можно считать очевидным решением. Уровень мобильности для третьего сценария можно считать весьма высоким. Для включения стационарных терминалов такое решение из-за высоких затрат, как правило, не будет оптимальным. На рисунке 2.66 это обстоятельство отмечено более темным, чем для предшествующих сценариев, заполнением соответствующей стрелки.
Четвертый сценарий, поддерживающий технологию WLL, связан с уже упоминавшимися в первой главе монографии концепциями IMT-2000 [77] и UMTS [78], предложенными МСЭ и ETSI соответственно. Различия между этими двумя концепциями не считаются существенными, а для рассматриваемых в этом параграфе вопросов они совершенно не принципиальны. Это обстоятельство позволяет мне очень кратко изложить главные особенности четвертого сценария на примере концепции UMTS.
Данная концепция посвящена основным принципам построения третьего поколения сотовых сетей связи с подвижными объектами. Можно говорить о том, что концепция UMTS предусматривает ряд очень существенных новшеств, из которых - в контексте вопросов, изложенных в монографии, - целесообразно выделить три аспекта. Во-первых, сама идея мобильной связи претерпевает радикальные изменения (заметим, что в UMTS используются не только сотовые технологии). Во-вторых, появляется возможность поддержки “персональной мобильности” в полном смысле этого словосочетания. В-третьих, создаются условия максимальной интеграции стационарных и мобильных сетей связи (к этому вопросу мы вернемся в следующем параграфе).
В UMTS должна поддерживаться глобальная мобильность терминала (Global terminal mobility), что подразумевает использование не только наземных, но спутниковых систем связи. Качество передачи речевой и иной информации должно соответствовать тому уровню, который пока характерен только для стационарных сетей электросвязи. Для построения UMTS выделены частоты в диапазонах 1885 - 2025 МГц и 2110 - 2200 МГц. В этих же диапазонах выделяются частоты для системы спутниковой связи, используемой в UMTS.
UMTS, на начальном этапе своего создания, будет поддерживать широкий спектр телекоммуникационных услуг, ориентированных на скорость обмена информацией вплоть до 2,048 Мбит/с. В перспективе станут доступными и более высокие скорости. Существенные изменения ожидаются в отношении функциональных возможностей терминалов. Будут уменьшаться габариты терминалов и их масса. Весьма важно, чтобы мобильные терминалы потребляли минимум энергии.
Принципы “Персональной мобильности” в UMTS определяются, в основном, концепцией УПС [4, 58]. Безусловно, что UMTS (равно как и IMT-2000) обеспечивает самый высокий уровень мобильности по сравнению со всеми другими системными решениями, рассмотренными ранее. Также очевидно, что практическая реализация UMTS или IMT-2000 на порядок сложнее, чем построение предшествующих поколений телекоммуникационного оборудования. Поэтому обе стрелки на рисунке 2.66, относящиеся к четвертому сценарию, имеют самую интенсивную окраску.
2.5.6. Интеграция стационарных и мобильных сетей связи
Процесс, рассматриваемый в этом параграфе, в последнее время все чаще называют конвергенцией сетей. Можно выделить ряд очень важных аспектов в интеграции стационарных и мобильных сетей связи. Но мы ограничимся лишь теми, которые существенны с точки зрения построения сетей абонентского доступа. Такая постановка проблемы позволяет акцентировать основное внимание на двух задачах.
Разработку наиболее вероятных сценариев, по которым будут протекать интеграционные процессы, можно уверенно назвать первой задачей. Для начала необходимо уяснить конечную цель, к которой ведет интеграция стационарных и мобильных сетей связи. Несомненно то, что радиотехнические средства будут способны, в обозримой перспективе, поддерживать высокие скорости передачи информации - на уровне сотен Мбит/с [79] и даже нескольких Гбит/с [80]. Также очевидно, что только радиотехнические средства обеспечат функции, касающиеся мобильности терминала и, совместно со стационарным оборудованием, персональной мобильности. Но беспроводные технологии никогда не вытеснят полностью стационарное оборудование, хотя заметно сократят сферу его использования, особенно в сетях абонентского доступа.
Мне представляется, что наиболее вероятный сценарий интеграции стационарных и мобильных средств в границах сети абонентского доступа будет заключаться в следующем. Во-первых, установится разумный оптимум между проводными и радиотехническими средствами, используемыми в этой сети (безусловно, оптимум не будет одинаковым для разных сетей абонентского доступа). Во-вторых, аппаратные и - что более существенно - программные средства, используемые в стационарных и мобильных сетях, будут максимально унифицированы. Иными словами интеграционный процесс будет осуществлен на интеллектуальной платформе. И, в-третьих, техническая эксплуатация оборудования, используемого в сетях абонентского доступа, вне зависимости от среды распространения сигналов, будет осуществляться единой системой.
В качестве второй задачи я бы назвал разработку методики планирования сети абонентского доступа. Такое утверждение может показаться наивным из-за того, что еще не до конца понятны требования абонентов, которые будут предъявлены к перспективным стационарным и мобильным сетям. Тем не менее, в подобных ситуациях есть определенные преимущества. В частности, разработку двух методик планирования, ориентированных на стационарные и мобильные сети, можно проводить так, чтобы учесть основные, уже очевидные, решения, обусловленные процессом конвергенции в телекоммуникационной системе XXI века.