Основы построения систем беспроводного абонентского радиодоступа
В последнее время в технической литературе появился термин «последняя миля». Им обозначают участок сети связи от телефонной станции до абонентских оконечных устройств. Другое обозначение того же понятия - сеть абонентского доступа. Оба определения берут свое начало от английских выражений («Last Mile» и «Access Network»). Интерес к участку «последней мили» резко возрос в развитых странах в конце прошлого века, когда, с одной стороны, стало ясно, что одни лишь услуги аналоговой телефонии перестали удовлетворять пользователей, а, с другой стороны, прошла модернизация и цифровизация магистральных сетей и коммутационных станций, позволившая удовлетворить потребность в новых услугах. «Последняя миля» стала в тот момент «горлышком бутылки», сдерживающим стремительное развитие услуг связи.
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. Следовательно, когда прокладка кабельных линий связи нецелесообразна, а также для мобильного развертывания сети доступа, эффективным может оказаться беспроводное подключение абонентов (Wireless Local Loop).
Основная функция системы беспроводного абонентского радиодоступа (СБАР) - предоставление конечному пользователю, т.е. абоненту, стандартных услуг телефонной связи. Таким образом, СБАР являются дуплексной системой телефонной связи.
Типовая архитектура СБАР представлена на рис. 14. 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 л х 2 Мбит/с. Рассмотрим функции каждого компонента СБАР.
Рис. 14. Типовая архитектура системы беспроводного абонентского
радиодоступа
Контроллер базовых станций. Данное устройство предназначено для концентрации и в ряде случаев коммутации трафика беспроводного радиодоступа, 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.
Абонентские терминалы. Данные устройства представляют собой портативные беспроводные телефонные трубки, обеспечивающие ограниченную подвижность связи; специальные настольные телефонные аппараты с трансивером и антенной и стационарные блоки на одну или несколько (две, четыре и более) телефонных линий, к которым подключают обычные телефоны, факсы или модемы.
Структурная схема подвижной станции аналогична ПС системы сотовой связи (см. рис. 4). Аналогично и назначение всех элементов схемы.
Базовая станция (БС). Ее компоненты СБАР осуществляют радиосвязь со стационарными или ограниченно мобильными абонентами в пределах своих зон обслуживания, величина которых зависит от используемой в системе радиотехнологии, и обеспечивают передачу вызовов контроллеру БС. БС состоит из антенно-фидерного тракта, одно или многоканальной приемопередающей аппаратуры, локальной подсистемы управления, коммуникационных интерфейсов и подсистемы питания.
Ориентация на обслуживание стационарных абонентов создает определенную специфику развертывания и применения систем беспроводного абонентского доступа, если сравнивать их с сотовыми системами подвижной связи. Последние должны обеспечить сплошное покрытие обслуживаемой территории, в то время как базовые станции систем радиодоступа можно размещать лишь вблизи мест расположения абонентов (точнее, зданий, где они живут или работают). Наличие информации о количестве потенциальных стационарных абонетов позволяет при установке системы реализовать лишь минимально необходимую абонентскую емкость, которая увеличивается по мере роста числа пользователей. Благодаря этому можно оптимизировать конфигурации БС и системы в целом, а также минимизировать затраты на начальном этапе развития системы. Достоинством систем беспроводного абонентского радиодоступа является и относительно слабое (опять же по сравнению с системами подвижной связи) проявление эффекта замирания сигнала из-за многолучевого распространения радиоволн.
Многие элементы, входящие в состав базовой станции, по функциональному назначению не отличаются от аналогичных элементов подвижной станции сотовой связи, но в целом базовая станция существенно больше и сложнее подвижной, что соответствует ее месту в системе радиосвязи.
Структурная схема БС аналогична схеме БС сотовой связи (рис. 3) и поэтому особого описания не требуется.
В системах радиодоступа широко используются самые различные технологии организации множественного доступа, в частности:
FDMA (Frequency Division Multiple Access) - множественный доступ с частотным разделением, при этом выделенный для определенной системы спектр делится на полосы частот, в которых осуществляется передача канальной информации от разных абонентов;
TDMA (Time Division Multiple Access) - множественный доступ с временным разделением, при этом выделенная полоса частот предоставляется для передачи канальной информации на определенный короткий промежуток времени, в следующий промежуток времени осуществляется передача информации от другого абонента;
CDMA (Code Division Multiple Access) - множественный доступ с кодовым разделением, сообщения от абонентов шифруются и передаются одновременно, этот способ имеет определенные достоинства (например, скрытность информации), но при этом для передачи требуется довольно широкая полоса частот, что может быть недостатком при ограниченности частотного ресурса.
Технология СТ-2 использует метод FDMA, совмещенный с временным дуплексным разделением режимов передачи и приема TDD (Time Division Duplex - дуплексный канал с временным разделением), при котором в одном временном интервале осуществляется передача сообщения от абонента, а в следующий момент - прием сообщения от базовой станции. Таким образом, используется только одна несущая частота для передачи и приема.
Рассмотрим построение системы абонентского радиодоступа на примере системы TANGARA Wireless (TW) (рис. 15), представляющей собой цифровую радиосистему для абонентского доступа, построенную по методу FDMA/TDD и работающую в диапазоне частот 864...868 МГц. Структурная схема TW представлена на рис. 15.
Контроллер базовых станций (КБС), управляющий базовыми станциями (БС) и абонентскими терминалами (AT), устанавливается обычно в помещениях АТС и подключается к ТфОП через различные типы интерфейсов - по двухпроводным аналоговым линиям или по трактам потоков 2 Мбит/с (поток Е1). КБС обеспечивает возможности централизованного сетевого управления. Один контроллер обслуживает до 512 абонентов при подключении к АТС по двухпроводному аналоговому интерфейсу или до 960 абонентов при подключении по цифровым трактам Е1. Для увеличения общей емкости системы радиодоступа несколько контроллеров могут объединяться общей системой управления. К КБС могут быть подключены до 30 шестиканальных базовых радиостанций, до 96 двухканальных, 48 четырехканальных или их любые комбинации.
Рис. 15. Структура системы TANGARA Wireless
Базовая станция (БС) обладает модульной структурой и поддерживает от 2 до 6 радиоканалов. В зависимости от нагрузки в сети и допустимой вероятности отказов каждая БС обслуживает от 6 (выделенные каналы постоянного соединения) до 80 абонентов. Рекомендуемое число - 40 абонентов на одну БС. С целью увеличения числа обслуживаемых абонентов и увеличения зоны радиопокрытия несколько БС могут объединяться и создавать многосекторную ВС. Соединение между КБС и БС осуществляется по медным парам (по трем парам с диаметром жилы 0,9 мм на расстояния до 11 км) без применения дополнительного каналообра-зующего или линейного оборудования. При необходимости
соединение может быть осуществлено через радиорелейные линии, спутниковые системы или цифровые транспортные сети.
Абонентский терминал (AT) представляет собой блок малых размеров, спроектированный специально для легкого настенного монтажа в помещениях абонента или в общественных телефонах-автоматах. К нему может присоединяться компактная направленная или штыревая антенна. В зависимости от типов антенн и усилителей допустимое удаление AT от БС составляет 5... 12 км в условиях прямой видимости.
Интерфейс AT с телефонным аппаратом аналогичен интерфейсу телефонной станции. К AT могут подключаться телефонные аппараты любых конструкций, автоответчики, факсимильные аппараты, модемы и т. д.
Мобильные абоненты могут работать в пределах одной БС, а также после перерегистрации в зоне действия других базовых станций того же контроллера базовой станции.
Управление. Система централизованного сетевого управления обеспечивает контроль всего вышеперечисленного оборудования. Она допускает дистанционное конфигурирование всей сети с центрального пункта, мониторинг ошибок в каналах связи, загрузку программного обеспечения.
В зависимости от плотности распределения абонентов в системе TW предусмотрены различные конфигурации: для районов с высокой плотностью (в пригородах и городах) и низкой (в сельской местности) плотностью абонентов.
Система TW позволяет рентабельно прорабатывать несколько сценариев. Особенно хорошо система подходит для жилых районов со средней плотностью проживания в пригородных или сельских районах. При определенных условиях технология позволяет обеспечить рентабельность телефонизации и малонаселенных областей сельской местности. Основная часть себестоимости ложится на абонентские терминалы (35...55 %), которые могут закупаться не сразу, а по мере необходимости. Затраты на установку и организацию связи между БС и КБС (передача) невелики по сравнению с другими системами абонентского радиодоступа. Себестоимость «базового» оборудования сети радиодоступа, составляющая так называемые начальные затраты, оценивается в 15...35 % в зависимости от числа абонентов. Затраты на установку оборудования составляют 7...20 % и определяются топологией телефонных сетей. Затраты на проектные работы - 8... 15 %.
- Основы построения телекоммуникационных систем и сетей
- Предисловие
- Введение
- Лекция 1
- Основные понятия и определения
- Основные понятия и определения. Классификация систем электросвязи
- Вопросы и задачи для самоконтроля
- Лекция 2 Первичные сигналы электросвязи Первичные сигналы электросвязи и их физические характеристики
- Сигналы передачи данных и телеграфии
- Вопросы и задачи для самоконтроля
- Лекция 3 Каналы передачи Каналы передачи, их классификация и основные характеристики
- Типовые каналы передачи
- Вопросы и задачи для самоконтроля
- Лекция 4 Двусторонние каналы Построение двусторонних каналов
- Развязывающие устройства, требования к ним и классификация
- Анализ резисторной дифференциальной системы
- Лекция 5 Трансформаторная дифференциальная система Анализ трансформаторной дифференциальной системы
- Определение условия непропускания тдс от полюсов 4-4 к полюсам 2-2
- Определение входных сопротивлений тдс
- Определение затуханий уравновешенной тдс в направлениях передачи
- Анализ неуравновешенной трансформаторной дифференциальной системы
- Сравнение трансформаторной и резисторной дифференциальных систем
- Лекция 6 Двусторонний канал как замкнутая система Устойчивость двусторонних каналов
- Устойчивость телефонного канала
- Искажения от обратной связи
- Вопросы и задачи для самоконтроля к лекциям 4-6
- Лекция 7 Общие принципы построения многоканальных систем передачи
- Обобщенная структурная схема многоканальной системы передачи
- Методы разделения канальных сигналов
- Взаимные помехи между каналами
- Вопросы и задачи для самоконтроля
- Лекция 8 Принципы формирования канальных сигналов в системе передачи с частотным разделением каналов
- Формирование канальных сигналов
- Способы передачи амплитудно-модулированных сигналов
- Квадратурные искажения при передаче амплитудно-модулированных сигналов
- Лекция 9 Методы формирования одной боковой полосы. Искажения в каналах и трактах сп с чрк
- Фильтровой метод формирования обп
- Многократное преобразование частоты
- Фазоразностный метод формирования обп
- Искажения в каналах и трактах систем передачи с частотным разделением каналов
- Вопросы, задачи и упражнения для самоконтроля к лекциям 8и9
- Лекция 10 Принципы построения и особенности работы систем передачи с временным разделением каналов Структурная схема системы передачи с временным разделением каналов
- Формирование канальных сигналов в системах передачи с временным разделением каналов
- Формирование канальных сигналов с помощью амплитудно-импульсной модуляции.
- Формирование канальных сигналов с помощью широтно-импульсной модуляции.
- Формирование канальных сигналов на основе фазоимпульсной модуляции.
- Выбор вида импульсной модуляции для построения систем передачи с временным разделением каналов
- Помехоустойчивость амплитудно-импульсной модуляции.
- Выбор вида импульсной модуляции для построения систем передачи с временным разделением каналов
- Помехоустойчивость амплитудно-импульсной модуляции.
- Переходные влияния между каналами систем передачи с временным разделением каналов
- Оценка переходных помех 1-го рода.
- Оценка переходных помех 2-го рода.
- Обобщенная структурная схема системы передачи с временным разделением каналов на основе фазоимпульсной модуляции
- Вопросы, задачи и упражнения для самоконтроля
- Лекция 11 Общие принципы формирования и передачи сигналов в цифровых системах передачи Постановка задачи
- Квантование сигналов по уровню
- Оценка шумов квантования Оценка шумов при равномерном квантовании.
- Гармонический сигнал.
- Речевой сигнал.
- Речевой сигнал, поступающий от разных источников.
- Многоканальный групповой телефонный сигнал.
- Телевизионный сигнал.
- Оценка шумов квантования при неравномерном квантовании.
- Кодирование квантованных сигналов
- Обобщенная структурная схема цифровой системы передачи
- Виды синхронизации в цифровых системах передачи
- Принципы регенерации цифровых сигналов
- Линейное кодирование в цсп
- Лекция 12
- Разностные методы кодирования.
- Иерархия цифровых систем передачи
- Дифференциальная импульсно-кодовая модуляция
- Дифференциальная импульсно-кодовая модуляция как система с линейным предсказанием.
- Дельта-модуляция
- Иерархия цифровых систем передачи на основе импульсно-кодовой модуляции
- Объединение цифровых потоков в плезиохронной цифровой иерархии
- Объединение цифровых потоков в синхронной цифровой иерархии
- Вопросы и задачи для самоконтроля к лекциям 11 и 12
- Лекция 13 Общие принципы построения волоконно-оптических систем передачи Краткий исторический очерк
- Обобщенная структурная схема волоконно-оптической системы передачи
- Классификация волоконно-оптических систем передачи. Способы организации двусторонней связи на основе волоконно-оптических систем передачи. Способы уплотнения оптических кабелей
- Лекция 14 Основные узлы оптических систем передачи. Оптический линейный тракт Оптические передатчики
- Требования к источникам оптического излучения: их параметры и характеристики
- Оптические приемники
- Лавинные фотодиоды (лфд).
- Шумы приемников оптического излучения.
- Модуляторы оптической несущей
- Виды модуляции оптической несущей.
- Обобщенная структурная схема оптического линейного тракта
- Оптические усилители
- 1. Усилители Фабри - Перо.
- 2. Усилители на волокне, использующие бриллюэновское расстояние.
- 3. Усилители на волокне, использующие рамановское расстояние,
- 4. Полупроводниковые лазерные усилители (пплу)
- 5. Усилители на примесном волокне
- Вопросы и задачи для самоконтроля к лекциям 13 и 14
- Лекция 15 Общие принципы и особенности построения систем радиосвязи Основные понятия и определения. Классификация диапазонов радиочастот и радиоволн. Структура радиосистем передачи.
- Общие принципы организации радиосвязи. Классификация радиосистем передачи
- Особенности распространения радиоволн метрового -миллиметрового диапазонов
- Антенно-фидерные устройства
- Лекция 16 Построение радиорелейных и спутниковых линий передачи Основные понятия и определения. Классификация радиорелейных линий передачи. Принципы многоствольной передачи
- Виды модуляции, применяемые в радиорелейных и спутниковых системах передачи
- Вопросы для самоконтроля
- Лекция 17 Особенности построения оборудования радиорелейных и спутниковых систем передачи Принципы построения оборудования радиорелейных линий передачи прямой видимости
- Особенности построения тропосферных радиорелейных линий
- Передача сигналов телевизионного вещания по радиорелейным линиям
- Спутниковые системы передачи
- Много станционный доступ с разделением сигналов по форме.
- Принципы построения систем спутникового телевещания - ств
- Вопросы для самоконтроля
- Лекция 18 Общие принципы построения телекоммуникационных сетей Основные понятия и определения
- Назначение и состав сетей электросвязи
- Методы коммутации в сетях электросвязи
- Структура сетей электросвязи
- Принципы построения взаимоувязанной сети связи Российской Федерации
- Многоуровневый подход. Протоколы, интерфейс, стек протоколов
- Элементы теории телетрафика
- Вопросы для самоконтроля
- Лекция 19 Особенности построения вторичных телекоммуникационных сетей Состав и назначение сетей телефонной связи
- Структура вторичных цифровых сетей общего пользования.
- Состав и назначение телеграфных сетей
- Сети передачи данных
- Информационно-вычислительные сети. Сети эвм
- Телематические службы
- Цифровые сети интегрального обслуживания
- Вопросы для самоконтроля
- Лекция 20 Принципы построения сетей и систем радиосвязи Основные понятия и определения
- Основы построения систем сотовой связи
- Основы транкинговых систем радиосвязи
- Основы построения систем беспроводного абонентского радиодоступа
- Технико-экономические аспекты системы беспроводного абонентского радиодоступа
- Вопросы для самоконтроля,
- Основы построения телекоммуникационных систем и сетей