Общие сведения о системах радиодоступа
Системы радиодоступа, строящиеся по принципу «точка-многоточка», — это системы наземной радиосвязи, реализующие коллективный фиксированный или ограниченно мобильный беспроводный доступ пользователей к общему коммутационному ресурсу — опорной АТС (УПАТС или ГАТС) и/или коммутатору данных. Общее название охватывает различные технологии, стандарты и оборудование, отличающееся по способу построения, организации связи и т.д. В соответствии с этим системы беспроводного доступа имеют различную специфику и сферу применения. Тем не менее, они выделяются следующими общими преимуществами:
• Реализация качественной цифровой радиосвязи с предоставлением современных услуг телефонной связи и/или услуг передачи данных. Системы предлагают различные интерфейсы для качественной передачи речи со скоростью 64 кбит/с (цифровые — Е1, PRI, BRI или аналоговые — FXS/FXO), обеспечивая модемную (до 56 кбит/с) и факсимильную связь, а также интерфейсы передачи данных — Ethernet, V.35 или V.24.
• Высокая скорость развертывания и быстрая окупаемость. На установку системы радиодоступа требуется от нескольких дней до нескольких недель (в зависимости от типа системы) — это значительно короче времени создания разветвленной и протяженной кабельной инфраструктуры, что имеет особое значение для операторов связи в условиях жесткой конкуренции на рынке телекоммуникационных услуг, когда важно как можно быстрее активизировать предоставление сервиса и получить отдачу от вложенных средств.
• Небольшая стоимость обслуживания. Обслуживанию подлежит только радиооборудование, в то время как в проводных системах требуется обслуживание связного оборудования и, в особенности, линейно-кабельной сети.
• Хорошая расширяемость. Для подключения к системе нового пользователя достаточно обеспечить его абонентским терминалом и прописать в системе. Если нагрузка от пользователей возрастает до предельной величины для данной конфигурации оборудования, то систему можно легко расширить дополнительными модулями или подсистемами.
• Возможность использования в сложных географических условиях. Системы обеспечивают предоставление услуг в районах, где нет линейно-кабельной сети, а также в регионах, где производство земляных работ затруднено и экономически не оправдано. Естественные препятствия (горы, реки, болота, сильно пересеченная местность) в значительной степени затрудняют прокладку проводных коммуникаций. Для систем беспроводного доступа этих препятствий не существует.
• Большие радиусы охвата. Системы беспроводного доступа охватывают территорию радиусом от 10 до 50 км (в зависимости от частотного диапазона, ширины радиополосы, топографии местности и др. факторов). Ряд систем предлагают репитеры (ретрансляторы) для увеличения радиуса действия или построения протяженных трасс.
• Высокоэффективное использование частотного спектра. Лежащий в основе систем радиодоступа принцип группового использования радиоресурса позволяет высоко-эффективно использовать занимаемый частотный спектр, предоставляя его тому пользователю, который в данный момент в нем нуждается. Кроме этого, разработчики этих систем прикладывают все усилия для повышения такого качественного показателя, как соотношение полосы пропускания к занимаемой частотной полосе (бит/с/Гц).
• Централизованный менеджмент систем/сети и гибкость сервиса. Разработчики систем радиодоступа предлагают к ним развитые системы менеджмента, которые позволяют дистанционно управлять и диагностировать не только одну систему, но и целый ряд систем одновременно или сеть в целом. Некоторые из них предоставляют сервис по учету трафика и тарификации соединений, по анализу качества радиочастотных трактов, по дистанционной загрузке нового программного обеспечения и др.
Если для систем мобильной связи, например, сотовых, требуется сплошное покрытие территорий, то базовые станции систем беспроводного доступа можно устанавливать лишь вблизи мест непосредственного расположения пользователей (точнее, зданий, где они живут или работают). Наличие информации о количестве потенциальных стационарных пользователей позволяет при установке системы реализовать лишь минимально необходимую емкость, которую затем можно будет увеличивать по мере роста числа пользователей. Благодаря этому можно оптимизировать конфигурации БС и системы в целом, а также минимизировать затраты на начальном этапе развития системы. Эти системы одинаково эффективны для различной плотности пользователей, поскольку их проектирование учитывает расположение пользователей на местности и их потребность в полосе пропускания, в соответствии с чем производится сначала частотное планирование, а затем дизайн (конфигурирование) основного оборудования системы и антенного узла (для охвата необходимых зон и секторов).
Стационарный абонентский терминал может размещаться внутри или снаружи зданий и иметь внешнюю (выносную) или встроенную антенну, а также резервное питание от батареи, обеспечивающее работоспособность во время сбоев в сети электропитания.
РеволюциЯ WiMAX
К системам радиодоступа сейчас привлечено большое внимание по всему миру благодаря развитию стандарта IEEE 802.16, известному как WiMAX, в котором приняли участие многие ведущие разработчики и производители оборудования в этой отрасли. Спецификации этого стандарта определили реализацию множественного (от единиц до нескольких тысяч терминалов) широкополосного беспроводного доступа удаленных пользователей к высокоскоростным сетям пакетной передачи данных как альтернативу кабельным системам (DSL-модемам и каналам Е1) и оптоволоконным окончаниям. При этом модификации стандарта охватывают широкий частотный спектр — от 2 до 66 ГГц, гарантируют работу фиксированных и мобильных пользовательских терминалов, удаленных от базовых станций на расстояния от нескольких метров до 50 км, и определяют пропускную способность систем до 40 Мбит/с на канал.
Изначально задуманный как альтернатива стандарту IEEE 802.11 с гораздо большим радиусом покрытия, стандарт IEEE 802.16 перешел к идее создания высокоскоростного транспорта для подключения «горячих точек» и оборудования сотовой связи с части приложений передачи данных, а затем стал развиваться сразу в нескольких направлениях, ставя себе задачу решения не только проблем доступа для фиксированных, ограниченно мобильных и даже мобильных пользователей, но и предоставления пользователям широкого спектра услуг по передаче данных, голоса и видеоинформации.
Поистинне революционным стало развитие стандарта IEEE 802.16 от первоначально определенного частотного диапазона 10-66 ГГц, требующего прямой видимомсти между базовой станцией и терминалами (LOS), в область более низких частот 2-11 ГГц с применением технологии OFDM, способной работать в условиях отсутствия прямой видимости (NLOS), что особенно важно в условиях городской застройки. Поскольку технология OFDM сократила задержки в передаче информации (за счет использования множества несущих), то стала возможной передача через системы беспроводного доступа приложений, чувствительных (или даже критичных) к задержкам — голоса, видео реального времени, TDM-трафика, доступа к базам данных и др., т.е. обеспечивать качество обслуживания (QoS — Quality-of-Service) с применением механизмов приоритезации трафика. Таким образом, системы беспроводного доступа перешли из разряда простого радио-Ethernet в разряд мультимедийной среды доступа к ATM, IP и TDM сетям.
Не успели утихнуть страсти вокруг перспектив WiMAX для организации беспроводного фиксированного доступа, как новая модификация стандарта IEEE 802.16е поставила задачу обеспечения мобильного доступа для терминалов со скоростью движения до 150 км/ч. Разработки антенны беспроводного доступа, встраиваемой в ноутбук, уже ведутся рядом фирм и, в сочетании с карточкой WiFi и переговорными устройствами (USB-телефоном или Bluetooth), малогабаритный компьютер скоро станет мультмедийным мобильным терминалом.
Но это оказалось только первым шагом к мобильности, поскольку выросла новая проблема — реализация хэнд-овера при перемещении пользователя из зоны действия системы одного стандарта (например, WiFi) в системы других стандартов (например, WiMAX или GSM), и роуминга, чем форум занимается совместно с комитетом стандарта IEEE 802.21. О том, что WiMAX имеет серьезные амбиции в области мобильного доступа, говорит и тот факт, что вслед за созданием рабочей группы IEEE 802.16f по стандартизации системы контроля и управления грядущим стандартизованным оборудованием WiMAX для фиксированных приложений, форум утвердил новую рабочую группу IEEE 802.16g для поддержки «мобильных» стандартов IEEE 802.16е и IEEE 802.21. После этого стало очевидным, что системы беспроводного доступа WiMAX из добавки к сотовым сетям поколений 2G и 3G в части передачи данных в перспективе перерастут в их прямую альтернативу.
Действуя по примеру форума Wi-Fi, которому удалось за два года добиться повсеместного утверждения стандарта IEEE 802.11 и обеспечения взаимодействия устройств этого стандарта от различных производителей, форум Wi-MAX поставил перед собой две задачи. Первая из них касается разработки технических требований и методики их тестирования. Вторая — обеспечение взаимной совместимости (т.е., взаимодействия и взаимозаменяемости) оборудования различных производителей устройств стандарта IEEE 802.16. Ожидается, что внедрение стандарта коренным образом изменит состояние на рынке беспроводных технологий. Для производителей оно означает возможность использования массовых стандартных электронных компонентов, что приведет к снижению их расходов на разработку оборудования (а соответственно и его стоимости). Универсальность схемных решений приведет к массовости выпуска аналогичного оборудования различными производителями, что опять-таки приведет к дальнейшему снижению цен при одновременном обеспечении взаимосовместимости и взаимозаменяемости их оборудования. Таким образом, системы беспроводного доступа из разряда «элитных» (доступных единицам компаний-операторов или корпораций) перейдут в категорию общедоступных (в обозримом будущем ожидается снижение цен на пользовательские терминалы на один порядок). Для операторов, корпораций и ведомств оно означает защиту инвестиций и меньшую зависимость от конкретного производителя, гарантирующую возможность использования на сети оборудования любого производителя. Конечным пользователям оно обещает снижение стоимости подключения и абонентской платой за услуги, а доступность услуг для частных абонентов без сомнения приведет к росту количества пользователей.
В июле 2005 г. состоялось открытие тестовой лаборатории WiMAX стандартов Cetecom в Испании. Только пройдя двухступенчатое тестирование — как на соответствия требованиям стандарта, так и на совместимость с несколькими продуктами других производителей, оборудование получит сертификат, позволяющий ставить на изделия клеймо WiMAX.
В то же время, широкий спектр задач, обозначенных форумом WiMAX, а также его постоянное и динамичное развитие сразу в нескольких направлениях отодвигает момент реализации стандарта производителями. Поэтому предполагается разумным для операторов и корпораций осуществлять планирование своих сетей таким образом, чтоб решать насущные задачи и/или получать прибыль уже сейчас и за счет такого оборудования, которое уже проверено множеством инсталляций и позволит обеспечить легкий переход на WiMAX по мере его готовности (так называемые «пре-WiMAX»-продукты). Также, следует иметь в виду, что специфицированный форумом перечень обязательных и опциональных функций не покрывает всех возможностей, реализованных различными производителями. Может случиться, что именно специфичные функции какого-либо оборудования позволят оптимально решить задачу построения конкретной сети. С этой целью некоторые производители предлагают вариант оборудования, в котором в пределах одного шасси обеспечивается поддержка как WiMAX, так и не-WiMAX базовых станций (т.е. их сосуществование). При этом, соответственно, создаются WiMAX и не-WiMAX секторы (они могут перекрываться) с размещением в них терминалов соответствующих типов. (Примером может служить система symmetry компании SR Telecom, которая, помимо стандартизованной в WiMAX передачи голоса по технологии VoIP, предлагает уникальную услугу — высококачественную передачу голоса в полосе, отделенной от полосы передачи данных). В таком случае пользователям будет предоставлена возможность выбора в приобретении между стандартизованым терминалом и более функциональным.