oldi

Последняя миля средствами Wireless Local Loop

Андрей Фильчаков

Cистемы абонентского доступа

   Узкополосные системы

   Системы W-CDMA

   Широкополосные системы

Преимущества WLL

   Классификация систем WLL

Построение радиосети

Оборудование и производители

Провайдеры и операторы

Перспективы развития WLL

 

Сегодня благодаря значительному росту ИТ простая телефонная служба уже не удовлетворяет конечных пользователей — им необходима технология одновременной передачи данных и быстрый доступ в Интернет. Однако с этими задачами узкополосные аналоговые системы уже не справляются…

Появление новых ИТ-технологий и значительное повышение их производительности привело не только к бурному развитию новых информационных систем, но и к расширению функциональности и спектра предоставляемых услуг уже существующих сетей связи. Неизвестные ранее, но перспективные технологии становятся необходимыми атрибутами современных телекоммуникаций, однако без соответствующей инфраструктуры связи они могут навсегда остаться лишь проектами.

Как известно, основание современной инфраструктуры телекоммуникаций образуют волоконно-оптические и другие наземные цифровые системы передачи и коммутации, а также спутниковые системы связи. Все современные телекоммуникационные сети оптимизируются и перестраиваются согласно двухуровневой иерархии: магистральные транспортные сети и сети доступа.

Такое устройство гораздо экономичнее и удобнее для построения открытых систем и доставки интегрированных услуг: общая технология и единый поток информации объединяют оба уровня. Однако не стоит забывать, что при строительстве сети большая часть всей стоимости приходится на ее нижнее звено, а именно — на местную сеть, то есть на сеть доступа. Причем последний ее отрезок, так называемая последняя миля, может оказаться гораздо дороже остальных сотен и тысяч миль. Построить этот ключевой отрезок сети бывает чрезвычайно трудно, и для решения этой проблемы сегодня на рынке представлен целый ряд технологий. Кроме традиционных проводных технологий для передачи информации используются, в частности, беспроводные системы абонентского доступа.

Еще несколько лет назад организация абонентского доступа, что называется, «по воздуху» могла показаться сетевому оператору полным бредом, однако уже сегодня большинству из них вполне очевидны преимущества, предоставляемые технологией радиодоступа. Новичкам технология беспроводного доступа позволяет в кратчайшие сроки и с наименьшими затратам внедриться на рынок услуг связи, а традиционным операторам — увеличить число абонентов и перечень предоставляемых услуг, что, как правило, положительно сказывается на прибыли.

С учетом отставания России, и особенно отдаленных ее регионов, от западных стран по распространенности сетевой инфраструктуры концепция беспроводного доступа явилась для нас привлекательным решением и получила широкое распространение.

Cистемы абонентского доступа

Существует две группы технологий абонентского доступа, предназначенных для решения проблемы последней мили, — проводные и беспроводные решения.

Из проводных следует назвать технологии, позволяющие организовать даже на основе существующих медных кабельных линий высокоскоростные цифровые абонентские линии. К ним относятся HDSL (High-bit-rate Digital Subscriber Line), ADSL (Asymmetrical DSL) и SDSL (Symmetrical DSL). С помощью этих технологий можно передавать данные на скорости от 2 до 8 Мбит/с по стандартному медному кабелю. Системы передачи на оптоволоконном или коаксиальном кабеле сегодня обеспечивают передачу данных со скоростью до 1 Гбит/с. В случае если сеть доступа представляет собой ЛВС, возможно применение привычных проводных сетевых технологий.

В последнее время беспроводные технологии организации абонентского доступа (Wireless Local Loop, WLL) становятся все более популярными. Для передачи данных здесь используется инфракрасное и световое излучение или радиосигнал. В целях организации сети распределения наиболее часто применяют беспроводные магистрали на основе использования каналов спутниковой связи, лазерной или узконаправленной инфракрасной связи, узкополосной и широкополосной радиорелейной связи.

Для решения разного рода задач операторы могут использовать различные технологии: узкополосные системы могут оказаться особенно эффективными в пригородных зонах и сельской местности, а для альтернативных операторов — и в городских условиях; радиодоступ может быть высокоэффективным для предоставления широкополосных услуг.

В начало В начало

Узкополосные системы

В основном такие системы предназначены для передачи речи. Эти средства представлены фиксированными радиотерминалами для использования в сетях сотовой связи. Такие системы не приспособлены для высокоскоростной передачи данных из-за используемых алгоритмов компрессии речи и применяются для абонентов жилого сектора, таксофонных услуг и др.

Системы высококачественных услуг беспроводного доступа

Эти системы построены с использованием стандартов беспроводной телефонии. Системы фиксированного радиодоступа имеют более высокое качество передачи речи, нежели узкополосные системы (используется кодирование АДИКМ 32 Кбит/с), и способны обеспечивать факсимильную и модемную связь.

В начало В начало

Системы W-CDMA

Данные системы обеспечивают прежде всего цифровые каналы с пропускной способностью 64...144 Кбит/с. Они занимают промежуточное положение между узкополосными приложениями, ориентированными на голос, и широкополосными, ориентированными на корпоративные приложения и транспорт агрегатных потоков.

В начало В начало

Широкополосные системы

Эти системы работают в нескольких диапазонах частот — от 2,4 до 28 ГГц. Они обеспечивают передачу высокоскоростных потоков данных корпоративным пользователям, передают цифровые потоки n*Е1 к оконечным устройствам (мультиплексорам, УАТС, базовым радиоблокам сотовых сетей мобильной и фиксированной связи и т.д.).

В беспроводных радиосистемах для сети доступа используются такие способы разделения каналов, как TDMA (Time Division Multiple Access), E-TDMA (Extended TDMA), FDMA (Frequency Division Multiple Access), CDMA (Code Division Multiple Access), W-CDMA (Wideband), а также их модификации.

В начало В начало

Преимущества WLL

Постоянно возрастающие требования, предъявляемые компаниями к емкости и качеству систем связи, побуждают операторов и провайдеров искать новые способы организации сетей связи передачи данных, чтобы расширить спектр и повысить качество предлагаемых услуг. Поэтому беспроводные WLL-системы пользуются все большей популярностью: в тех районах, где прокладка кабеля затруднена, нерентабельна или вовсе невозможна (труднодоступные районы, сельская местность, пригородные зоны), они обладают значительными бесспорными преимуществами.

Поскольку кабели имеют свойство быстро физически изнашиваться, а качество и номенклатура проводного доступа далеко не всегда соответствуют ожиданиям, проблема организации абонентской сети (последней мили) уже давно стала головной болью многих операторов. Сети Wireless Local Loop свободны от многих перечисленных недостатков и имеют следующие преимущества:

  • низкая стоимость оборудования, малый срок окупаемости системы (около четырех лет) и в несколько раз более низкая стоимость десятилетнего жизненного цикла. При использовании беспроводной технологии основные затраты приходятся на оборудование, цены на которое неуклонно падают. Уже сегодня в ряде случаев радиодоступ является выгодной альтернативой проводному решению. Стоимость системы WLL, использующей радиоканалы, не зависит от длины кабеля, состояния грунтов, наличия водных поверхностей и заболоченных участков в пределах зоны обслуживания. К тому же абонентская сеть, построенная на медном или волоконно-оптическом кабеле, представляет собой довольно громоздкое хозяйство, требующее, как правило, длительного поэтапного внедрения и значительных капитальных затрат;
  • простота и гибкость при расширении сети. Возможность сравнительно легкой трансформации в сеть мобильной связи;
  • простота и быстрота наращивания. Для подключения к системе нового абонента достаточно обеспечить его абонентским устройством. При росте системы ее можно легко расширить дополнительными абонентскими модулями и оборудованием базовых станций;
  • высокая скорость ввода в эксплуатацию и значительно меньшая трудоемкость работ по подключению. WLL позволяют в короткие сроки развернуть систему большой абонентской емкости, с ежедневным подключением десятков и сотен абонентских устройств. Это, во-первых, имеет большое значение для операторов связи в условиях жесткой конкуренции на рынке телекоммуникационных услуг, когда важно опередить возможных конкурентов и как можно быстрее получить отдачу от вложенных средств. А во-вторых, обеспечивает простоту и удобство (а следовательно, и низкие затраты) проведения монтажных работ;
  • отсутствие ограничений по рельефу местности. Передача сигнала обеспечивается независимо от рельефа местности благодаря возможности размещения БС на господствующих высотах и/или использованию ретрансляторов;
  • гибкая политика инвестирования создаваемой сети. Проводная инфраструктура требует крупномасштабных инвестиций, которые существенно опережают прогнозируемые потребности в количестве абонентских линий и не всегда оказываются оправданными, тогда как беспроводная технология допускает пошаговое инвестирование мелкими долями, что позволяет более точно отслеживать прогнозируемые потребности. Невысокий процент использования каждой абонентской пары на местных сетях делает неэффективными и малопривлекательными для инвесторов крупные капиталовложения и снижает окупаемость кабельных систем. Любое расширение сети требует очень больших инженерных работ на кабельных трассах, а прокладка и организация линий связи становится сложной проблемой, особенно в старых городах, и требует повышенных капитальных затрат в сельской местности;
  • высокая надежность. Количество отказов WLL составляет не более 6-10% от числа отказов кабельной сети.

Принимая во внимание тот факт, что 90% населения России проживает на территориях со средней плотностью населения менее 80 человек на квадратный километр, строительство и эксплуатация систем WLL может оказаться более рентабельным делом, чем использование систем с проводным принципом доступа.

В начало В начало

Классификация систем WLL

В настоящее время к WLL относят два типа систем: с фиксированным доступом (стационарные) и с ограниченной степенью мобильности (средняя скорость пешехода). Сегодня на рынке появилось много систем абонентского радиодоступа, принципиально отличающихся друг от друга архитектурой, техническими параметрами и, главное, типами решаемых задач. Стандартной классификации систем WLL не существует, однако систематизировать существующие решения по основным характеристикам сегодня уже возможно (табл. 1).

В начало В начало

Построение радиосети

Наиболее сложным этапом в построении беспроводной сети является строительство инфраструктуры сети и ее проектирование. Обычно решением этой задачи занимается поставщик оборудования или специализированная компания. Конфигурация сети зависит от топографии, производительности сети и цены, которую готов заплатить покупатель, от ограничений, накладываемых окружающей средой и различными регулирующими организациями, от определенной стратегии оператора и т.д.

Часто оператор не может заранее указать точное местоположение каждого конкретного абонента, а только ориентировочный район расположения групп пользователей. После создания проекта оператор выполняет поставку абонентских устройств и производит монтаж оборудования для каждого пользователя сам — без привлечения проектировщика.

Следует отметить, что сотовая реализация беспроводных систем, особенно при перекрытии сот, нуждается в тщательном планировании частот, от которого во многом зависит емкость системы. Технология DSSS использует встроенные средства распределения частот. При применении технологии FHSS для предотвращения интерференции сигналов соседних сот необходимо динамическое управление частотами; оно должно повышать эффективность использования частотного спектра и емкость системы.

В начало В начало

Оборудование и производители

На сегодня существует три основных подхода к построению систем беспроводного абонентского доступа:

  1. Системы на базе технологий и стандартов сотовой подвижной связи. Данная категория систем характеризуется довольно высокой емкостью сот и большой дальностью связи между базовыми станциями и пользовательскими терминалами. Дальность связи (для конкретной БС) в зависимости от многих факторов (от рельефа местности, параметров антенн, способа передачи, диапазона частот и т.д.) может достигать десятков километров. С учетом того, что данные системы работают на частотах сетей подвижной связи стандартов NMT-450, AMPS, D-AMPS или GSM, можно считать, что с коммерческой точки зрения они перспективны для уже действующих операторов сотовых сетей и малоперспективны для начинающих операторов вследствие конкуренции со стороны действующих операторов, дефицита частот и др.
  2. Системы на базе стандартов бесшнуровой телефонии. Системы стандартов бесшнуровой телефонии (CT-2, DECT) обеспечивают относительно небольшие радиусы сот (0,2-5 км). По сравнению с системами сотовой подвижной связи, их маломощные и менее громоздкие базовые станции проще и дешевле устанавливать. Эти системы не требуют частотного планирования, что значительно упрощает их инсталляцию. Системы стандартов CT-2 и DECT обеспечивают более высокое качество речи и большую скорость передачи данных по сравнению с системами на базе сотовых стандартов. Для связи базовой станции с контроллером системы могут использоваться проводные и беспроводные каналы, например радиорелейные и космической связи. При этом обеспечивается возможность выноса базовых станций (например, в пригороды, микрорайоны, отдельные населенные пункты и т.д.) на удаление до 50 км и более. Выбор физической среды передачи информации остается за оператором.
  3. Фирменные системы. Системы этой категории настолько сильно отличаются друг от друга своими базовыми радиотехнологиями, параметрами и возможностями, что дать им общую характеристику невозможно. Для удобства разделим их на две группы: узкополосные и широкополосные. Узкополосные системы схожи с системами WLL на базе технологий и стандартов сотовой связи. Они обеспечивают довольно большую дальность радиосвязи и невысокую скорость передачи данных. Широкополосные системы обладают весьма большой скоростью передачи данных (до 144 Кбит/с) и высокой помехозащищенностью, но их максимальные радиусы зон обслуживания БС несколько меньше, чем у узкополосных систем. Большим достоинством таких систем является возможность работы в частотном диапазоне, уже занятом другими радиосредствами, например сотовыми системами связи. Одним из наиболее важных этапов проектирования систем WLL является определение необходимого числа радиоканалов в зависимости от числа обслуживаемых абонентов и характеристик системы связи с точки зрения интенсивности создаваемой нагрузки и вероятности отказов (потерь). Большинство фирм, предлагающих свои системы, ориентируются на нагрузку, создаваемую одним абонентом, в пределах 0,05-0,1 Эрл с вероятностью отказа 1%.

В случае организации радиолинии между точкой доступа и абонентами в зоне радиовидимости базовой станции располагаются мобильные терминальные устройства пользователей или абонентские блоки, образующие одну ячейку. Если охватить всех абонентов с помощью одной базовой станции невозможно, то используют многосотовый принцип.

Когда сеть доступа реализована в виде радиолиний, то она обычно имеет одно- или двухчастотную структуру. В первом случае используется одна полоса частот для передачи пакетов к базовой станции и от нее, но эта структура имеет ряд существенных недостатков, ограничивающих ее применение в сетях с большим количеством абонентов. Другим вариантом является двухчастотная структура: на одной из частот реализуется канал множественного доступа, где все абоненты осуществляют передачу на базовую станцию, а на другой — прием с базовой станции, откуда абоненты принимают пакеты.

Основные параметры систем WLL и компании, производящие эти системы, представлены в табл. 2.

В начало В начало

Провайдеры и операторы

Еще несколько лет назад системы WLL занимали лишь небольшую нишу телекоммуникационного рынка, и, по прогнозам аналитиков, масштабы их использования при установке новых линий связи должны были быть равны примерно 5%. Но уже сегодня системы беспроводного доступа используются чрезвычайно широко, их доля составляет примерно 20% от вновь установленных линий и продолжает расти. Однако для того, чтобы привлечь клиентов, провайдерам беспроводного доступа необходимо доказать свое превосходство над действующими операторами, причем цена не является единственным критерием.

Сегодня наблюдается тенденция к интеграции, то есть провайдеры услуг предлагают подключение к Интернету, связь на большие расстояния и другие услуги на базе уже существующей инфраструктуры действующих операторов.

В зависимости от типа предлагаемых услуг и операционных требований, общие требования операторов к технологии можно разделить на несколько категорий:

  • развитая радиотехнология;
  • эффективное и гибкое использование спектра;
  • простое планирование частоты;
  • простота установки;
  • обеспечение большой емкости при разнообразных сценариях.
В начало В начало

Перспективы развития WLL

В целом прогнозы аналитиков и специалистов в отношении развития систем на основе беспроводного доступа положительные. Например, менеджер компании Motorola NSS по глобальной стратегии развития сетей абонентского радиодоступа Уильям Уэбб (William Webb), полон оптимизма: «Прогнозы, сделанные в последний год, выглядят достаточно реалистичными. Предсказывается, что в среднем число линий WLL достигнет к 2004 году примерно 50 млн. Наш собственный прогноз очень близок к этому».

КомпьютерПресс 12'2001