Нефть и песок О стали Компрессор - подбор и ошибки Из истории стандартизации резьб Соперник ксерокса - гектограф Новые технологии производства стали Экспорт проволоки из России Прогрессивная технологическая оснастка Цитадель сварки с полувековой историей Упрочнение пружин Способы обогрева Назначение, структура, характеристики анализаторов Промышленные пылесосы Штампованные гайки из пружинной стали Консервация САУ Стандарты и качество Технология производства Водород Выбор материала для крепежных деталей Токарный резец в миниатюре Производство проволоки Адгезия резины к металлокорду Электролитическое фосфатирование проволоки Восстановление корпусных деталей двигателей Новая бескислотная технология производства проката Синие кристаллы Автоклав Нормирование шумов связи Газосварочный аппарат для тугоплавких припоев
Главная страница / Архитектура отрасли

БОЛЬШАЯ СЕМЬЯ WLL: РЕМИКС, ПЕРЕХОДЯЩИЙ В СИКВЕЛ

Часть 1. Микросотовые телефонные системы

Создание инфраструктуры связи во многих странах назрело давно, но не может осуществиться в одночасье по ряду известных объективных и субъективных причин. Кроме того, несмотря на выдающиеся достижения телекоммуникационных технологий по доставке всевозможных информационных потоков, степень развития национальной отрасли связи связывается, прежде всего, с наличием у населения хотя бы «обыкновенных» телефонов, подключенных хотя бы «обыкновенными» проводами. Последних часто не хватает, как, впрочем, и денег на их прокладку,

и многого другого. Вот тут и приходят на помощь беспроводные системы связи, причем теперь уже далеко не одной только телефонной, потому как эпоха цифровой связи сделала телекоммуникации поистине «всеядными».

И совсем скоро они обещают захватить весь мир.

В мае 1998 года в нашем журнале был опубликован обзор «Большая семья WLL», вызвавший определенный интерес, однако с момента той публикации, по меркам современной связи, «утекло слишком много воды», и упомянутая

«семья» успела обзавестись новыми членами. Поэтому было решено вернуться к ней, дабы «расширить и углубить» представление о современных системах беспроводной (фиксированной) связи. На языке кинематографистов – создать «ремикс, переходящий в сиквел».

Приглашение к разговору

Итак, возвращаясь к упомянутой теме, лишний раз убеждаешься в том, что, как сказал небезызвестный Козьма Прутков, «нельзя объять необъятное». Конечно, вряд ли он имел в виду системы беспроводного доступа, но... как в воду глядел. Понятное дело, классик...

Сейчас, в середине 2002, эта тема стала еще объемней, и, честно говоря, подчас весьма трудно получить чувство глубокого удовлетворения при попытке разобраться в том, что говорилось в последние годы об этом в различных изданиях. Что уж говорить о неискушенных потребителях, которые порой путают «и имя и названье» (что, впрочем, случается и с нами, людьми, которые пишут об этом), но вынуждены развертывать системы связи, ибо такая уж у них судьба.

Им, скромным труженикам эфира, и адресована настоящая статья. В ней мы постараемся проследить основные вехи развития и становления систем беспроводного доступа, классифицировать их по сферам применения и даже коснемся используемых там технологий, дадим некоторые невредные советы по их развертыванию. Наша цель – не составление всеобъемлющего справочника, который конкретному потребителю, собственно, и не нужен, а лишь попытка дать возможность потенциальным потребителям самим ориентироваться в упомянутой «семье».

Конечно, до всех существующих в мире систем WLL у нас не дойдут руки (как не хватит и бумаги), так что каждый разбирающийся в этом деле радист/телефонист/интернетчик без труда вспомнит что-нибудь такое, о чем мы не написали, и ему будет приятно.

Следует отметить, что в настоящее время системы радиосвязи менее стандартизованы, чем применяемые в них севляются уникальным частным «внутрифирменным» решением конкретного разработчика, которому удалось их продвинуть на рынок (за рубежом подобные решения называют proprietary). Хотя, конечно, в основу большинства систем положены общие принципы модуляции и передачи радиосигналов. Для классификации таких систем более целесообразно использовать характеристики сетевого оборудования и предоставляемых пользователям услуг, чем технологии радиодоступа. Поэтому не будем погружаться в последние слишком глубоко, хотя их роль в создании технологий массового доступа нельзя не отметить.

Итак, системы WLL можно подразделить на аналоговые и цифровые; микросотовые, зоновые, сельские (это наш термин, обычно их называют общим термином point-to-multipoint – «точка – много точек») и сотовые; узкополосные и широкополосные; для передачи телефонии, данных, ТВ-вещания или мультисервисные; узкополосные и широкополосные (и даже сверхширокополосные); предоставляющие фиксированную связь или ограниченно мобильную, и т. д.

А еще сертифицированные и несертифицированные в России, что, согласитесь, немаловажно для каждого оператора.

Теперь будем разбираться непосредственно с «семьей». Начнем с простейших телефонных систем.

Рождение микросотовых

систем

Конечно, все началось с телефонии. Самый простой стандарт СТ1, именуемый в некоторых странах СТ0, явился в позапрошлом десятилетии первой попыткой внедрения технологии беспроводной связи с использованием обычных аналоговых бесшнуровых телефонных аппаратов с двумя радиоканалами (прием/передача). Фактически это были домашние бесшнуровые телефоны, имеющие базовую станцию и источник питания. Связь от СТ1 была ненадежной, с невысокими качеством передачи и дальностью действия, в ней отсутствовала защита от прослушивания. Но потребители с большим интересом отнеслись даже к такой бесшнуровой связи, что и предопределило успех всего предприятия.

Затем появился цифровой стандарт СТ2 (оговоримся сразу, что аналоговых систем мы подробно рассматривать не будем, ибо они давно морально устарели). Первоначально был предложен целый ряд патентованных систем СТ2, но, поскольку сфера сбыта такого оборудования развивалась быстрее, чем технология, возникла необходимость выработки стандартного

радиоинтерфейса для стыковки оборудования различных производителей. С этой целью британские производители и операторы разработали общий стык по эфиру CAI (Common Air Interface) – CT2/CAI, утвержденный департаментом торговли и промышленности Великобритании в качестве стандарта МРТ 1375 в 1989 году. Эта идея была подхвачена в других странах и была представлена в виде создания службы Telepoint, основанной на данном стандарте. Европейский институт стандартов электросвязи (ETSI) принял CT2/CAI в качестве европейского стандарта в 1992 году.

Радиотелефоны, реализованные в стандарте CT2/CAI, используются также с бесшнуровыми учрежденческими АТС.

Для стандарта СТ2 выделен диапазон частот 864,1 – 868,1 МГц, в котолосы по 100 кГц каждый. Система Telepoint на основе данного стандарта стала первой массовой действующей системой, в которой телефонный разговор происходит в дуплексном режиме, т. е. абонентский терминал и базовая станция ведут прием и передачу по одному каналу, используя метод TDD (Time Division Duplex) или временное уплотнение цифровых потоков в обоих направлениях (скорость передачи информации в канале – 72 Кбит/с). Для этого производится цифровое кодирование речи со скоростью

32 Кбит/с (полная технология доступа – FDMA/TDD). Автоматическое адаптивное распределение свободных радиоканалов на телефонные вызовы осуществляется специальной системой сканирования.

Telepoint – нетрадиционная система WLL. Она состоит из множества разрозненных систем WLL, включенных в телефонную сеть общего пользования (ТфОП), которая используется как транспортная сеть. Находить вызываемого абонента и устанавливать с ним соединение позволяет специальное сетевое оборудование. Всем абонентам была обеспечена ограниченная мобильность в зоне действия каждой базовой станции (БС), в которой они в данный момент зарегистрировались. Заметим попутно, что такую возможность получают пользователи многих систем связи, абонентские терминалы которых способны работать с ненаправленной антенной.

Именно в этих системах впервые была реализована микросотовая структура с радиусом действия БС 300...600 м. БС одновременно может обслуживать несколько (обычно от 2 до 8) телефонных вызовов. Цель системы Telepoint – предложение относительно дешевой разновидности радиотелефонной связи, поэтому возможность переключения телефонных вызовов от соты к соте (так называемый handover) не предусматривалась. Система рассчитана на пешеходов, и БС устанавливаются в любом публичном месте: в универмагах, на станциях метро, в пешеходных зонах и т. п.

Первоначально служба Telepoint позволяла посылать с радиотелефона только исходящие вызовы, что значительно снижало стоимость оборудования. Однако жизнь потребовала наличия у абонентов возможности принимать и входящие вызовы. Первым двустороннюю связь освоил французский консорциум Dassault Automatismes et Telecommunications, оснастивший своим оборудованием (320 базовых станций) опытную сеть в Страсбурге. Ее коммерческая эксплуатация началась в 1992 году. Через год аналогичная сеть, названная Bi-Bop, стала функционировать в Париже. В самом городе и пригородах было установлено около 5 тыс. базовых станций. Телефонный аппарат

Bi-Bop весил менее 200 г, а система была защищена от несанкционированного доступа и пользования незарегистрированными аппаратами. Позднее компания France Telecom, оператор данной сети, начала распространять аналогичные услуги в крупных городах Франции. На 1992 год приходится начало активного роста интереса к сетям Telepoint. Разворачиваются сети в Нидерландах (Greenpoint), Финляндии (Pointel), Испании (Telefonica), Великобритании (Rabbit), Германии, Канаде, США, КНР, в странах Юго-Восточной Азии – Сингапуре, Таиланде, Гонкоество их клиентов достигает нескольких сотен тысяч. Ожидалось, что к 2000 году этот показатель достигнет нескольких миллионов.

Но этого не произошло ни в Париже, ни где-либо еще, хотя уже в 1994 году практически все основные производители систем Telepoint (Nortel, Motorola и др.) также заявили об освоении производства систем с возможностью принятия входящих вызовов. Оптимисты предсказывали переход к сетям СТ2 WLL значительной части клиентуры операторов сотовой связи (термином «сотовая связь» принято обозначать сети подвижной связи). Но путь развития СТ2 оказался не столь гладким и долгим. В ряде стран по разным причинам внедрение систем Telepoint не пошло дальше опытной эксплуатации. Интерес абонентов к ним неожиданно стал падать. Вначале это проявилось в Великобритании, где сеть Rabbit, ориентированная в основном на деловых абонентов, не выдержав серьезной конкуренции со стороны систем сотовой и персональной связи, прекратила оказание услуг в 1993 году, имея на тот момент 9 000 пользователей. Это был крупнейший удар по СТ2.

Тогда еще казалось, что если учесть ошибки в маркетинге и технологии (система еще не обеспечивала входящих вызовов) британских операторов СТ2, можно добиться успеха, однако сообщение о закрытии крупной сети СТ2 в Гонконге оператора Shevalier подтвердило неприятную для СТ2 тенденцию. Более всего ухудшило положение сетей СТ2 развертывание в Гонконге (в дополнение к существующим) сотовой сети, использующей технологию CDMA (оператор Hutchison).

Итак, сети СТ2 не выдержали

ценовой конкуренции с быстрорастущими цифровыми сотовыми сетями. Стоимость абонентских терминалов СТ2 сохранялась высокой, тогда как цены терминалов для подвижной связи стремительно снижались. Помимо этого одной из существенных причин падения интереса абонентов к СТ2 являлась недостаточная зона обслуживания, так как абоненты хотят иметь услуги радиотелефонии везде, а не только там, где это получилось у оператора (это, вероятно, следует иметь в виду будущим операторам сотовых сетей 3G). Собственно говоря, и емкость базовых станций СТ2 весьма невелика. Стоимость же сплошного покрытия обслуживаемой территории с помощью микросотовых систем оказалась непомерно высока даже для густонаселенного и компактного Гонконга (тоже на заметку операторам 3G).

Так к 1996 году мир несколько охладел к СТ2 в варианте Telepoint, что, впрочем, не помешало тогда же легализовать его в России приказом Минсвязи. Дополнительной лицензии на СТ2 не требуется, но разрешение Главгоссвязьнадзора обязательно.

Однако сейчас живы системы WLL традиционной для простейшей сотовой сети архитектуры, использующие радиоинтерфейс CT2/CAI. Типичный пример – сертифицированная в России система Tangara RD (производство SAT), контроллер которой обслуживает от 512 до 1000 абонентов. К нему может быть подключено несколько десятков базовых станций (36 шестиканальных, 54 четырехканальные или 108 двухканальных). Система обеспечивает передачу данных (16,8 Кбит/с) и факсимильных сообогичные системы выпускаются Dassault (Easynet) и Nortel (Proximity «L») и др.

На пути к совершенству

микросотовых сетей

Жизнь шла вперед, совершенствование систем беспроводной связи продолжалось. Очередная технология, разработанная компанией Ericsson в начале 90-х годов и получившая название СТЗ, предназначалась для учрежденческих станций бесшнуровой связи в офисах с большой плотностью пользователей. Эта технология, основанная на методе TDMA/TDD (многостанционный доступ с временным разделением каналов в комбинации с дуплексной связью по каждому каналу с временным разделением), обеспечивает работу в диапазоне частот 862 – 866 МГц, позволяет производить и принимать вызовы, а также предусматривает передачу управления при перемещении абонента от одной базовой станции к другой (handover) без разрыва соединения. В каждом из четырех радиоканалов (с шириной полосы по 1 МГц) за счет временного уплотнения одновременно передаются

8 разговорных каналов. Помимо

передачи сигналов обычной телефонии предусмотрена передача данных с общей скоростью до

640 Кбит/с путем объединения нескольких радиоканалов, что, конечно, несколько ухудшает другие характеристики системы (например, абонентскую емкость). Для обеспечения конфиденциальности связи передаваемая информация кодируется, что полезно.

Системы на основе СТ3 были развернуты в ряде стран, в том числе Швеции и Бразилии. Однако большие перспективы открылись перед другим стандартом, близким родственником СТ3 – DECT (дословно – «стандарт цифровой европейской беспроводной связи» (одобрен Европейской организацией администраций связи и почты – СЕРТ в 1988 году и утвержден в 1992-м ETSI). DECT был разработан, прежде всего, для применения в составе с

учрежденческими АТС (УАТС) в офисах с высокой плотностью расположения персонала и интенсивным трафиком.

Стандарт DECT кроме частотного разделения каналов использует технологию FDMA/TDMA/TDD, а системы на его основе способны обслуживать нагрузку до 10 000 эрл/км2, что позволяет эффективно их применять в качестве беспроводного окончания местных телефонных сетей.

Первой широко известной цифровой системой беспроводной связи на основе стандарта DECT стала система Freeset производства фирмы Ericsson. Она состоит из абонентских терминалов, базовых станций и контроллера, позволяет осуществлять как исходящие, так и входящие вызовы, передавать голосовые и факсимильные сообщения, данные, видеоинформацию, услуги сети с интеграцией служб (ISDN). Как уже отмечалось, главная ее особенность – значительная потенциальная абонентская емкость.

Базовая станция работает в диапазоне частот 1880–1900 МГц, в котором располагаются 10 радиоканалов с шириной полосы по 1,728 МГц. Каждый физический радиоканал содержит 12 логических разговорных каналов, разнесенных во времени (TDMA). Кодек речевого канала (модуляция ADPCM) имеет скорость передачи 32 Кбит/c. Передача данных может обеспечиваться со скоростью до 1,152 Мбит/с (на всю систе, с точки зрения скорости, так и несимметричная передача данных. Система способна обеспечивать одновременно до 120 речевых каналов (для других услуг могут быть другие комбинации). Одна базовая станция может одновременно обеспечивать прохождение разговоров от 12 абонентских терминалов.

Контроллер Freeset обеспечивает управление работой базовых станций, преобразует цифровые или аналоговые сигналы телефонии (64 Кбит/с) в сжатый поток 32 Кбит/c и направляет их к базовым станциям, а также интерфейс с сетью общего пользования (например, УАТС) с помощью цифровых потоков

со скоростью

2 Мбит/с. Один контроллер может работать с 80 базовыми станциями. Конфигурации системы могут быть различными, в зависимости от количества базовых станций и обслуживающих их контроллеров.

Средняя мощность передатчика базовой станции у большинства систем DECT составляет 10 мВт (пиковая – 250 мВт). Радиус действия зависит от типа помещения, рельефа местности и высоты подвеса антенны, т. е. варьируется от 10 м до 3,5 км, однако наиболее типичными являются показатели в интервале 25–250 м. Системы на базе DECT могут с успехом использоваться для обеспечения фиксированной связью небольших населенных пунктов, но тут необходимы другие мощности передающих устройств, что, в отличие от известных маломощных внутриофисных систем, потребует согласования с разрешающими органами. Да и микросотовой такую систему уже не назовешь.

Отличие стандартных микросотовых систем стандарта DECT от большинства других видов беспроводной связи – повышенный интеллект абонентского терминала, обеспечивающий непрерывное динамическое перераспределение каналов (Continuous Dynamic Channel Selection). Известно множество

видов портативных терминалов DECT, но существуют и устройства коллективного приема, в которые включаются обычные телефонные аппараты. Работая в сети, абонентский терминал непрерывно сканирует частотный и временной диапазоны и анализирует качество всех доступных каналов от различных базовых станций с точки зрения мощности принимаемого сигнала, коэффициента ошибок и т. д. Таким образом, абонентский терминал имеет перечень всех доступных в данный момент каналов, где все каналы разбиты на классы в зависимости от их качества. Поэтому абонентский терминал имеет возможность постоянно выбирать самый качественный канал связи, что, в свою очередь, позволяет обеспечивать плавную передачу управления от одной базовой станции к другой (тот самый

handover) без прерывания разговора. Задержка составляет до 200 нс. При этом не требуется частотного планирования ячеек, как в традиционных сотовых системах. Разработчики утверждают, что система способна обслуживать абонентов, перемещающихся со скоростью до 70 км/ч! Получается настоящая мобильная связь, но на небольшом «пятачке». Действительно, охватывать ею большие территории попросту нерентабельно (для этого, как известно, существуют другие системы).

Стандартом DECT предусмотрена надежная защита от несанкционированного доступа виоканала по специальному алгоритму и систему аутентификации абонентских терминалов. Это позволяет ввести для абонентов систему приоритетов на права доступа к различным услугам: телефонной связи, факсу, передачу данных, электронной почте, радиопейджингу и т. п.

Система Freeset, как, впрочем, и другие системы стандарта DECT, может использоваться в составе и других систем WLL. К ней и аналогичным системам были разработаны абонентские терминалы двойного назначения, работающие помимо стандарта DECT в стандарте GSM, что значительно расширяет спектр услуг для абонентов. Такой терминал, «почувствовав» рядом базовую станцию DECT, работает с ней, а «потеряв» ее, работает в стандарте GSM (900 или 1800). Системы DECT должны были стыковаться и с европейскими вариантами систем радиотелефонной сотовой связи следующего поколения (3G).

Но массовый выпуск подобной продукции, которая должна была «облегчить жизнь» сетям GSM в густонаселенных городах (улучшив покрытие в зданиях и приняв часть нагрузки на себя), тоже не случился. Как и в ситуации с СТ-2, сотовая связь легко выиграла соревнование у

беспроводной за счет

массовости и относительной дешевизны. Да

и терминалы GSM-900/1800/DECT получались сложнее и дороже, однако они отнюдь не «умерли». Просто не стали столь же массовыми, как сотовые телефоны, что в свое время предвещали прогнозисты.

Мы достаточно подробно описали продукцию компании Ericsson, потому что она была первой, к тому же принцип работы у всех остальных такой же. Сегодня на рынке есть много аналогичных продуктов. К примеру, есть система беспроводной учрежденческой связи Cordless от Ericsson на 210 «мобильных» абонентов. Она может подключаться к любой УАТС с использованием практически всех известных цифровых и аналоговых интерфейсов и заменить имеющуюся телефонную станцию, предоставляя помимо беспроводной связи обычную проводную. Типовые значения зоны обслуживания каждой базовой станции равны 30...50 м (до 300 м вне помещения). БС Cordless имеет две антенны. Их разнесение улучшает характеристики радиоканала. Система поддерживает до 60 базовых станций и 210 мобильных абонентов (в том числе DECT/GSM аппараты). Интерфейс между центральным модулем и базовой станцией состоит из двух соединений «2В+D» с оригинальным протоколом, которые могут быть выполнены стандартной неэкранированной витой парой. Таким образом, необходимы две витые пары. По тем же кабелям базовая станция может быть дистанционно «запитана» от центрального модуля. Расстояние между центральным модулем и базовой станцией может достигать 3,5 км.

Сейчас аналогичную продукцию производят практически все ведущие производители: Alcatel/Испания (A4400+DECT; А9600), Siemens (DECTlink), Lucent Technologies (SWING), TRT-Lucent Technologies/Франция (DRA1900), Ericsson (DCT18000), ECI Telecom (Coral Air), Kirk Telecom/Дания (KIRK DECT-z) и др.

Скорость передачи данных, поддерживаемая системами DECT, обычно составляет от 9,6 до 115,2 Кбит/с.

Производятся, конрадиоудлинителей на базе DECT. Но это уже другая история.

Существуют аналогичные системы и других (родственных) стандартов. В частности, в Японии фирмой NEC разработана цифровая система DCTS (диапазон рабочих частот 1895–1919,5 МГц, технология TDMA/TDD), обладающая техническими параметрами, немного уступающими DECT, но имеющая меньшую ширину полосы радиоканала, обеспечивающую более эффективное использование радиочастотного спектра (об этом пусть спорят разработчики). У нас DCTS «прописку» не получила.

К рассматриваемому типу систем WLL можно отнести и некоторые варианты других систем при работе с меньшими уровнями излучаемой мощности.

Но об этом в следующем номере журнала.

Продолжение следует

Главная страница / Архитектура отрасли