Лабораторная работа № 1 изучение системы беспроводной связи c фиксированным доступом airspan

1. Цель работы

Изучить систему беспроводной связи с фиксированным доступом Airspan.

2. Задание

1. Ознакомится с сиcтемой Airspan.

2. Ознакомится с радиоинтерфейсом сиcтемы Airspan.

3. Изучить принципы расширения сети Airspan.

3. Краткая теория

Система Airspan была разработана корпорацией DSC как система беспроводной связи с фиксированным доступом (wireless fixed access) специально для обслуживания стационарных абонентов. Данная система способна обеспечить пользователей всеми теми услугами, что и абонентов PSTN, и рядом услуг, предоставляемых абонентам ISDN.

По замыслу корпорации DSC, система Airspan может быть эффективно использована в следующих ситуациях:

• при обеспечении услугами связи районов, не охваченных стационарной телефонной сетью общего пользования;

• при расширении спектра услуг в области связи в районах с достаточно развитой инфраструктурой телекоммуникаций;

• при развертывании частных сетей связи с возможностью передачи высокоскоростных потоков данных .

Следует особо отметить, что система Airspan принципиально отличается от систем беспроводной связи, действующих на основе стандартов мобильной сотовой связи (например IS-95), именно тем, что создана для обслуживания стационарных абонентов.

Основные характеристики системы Airspan представлены в табл. 1.

Приведем несколько типовых параметров, относящихся к оборудованию системы Airspan (рис.1).

Мощность передатчиков базовых станций и абонентских терминалов системы составляет 21 дБмВт (диапазон 2.2 ГГц) плюс запас на замирания 4...10дБ.

Таб. 1.

Рис.1. Архитектура системы Airspan.

Радиус зоны охвата одной базовой станции (радиус соты), как правило, лежит в пределах:

• 8... 15 км в сельской местности;

• 5...8 км в пригородах;

• 3...5 км в городах.

Антенны базовых станций могут быть:

• всенаправленными (односекторные соты) - такая антенна имеет коэффициент направленного действия около 9 дБ;

• с шириной диаграммы направленности 120° (трехсекторные соты);

• с шириной диаграммы направленности 65° (шестисекторные соты). Антенны абонентских станций имеют коэффициент направленного действия от 10 до 17 дБ, ширину диаграммы направленности в горизонтальной плоскости ±8°, в вертикальной плоскости ±15°.

Аппаратный ресурс системы Airspan можно изменять в широких пределах в зависимости от предполагаемой нагрузки на сеть связи.

Радиоинтерфейс системы Airspan

Система Airspan - это система с частотно-кодовым разделением (FDMA/CDMA) частотно-временного ресурса, причем перенесение сигналов в каналах на адресные поднесущие осуществляют методом прямого расширения спектра частот (DS-CDMA) в 2 этапа (рис. 2).

На первом этапе для расширения спектра используют шумоподобные БФМ-последовательности (PN), на втором - БФМ-последовательности из ансамбля ортогональных функций Радемахера-Уолша (RW). Каждая из адресных последовательностей "окрашивает" сигнал и, таким образом, позволяет эффективно разделять сигналы разных каналов при приеме.

Рис. 2. Расширение спектра частот сигнала в системе Airspan.

Радиоинтерфейс системы Airspan предусматривает два альтернативных варианта распределения каналов между абонентами: статическое и динамическое. При этом принцип организации каналов остается одинаковым в обоих случаях (рис. 3).

Как видно из рис. 3, все радиодиапазоны прямого и обратного каналов (стволов) разделены на 12 частотных каналов шириной 3.5 МГц каждый. Эти каналы объединены в 3 частотные группы (по 4 канала в группе). Таким образом происходит разделение частотного ресурса между каналами. Минимальная конфигурация системы предусматривает использование до четырех частотных каналов в прямом и в обратном стволах.

Обратный

канал связи

Прямой канал связи

Рис.3. Организация рабочих каналов в системе Airspan.

В свою очередь, в каждом из частотных каналов шириной по 3.5 МГц с помощью кодовых последовательностей на основе функций Радемахера-Уолша организуют 15 кодовых каналов. Собственно, по этим полученным в результате кодового разделения каналам и передают информацию пользователей и команды управления. Скорость передачи информации по каждому из FD/CDMA-каналов составляет 160 кбит/с.

Таким образом, в пределах полосы частот 3.5 МГц можно передавать информацию с общей скоростью 15x160 кбит/с. Спектральная эффективность системы в этом случае составляет

Рассмотрим подробнее статический и динамический способы распределения каналов в системе.

Статическое распределение каналов.

При статическом распределении каналов за каждым абонентом постоянно закреплен определенный FD/CDMA-канал. При этом каждый из каналов рассчитан на передачу информации абонента в формате ISDN со скоростью 144 кбит/с и служебной информации управления со скоростью 16 кбит/с.

При телефонных переговорах речь абонентов передают с помощью импульсно-кодовой модуляции со скоростью 64 кбит/с, сохраняя скорость передачи информации управления равной 16 кбит/с. В паузах речи скорость передачи автоматически уменьшают до 10 кбит/с. снижая тем самым уровень взаимных помех в данном частотном канале.

Т

Рис.3. Организация рабочих каналов в системе Airspan.

аким образом, при статическом распределении в каждом FD/CDMA-канале системы Airspan возможна либо передача данных в формате ISDN со скоростью 144 кбит/с, либо организация двух телефонных каналов со скоростью передачи 64 кбит/с в каждом (рис.4).

Рис.4. Режимы передачи информации при статическом распределении каналов.

Суммарно в статическом режиме на базе одной частотной группы из четырех FDMA-каналов система Airspan позволяет организовать либо 60 каналов ISDN, либо 120 телефонных каналов.

Динамическое распределение каналов.

При динамическом распределении канал трафика закрепляют не за абонентом, а за вызовом. Это позволяет увеличить трафик системы и её пропускную способность при заданном качестве связи (вероятности блокировки вызова).

При динамическом распределении из 15 FD/CDMA-каналов, сосредоточенных в пределах полосы 3.5 МГц, как правило, 10... 13 каналов отводят на передачу трафика (каналы трафика - Traffic Channels (TCH)), a 2 канала выделяют для передачи служебной информации (канал управления и обслуживания - Operation And Maintenance Channel (OAM) и канал управления вызовами - Call Control Channel (CQ). До трех каналов трафика может быть выделено для обслуживания вызовов с приоритетами. Вероятность блокировки таких вызовов существенно ниже, а скорость соединения выше.

При динамическом распределении каналов в системе Airspan возможна передача сообщений по каналам трафика со скоростями 144, 64 или 32 кбит/с в зависимости от вида передаваемых сообщений. Потоки со скоростью 144 кбит/с используют при передаче данных в формате ISDN, со скоростью 64 кбит/с - при кодировании речи с помощью импульсно-кодовой модуляции, а со скоростью 32 кбит/с - при кодировании речи с помощью адаптивной дифференциальной импульсно-кодовой модуляции. Скорость потока служебной информации, которую передают по каналам трафика совместно с информацией абонентов, как и в случае статического распределения, составляет 16 кбит/с.

Таким образом, в одном FD/CDMA-канале можно организовать либо 1 полноскоростной канал трафика (144 кбит/с), либо 2 канала трафика с половинной скоростью (2x64 кбит/с), либо 4 канала трафика со скоростью, в 4 раза меньше максимальной (4x32 кбит/с) (рис. 5).

Абонентам, подключенным к сети Airspan, в зависимости от их приоритета и потребности в той или иной услуге предоставляют каналы трафика с различной скоростью передачи информации. При этом алгоритмы, заложенные в основу функционирования сети, обеспечивают заданное качество обслуживания:

• вероятность блокировки вызова не более 1%;

• уровень взаимных помех не выше порогового уровня.

Рис.5. Режимы передачи информации при динамическом распределении каналов.

Очевидно, что использование каналов с различными скоростями передачи ставит вопрос об их совместимости. Для того чтобы устранить взаимные помехи между каналами с разными скоростями, необходимо правильно выбрать для них расширяющие кодовые последовательности.

В системе Airspan данная задача решена с помощью функций Радемахера-Уолша. При формировании каждого FD/CDMA-канала используют 2 кода Радемахера-Уолша:

• главный код (master RW code) - для организации полноскоростного канала (160 кбит/с);

• дополнительный код (second level RW code) -для организации каналов со скоростями 80 кбит/с (2 канала) или 40 кбит/с (4 канала) на основе сформированного ранее полноскоростного канала.

В итоге и полноскоростные (160 кбит/с) и комбинированные (2x80 кбит/с или 4x40 кбит/с) каналы занимают один диапазон частот, имеют одинаковые спектральные плотности мощности, и не создают при этом друг другу взаимных помех выше заданного уровня.

Для установления соединения между базовой станцией и абонентским терминалом в системе Airspan используется канал управления вызовами (Call Control Channel (CQ). Базовая станция непрерывно тестирует все абонентские станции, расположенные в зоне её обслуживания, и передает по каналу СС информацию о свободных каналах трафика (ТСН) и их параметрах (144, 64 или 32 кбит/с).

Абонентские станции, принимая информацию по СС-каналу, отслеживают свободные каналы ТСН и постоянно готовы к быстрому установлению соединения. При прохождении вызова от стационарного пользователя абонентская станция производит запрос о предоставлении ей одного из свободных каналов ТСН определенного типа (144, 64 или 32 кбит/с). Базовая станция получает запрос и в зависимости от нагрузки на сеть посылает абонентской станции команду занять тот или иной канал ТСН.

Общий трафик в системе задает оператор сети беспроводной связи (рис.1). Можно изменять следующие параметры работы системы Airspan:

• минимальное/максимальное количество каналов трафика;

• количество каналов управления вызовами;

• тип протокола доступа к сети;

• степень помехоустойчивости передачи (вероятность ошибки);

• вероятность блокировки вызова;

• количество каналов для обслуживания вызовов с приоритетом.