3.5. Основи побудови систем бездротового абонентського радіодоступу

Останнім часом в технічній літературі з'явився термін остання миля . Ним позначають

ділянку мережі зв'язку від телефонної станції до абонентських кінцевих пристроїв. Інше

позначення того ж поняття – мережа абонентського доступу. Обидва визначення беруть

свій початок від англійських виразів ( Last Mile і Access Network ). Інтерес до ділянки

останньої милі різко зріс у розвинених країнах в кінці минулого століття, коли, з одного

боку, стало зрозуміло, що послуги аналогової телефонії перестали задовольняти

користувачів, а з іншого боку, пройшла модернізація і цифрування магістральних мереж і

комутаційних станцій, що дозволила задовольнити потребу в нових послугах. Остання

миля стала в той момент шийкою пляшки , стримуючою стрімкий розвиток послуг

зв'язку.

Актуальність розвитку мереж безпровідного абонентського доступу пояснюється

декількома причинами. Зокрема тим, що традиційна абонентська мережа з використанням

мідного або волоконнооптичного кабелю є досить громіздке господарство, що вимагає, як

правило, тривалого поетапного впровадження і значних капітальних витрат, а невисокий

відсоток використання кожної абонентської пари не сприяє залученню великих

інвестицій і швидкої окупності кабельних систем. Окрім того, будь-яке розширення

мережі вимагає великих інженерних робіт на кабельних трасах. Через це прокладка і

організація провідних ліній зв'язку стає вельми складною проблемою, особливо у старих

містах, і вимагає підвищених капітальних вкладень у сільській місцевості. Отже, коли

прокладка кабельних ліній зв'язку недоцільна, а також для мобільного розгортання мережі

доступу, ефективним може опинитися безпровідне підключення абонентів (Wireless Local

Loop).

Рис. 14. Типова архітектура системи бездротового абонентського

радіодоступу

Основна функція системи безпровідного абонентського радіодоступу (СБАР) – надання

кінцевому користувачу, тобто абоненту, стандартних послуг телефонного зв'язку. Таким

чином СБАР є дуплексною системою телефонного зв'язку.

Типова архітектура СБАР представлена на рис. 14. Вона включає наступні основні

компоненти: контролер базових станцій, базові станції (БС), абонентські термінали,

термінал технічного обслуговування і експлуатації – комп'ютер зі спеціальним керуючим

додатком. БС пов'язані з контролером провідними або безпровідними мікрохвильовими

лініями зв'язку з пропускною спроможністю, зазвичай рівною n 2Мбіт/ с .

Розглянемо функції кожного компоненту СБАР.

Контроллер базових станцій. Даний пристрій призначений для концентрації і у ряді

випадків комутації трафіку безпровідного радіодоступу, обробки викликів і забезпечення

зв'язку з комутатором ТМЗК, здійснюваного, як правило, по цифровим каналам з високою

пропускною спроможністю або по численним аналоговим двопровідним лініям, для чого

контролер обладнують відповідними інтерфейсами. Крім того, він підтримує функції

управління системою, що реалізуються на базі терміналу технічного обслуговування і

експлуатації.

Абонентські термінали. Дані пристрої представляють собою портативні бездротові

телефонні трубки, що забезпечують обмежену рухливість зв'язку; спеціальні настільні

телефонні апарати з трансивером і антеною та стаціонарні блоки на одну або декілька (дві,

чотири і більш) телефонних ліній, до яких підключають звичайні телефони, факси або

модеми.

Структурна схема рухомої станції аналогічна РС системи стільникового зв'язку (див.

рис. 4). Аналогічне і призначення всіх елементів схеми.

Базова станція (БС). Її компоненти СБАР здійснюють радіозв'язок із стаціонарними або

обмежено мобільними абонентами в межах своїх зон обслуговування, величина яких

залежить від використовуваної в системі радіотехнології, і забезпечують передачу

викликів контролеру БС. БС складається з антенно-фідерного тракту, одно- або

багатоканальної прийомопередаючої апаратури, локальної підсистеми управління,

комунікаційних інтерфейсів і підсистеми живлення.

Орієнтація на обслуговування стаціонарних абонентів створює певну специфіку

розгортання і застосування систем безпровідного абонентського доступу, якщо

порівнювати їх зі стільниковими системами рухомого зв'язку. Останні повинні

забезпечити суцільне покриття обслуговуваної території, тоді як базові станції систем

радіодоступу можна розміщувати лише поблизу місць розташування абонентів (точніше,

будівель, де вони живуть або працюють). Наявність інформації про кількість потенційних

стаціонарних абонентів дозволяє при установці системи реалізувати лише мінімально

необхідну абонентську місткість, яка збільшується в міру зростання числа користувачів.

Завдяки цьому можна оптимізувати конфігурації БС і системи в цілому, а також

мінімізувати витрати на початковому етапі розвитку системи. Перевагою систем

безпровідного абонентського радіодоступу є і відносно слабкий (знову ж таки порівнянню

з системами рухомого зв'язку) прояв ефекту завмирання сигналу через багатопроменеве

розповсюдження радіохвиль.

Багато елементів, що входять до складу базової станції, за функціональним

призначенням не відрізняються від аналогічних елементів рухомої станції стільникового

зв'язку, але в цілому базова станція істотно більша і складніша рухомої, що відповідає її

місцю в системі радіозв'язку.

Структурна схема БС аналогічна схемі БС стільникового зв'язку (рис. 3) і тому

особливого опису не вимагає. У системах радіодоступу широко використовуються

найрізноманітніші технології організації множинного доступу, насамперед:

FDMA (Frequency Division Multiple Access) – множинний доступ з частотним

розділенням, при цьому виділений для визначеної системи спектр ділиться на смуги

частот, в яких здійснюється передача канальної інформації від різних абонентів;

TDMA (Time Division Multiple Access) – множинний доступ з часовим розділенням, при

цьому виділена смуга частот надається для передачі канальної інформації на певний

короткий проміжок часу, в наступний проміжок часу здійснюється передача інформації

від іншого абонента;

CDMA (Code Division Multiple Access) – множинний доступ з кодовим розділенням,

повідомлення від абонентів зашифровуються і передаються одночасно, цей спосіб має

певні переваги (наприклад, прихованість інформації), але при цьому для передачі потрібна

досить широка смуга частот, що може бути недоліком при обмеженні частотного ресурсу.

Технологія СТ-2 використовує метод FDMA, суміщений з часовим дуплексним

розділенням режимів передачі і прийому TDD (Time Division Duplex – дуплексний канал з

часовим розділенням), при якому в одному часовому інтервалі здійснюється передача

повідомлення від абонента, а в наступний момент – прийом повідомлення від базової

станції. Таким чином, використовується тільки одна несуча частота для передачі і

прийому.

Розглянемо побудову системи абонентського радіодоступ у на прикладі системи

TANGARA Wireless (TW) (рис. 15), що представляє собою цифрову радіосистему для

абонентського доступу, побудовану за методом FDMA/TDD і працюючу в діапазоні

частот 864...868 МГц. Структурна схема TW представлена на рис. 15.

Рис. 15. Структура системи TANGARA Wireless

Контролер базових станцій (КБС), керівник базовими станціями (БС) і абонентськими

терміналами (АТ), встановлюється зазвичай в приміщеннях АТС і підключається до

ТМЗК через різні типи інтерфейсів – по двопровідним аналоговим лініям або по трактах

потоків 2 Мбіт/с (потік Е1). КБС забезпечує можливість централізованого управління

мережею. Один контролер обслуговує до 512 абонентів при підключенні до АТС по

двопровідному аналоговому інтерфейсу або до 960 абонентів при підключенні по

цифрових трактах Е1. Для збільшення загальної місткості системи радіодоступу декілька

контролерів можуть об'єднуватися загальною системою управління. До КБС можуть бути

підключено до 30 шестиканальних базових радіостанцій, до 96 двоканальних, 48

чотириканальних або їх будь-які комбінації.

Базова станція (БС) володіє модульною структурою і підтримує від 2 до 6 радіоканалів.

Залежно від навантаження в мережі і допустимої вірогідності відмов кожна БС обслуговує

від 6 (виділені канали постійного з'єднання) до 80 абонентів. Рекомендоване число – 40

абонентів на одну БС. З метою збільшення числа обслуговуваних абонентів і збільшення

зони радіопокриття декілька БС можуть об'єднуватися і створювати багатосекторну БС.

З'єднання між КБС і БС здійснюється по мідним парам (по трьом парам з діаметром жили

0,9 мм на відстані до 11 км) без застосування додаткового каналоутворюючого або

лінійного обладнання. При необхідності з'єднання може бути здійснене через радіорелейні

лінії, супутникові системи або цифрові транспортні мережі.

Абонентський термінал (АТ) представляє собою блок невеликих розмірів,

спроектований спеціально для легкого настінного монтажу в приміщеннях абонента або в

громадських телефонах-автоматах. До нього може приєднуватися компактна направлена

або штирьова антена. Залежно від типів антен та підсилювачів допустиме віддалення АТ

від БС складає 5...12 км в умовах прямої видимості.

Інтерфейс АТ з телефонним апаратом аналогічний інтерфейсу телефонної станції. До АТ

можуть підключатися телефонні апарати будь-яких конструкцій, автовідповідачі,

факсимільні апарати, модеми і т.д.

Мобільні абоненти можуть працювати в межах однієї БС, а також після перереєстрації в

зоні дії інших базових станцій того ж контролера базової станції.

Управління. Система централізованого мережевого управління забезпечує контроль

всього вищепереліченого устаткування. Вона допускає дистанційну конфігурацію всієї

мережі з центрального пункту, моніторинг помилок в каналах зв'язку, завантаження

програмного забезпечення.

Залежно від щільності розподілу абонентів у системі TW передбачені різні конфігурації:

для районів з високою щільністю (у передмістях і містах) і низькою (у сільській

місцевості) щільністю абонентів.

Система TW дозволяє рентабельно опрацьовувати декілька сценаріїв. Особливо добре

система підходить для житлових районів з середньою щільністю мешкання в приміських

або сільських районах. За певних умов технологія дозволяє забезпечити рентабельність

телефонізації і малонаселених областей сільської місцевості. Основна частина

собівартості лягає на абонентські термінали (35...55 %), які можуть купуватися не відразу,

а по мірі необхідності. Витрати на установку і організацію зв'язку між БС і КБС

(передача) невеликі у порівнянні з іншими системами абонентського радіодоступу.

Собівартість базового устаткування мережі радіодоступу, що складає так звані

початкові витрати, оцінюється в 15...35 % в залежності від числа абонентів. Витрати на

установку устаткування складають 7...20 % і визначаються топологією телефонних мереж.

Витрати на проектні роботи – 8... 15 %.