2.3.2 Выбор системы радиодоступа

К настоящему времени системы радиодоступа прошли несколько поколений и позволяют предоставлять услуги телефонной связи, передачи данных и телематических служб.

Радиосвязь сегодня делает самый большой шаг вперед: переходит с аналоговых стандартов на цифровые [11].

Цифровые системы радиосвязи имеют множество преимуществ перед аналоговыми: повышенное качество передачи данных, большая дальность действия, улучшенная защита от прослушивания, возможность интеграции с системами передачи данных и так далее, эффективность использования частотного ресурса. Каналы, по которым ранее передавался один вызов в единицу времени, теперь разделяются для того, чтобы можно было одновременно передать два. Преимущества цифровых систем по отношению к аналоговым показаны на рисунке 8:

Рисунок 8 – Преимущество цифровых систем по отношению к аналоговым

Аналоговые системы радиодоступа

К аналоговым системам радиодоступа относятся системы 1 поколения (1960 гг.) на базе стандартов МРТ 1327, УТК, СТ0, СТ1: аналоговые средства доступа к аналоговым автоматическим телефонным станциям (АТС). В большинстве это узкополосные системы, позволяющие подключить до нескольких десятков или сотен телефонных каналов. Как правило, используются в качестве радиоудлинителей линии связи между АТС и телефонными аппаратами либо беспроводных телефонных аппаратов [8, 11].

Диапазон частот аналоговых радиоудлинителей до 1 ГГц. В настоящее время они используются в малонаселенных сельских местностях.

Уже в 1960 гг. системы радиодоступа позволяли подключаться к сети общего пользования через одну базовую станцию или центральную станцию с возможностью нескольких независимых соединений.

В России радиодоступ к АТС осуществлялся через систему «Алтай». В последнее время ей на смену приходит оборудование стандарта МРТ 1327. Кроме того, для подключения к сетям общего пользования чаще используются аналоговые стыки по двухпроводным абонентским линиям.

В настоящее время в России производятся системы радиодоступа в диапазонах 30 – 57,5 МГц (Оборудование УТК-015), 300 МГц (оборудование «Алтай» и МРТ-1327), 450 МГц (оборудование УТК-01).

К первому поколению систем радиодоступа относятся и беспроводные телефонные аппараты диапазонов 30-40 МГц и 900 МГц.

Цифровые системы радиодоступа

К цифровым системам радиодоступа относятся системы 2, 3, 4 и 5 поколения [5, 11]. Рассмотрим каждое из них:

-2 поколение (на базе стандартов TDMA, CDMA, CT-2, DECT)

TDMA (Time Division Multiple Access) - множественный доступ с разделением по времени. Способ использования радиочастот, когда в одном частотном интервале находятся несколько абонентов, разные абоненты используют разные временные слоты (интервалы) для передачи. TDMA предоставляет каждому пользователю полный доступ к интервалу частоты в течение короткого периода времени. TDMA в настоящее время является доминирующей технологией для мобильных сотовых сетей и используется в стандартах GSM, TDMA (ANSI-136), PDC.

CDMA (Code Division Multiple Access) - множественный доступ с кодовым разделением. Каналы трафика при таком способе разделения среды создаются

присвоением каждому пользователю отдельного числового кода, который распространяется по всей ширине полосы. Нет временного разделения, все абоненты постоянно используют всю ширину канала. Полоса частот одного канала очень широка, вещание абонентов накладывается друг на друга но, поскольку их коды отличаются, они могут быть дифференцированы.

CТ-2 цифровой стандарт, позволяющий обеспечивать конфиденциальность переговоров на высоком уровне. CT-2 использует временное разделение каналов (TDD), в результате чего обмен сообщениями происходит на одном частотном канале. Основные недостатки CT-2 - небольшая абонентская емкость и возможность прослушивания разговора. Применяемый в нем алгоритм защиты не представляет собой шифрование в полном смысле слова. На сигнал накладывается специальный шум, который снимается по определенному алгоритму в приемнике. После «подсадки» на радиолинию с помощью специальной аппаратуры избавиться от шума не составляет большого труда. Притом наложение шума не способствует улучшению качества связи.

DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunication) - технология беспроводной связи на частотах 1880–1900 МГц с модуляцией GMSK. Цифровой стандарт DECT является наиболее популярным стандартом беспроводного телефона в мире благодаря простоте развертывания DECT-сетей, широкому спектру пользовательских услуг и высокому качеству связи. Стандарт DECT в России для домашнего пользования, не требует частотного разрешения. DECT основан на технологиях TDMA, FDMA, TDD. Это означает, что спектр радиоизлучения разделен как по времени, так и по частотам. Стандарт описывает взаимодействие базовой станции с мобильными терминалами (аппаратами) при этом может обеспечиваться как передача голоса, так и данных. Диапазон радиочастот, используемых для приема/передачи - 1880–1900 МГц в Европе, 1920–1930 МГц в США. Рабочий диапазон (20 МГц) разделен на 10 радиоканалов, каждый по 1728 КГц. Обмен информацией производится кадрами; с помощью временного разделения в каждом кадре создаются 24 временных слота; 24 слота обеспечивают 12 дуплексных каналов для приема/передачи голоса. При установлении соединения для разговора используются 2 из 24 временных слота в каждом кадре: один для передачи голоса, другой для приема. Максимальная мощность станции и телефонных трубок в соответствии со стандартом - 10 мВт. Основные достоинства DECT: хорошая (в сравнении с аналоговыми системами) помехоустойчивость канала связи, благодаря цифровой передаче сигнала; вследствие этого - отсутствие множества помех во время разговора, которые присутствовали в аналоговых системах; хорошая интеграция с системами стационарной корпоративной телефонии, меньшее по сравнению с мобильными телефонами облучение абонента - уровень сигнала радиотелефона в соответствии со стандартом составляет 10 мВт (из-за многократно меньшей мощности передатчика, как трубки, так и базы). Основные недостатки DECT: небольшая дальность связи (из-за ограничения мощности самим стандартом); недостаточная защищенность стандарта, позволяющая дистанционное прослушивание переговоров. Наличие возможности шифрования не спасает ситуацию, поскольку злоумышленник может его отключить, не взламывая сам шифр.

-3 поколение (на базе стандартов FH CDMA, DS CDMA, 802.15.1, 802.11, 802.11b)

TDMA, CDMA, используется частотное (FDD) и временное (TDD) уплотнение каналов.

FDMA (Frequency Division Multiple Access) - множественный доступ с разделением каналов по частоте. Способ использования радиочастот, когда в одном частотном диапазоне находится только один абонент, разные абоненты используют разные частоты в пределах соты. Поэтому, пока начальный запрос не закончен, канал закрыт к другим сеансам связи. Полная дуплексная (Full-Duplex) FDMA передача требует двух каналов, один для передачи и другой для получения. FDMA использовался в первом поколении (1G) аналоговой связи.

Bluetooth v 1.1. (IEEE 802.15.1). Стандарт обеспечивает обмен информацией между любыми устройствами на надежной, недорогой, повсеместно доступной радиочастоте 2,4 – 2,4835 ГГц для связи на расстоянии от 10 до 100 м. Пропускная способность до 2 Мбит/с. Спецификация Bluetooth была разработана группой Bluetooth Special Interest Group. В нее вошли компании Ericsson, IBM, Intel, Toshiba и Nokia. Впоследствии Bluetooth SIG и IEEE достигли соглашения, на основе которого спецификация Bluetooth стало частью стандарта IEEE 802.15.1.

-4 поколение (на базе стандартов 802.16 MAN, 802.11a MAN/LAN, 802.11g LAN, 802.15.4, Zig Bee, IMT-2000)

Стандарт IEEE 802.16 MAN. Стандарт IEEE 802.16 описывает беспроводные сети масштаба города. 802.16 - это так называемая технология «последней мили», которая использует диапазон частот от 10 до 66 ГГц. Предоставляет широкополосный доступ к сети через радиоканал. Возможна передача звука и видео. Стандарт определяет пропускную способность 120 Мбит/с на каждый канал в 25 МГц.

IEEE 802.11 - набор стандартов связи, для коммуникации в беспроводной локальной сетевой зоне частотных диапазонов 2,4; 3,6 и 5 ГГц. Пользователям более известен по названию Wi-Fi, фактически являющемуся брендом, предложенным и продвигаемым организацией Wi-Fi Alliance. Получил широкое распространение благодаря развитию в мобильных электронно-вычислительных устройствах: КПК и ноутбуках. Изначально стандарт IEEE 802.11 предполагал возможность передачи данных по радиоканалу на скорости не более 2 Мбит/с.

IEEE 802.11a - стандарт сетей Wi-Fi. OFDM позволяет передавать данные параллельно на множественных подчастотах. Это позволяет повысить устойчивость к помехам и поскольку отправляется более одного потока данных, реализуется высокая пропускная способность. IEEE 802.11а может развивать

скорость вплоть до 54 Мб/с в идеальных условиях. В менее идеальных условиях (или при чистом сигнале) устройства могут вести связь со скоростью 48 Мб/с, 36 Мб/с, 24 Мб/с, 18 Мб/с, 12 Мб/с и 6 Мб/с. Рабочий диапазон стандарта 5 ГГц. Стандарт IEEE 802.11a несовместим с 802.11b и 802.11g

IEEE 802.11g. Этот стандарт предусматривает использование диапазона частот 2,4 ГГц, обеспечивая скорость передачи 54 Мбит/с и превосходя, таким образом, ныне действующий стандарт IEEE 802.11b, который обеспечивает скорость передачи 11 Мбит/с. Кроме того, он гарантирует обратную совместимость со стандартом 802.11b.

IEEE 802.15.4 - стандарт, который определяет физический слой и управление доступом к среде для беспроводных персональных сетей с низким уровнем скорости. Цель стандарта IEEE 802.15. – предложить нижние слои основания сети для сетей типа беспроводных персональных сетей, ориентированных на низкую стоимость, низкую скорость повсеместной связи между устройствами. Акцент делается на очень низкой стоимости связи с ближайшими устройствами, совсем без (или с небольшой) базовой структурой, с целью эксплуатации на доселе небывалом низком уровне энергии. Основной предел приема - 10-метровая область связи со скоростью передачи 250 кбит/с. Компромиссы возможны в пользу более радикально встраиваемых устройств с еще более низкой потребностью в энергии, путем определения не одного, а нескольких физических уровней. Первоначально были определены низкие скорости передачи в 20 и 40 кБит/с, скорость в 100 кБит/с была добавлена в текущем перевыпуске.

ZigBee - название набора протоколов высокого сетевого уровня, использующих маленькие, маломощные радиопередатчики, основанные на стандарте IEEE 802.15.4. Этот стандарт описывает беспроводные персональные вычислительные сети (WPAN). ZigBee нацелена на приложения, которым требуется большее время автономной работы от батарей и большая безопасность, при меньших скоростях передачи данных. Основная особенность технологии ZigBee заключается в том, что она при относительно невысоком энергопотреблении поддерживает не только простые топологии беспроводной связи («точка-точка» и «звезда»), но и сложные беспроводные сети с ячеистой топологией с ретрансляцией и маршрутизацией сообщений. Области применения данной технологии - это построение беспроводных сетей датчиков, автоматизация жилых и строящихся помещений, создание индивидуального диагностического медицинского оборудования, системы промышленного мониторинга и управления, а также при разработке бытовой электроники и персональных компьютеров.

IMT-2000 представляет собой аббревиатуру от International Mobile Telecommunications 2000. Под этим названием объединены пять стандартов, которые относятся к мобильной связи третьего поколения или 3G. Согласно стандартам IMT-2000 под мобильной связью третьего поколения понимается интегрированная сеть, обеспечивающая скорости передачи данных: для абонентов с высокой мобильностью (до 120 км/ч) - не менее 144 кб/с, для абонентов с низкой мобильностью (до 3 км/ч) - 384 кб/с, для неподвижных объектов на коротких расстояниях - 2,048 Мб/с.

-5 поколение (на базе стандартов 802.16а, е, d, 802.15.3, 802.15.3a)

Стандарт IEEE 802.16а. Последовал за стандартом 802.16., использует диапазон частот от 2 до 11 ГГц. Стандарт поддерживает ячеистую топологию, не накладывает условие прямой видимости.

WiMAX (IEEE 802.16е) (Worldwide Interoperability for Microwave Access) - телекоммуникационная технология, разработанная с целью предоставления универсальной беспроводной связи на больших расстояниях для широкого спектра устройств (от рабочих станций и портативных компьютеров до мобильных телефонов). Основана на стандарте IEEE 802.16е, который также называют Wireless MAN.

Bluetooth v 1.3. (IEEE 802.15.3). Пропускная способность от 11 до 55 Мбит/с. Дальность связи до 100 м. Повсеместно доступная радиочастота 2,4 – 2,4835 ГГц.

IEEE 802.15.3а. Разработка принципов построения пикосети со скоростью обмена 110–480 Мбит/с и выше – до 1320 Мбит/с. Достичь таких высоких скоростей можно, только увеличивая спектральную ширину канала, переходя в область так называемой сверхширокополосной связи (СШП, UWB).

Вывод:

Анализ результатов развития тех­нологий пользовательского досту­па за последнее десятилетие пока­зывает, что для предоставления услуг мультимедиа в настоящее время имеет­ся широкий выбор беспроводных технологий пользовательского доступа, основные из которых сведены в таблицу 6.

В дипломном проекте будем использовать цифровую систему радиодоступа 5 поколения по ряду причин:

- наиболее современное и актуальное поколение радиодоступа;

- оборудование 5 поколения радиодоступа в настоящее время доступно с экономической и технической точки зрения;

- преимущества цифровой системы перед аналоговой;

- высокая скорость передачи данных;

- увеличение услуг связи;

- дальность действия;

- возможность применения в различных сетях.

Таблица 6 - Характеристики оборудования пяти поколений сетей радиодоступа

Характе-ристика	1-е поколение	2-е поколение	3-е поколение	4-е поколение	5-е поколение
Частота	0,03…1ГГц	1…26 ГГц	1…26 ГГц	2,4…42 ГГц	1…60 ГГц
Вид модуляции	F3E, F3D	G7W	G7W, DSSS, FHSS	G7W, OFDM, DSSS, FHSS	G7W, UWB, DSSS, FHSS
Услуги связи	Передачи речи и данных по коммути-руемым сетям	Речь, данные	Речь, данные, телематика, E1, IP	Речь, данные, телематика, E1, IP	Речь, данные, телематика, E1, IP
Скорость передачи данных в канале	19,2 кбит/с	64,144 кбит/с 2 Мбит/с	0,2…10 Мбит/с	0,2…10 Мбит/с	до 100 Мбит/с
Место примене-ния	Офис, сельская местность	Корпоративные сети, офисные сети FWA	Городские сети (MAN), локальные сети (LAN), BWA, FWA	Городские сети (MAN) WiMax, локальные сети (LAN) WiFi	Городские сети, локальные сети, внутри-офисные
Дальность действия	200 м 70км	5…15 км 700 км	30 км (MAN) 300 м (LAN)	7 км (MAN) 300 м (LAN; PAN)	1...7 км (MAN) 300…1000 м (LAN; PAN)

Продолжение таблицы 6

Техноло-гия доступа	FDMA, FDD	TDMA; FDD; TDD; СT2; DECT	CDMA; FDD; TDD; TCP/IP, UDP/IP	CDMA; FDD; TDD; TCP/IP,SDMA, TDMA, OFDMA	CDMA; FDD; TDD; TCP/IP,SDMA, TDMA, OFDMA
Стандарт	«Алтай», МРТ 1327, УТК, СТ0, СТ1	Стандарты TDMA, CDMA CT-2, DECT.	Стандарты FH CDMA, DS CDMA, Bluetooth v 1.1. (802.15.1), 802.11, 802.11b	802.16 MAN, 802.11a MAN, LAN, 802.11g LAN, 802.15.4, Zig Bee, IMT-2000	802.16 a, e, d, Bluetooth v 1.3. (802.15.3), 802.15.3a