WLL, CDMA И ПЕРВИЧНАЯ СЕТЬ

© Александр ЛЯХОВ

Опубликовано в №4/1999 журнала Com&Com.Kz


Статья представляет собой полный вариант (несколько отличающийся от журнального!) доклада, прочитанного автором 19 февраля 1999 года на научно-техническом семинаре "Современные информационные технологии и телекоммуникации: корпоративные информационные системы. Проблемы, перспективы развития, практические решения"

ПРЕДИСЛОВИЕ

Кто из нас не жаловался на качество обычной телефонной связи? Трески и шумы при разговоре, посторонние голоса в трубке, соединения типа "не туда попали" - не правда ли, привычная картина? А тем, кто использует телефонную линию для выхода в Интернет, разве не привычны частые обрывы связи, объясняющиеся крайним износом городского кабельного хозяйства и оборудования автоматических телефонных станций (АТС)? Всего этого и позволяют избежать системы абонентского радиодоступа, о которых (и не только о них) пойдет речь в данной статье.

ПРОБЛЕМЫ ТРАДИЦИОННЫХ АНАЛОГОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ НА МЕДНОПРОВОДНЫХ СЕТЯХ

Не секрет, что телефонные сети общего пользования (международная аббревиатура - PSTN, Public Switching Telephone Network) создавались на протяжении многих десятков лет исключительно для предоставления одноименных услуг. Сейчас уже трудно представить, но даже привычная всем факсимильная связь, что называется, "пошла в массы" только после принятия в 1972 году японским правительством решения, допустившего использование факсимильной связи по обычным телефонным каналам. То же и с компьютерной связью. Передача данных по телефонным каналам фактически приобрела массовый характер только в 80-х годах с появлением персонального компьютера и телефонного модема. Естественно, что местные телефонные сети сразу стали использоваться как средство массового доступа к глобальным сетям, таким как Internet, FidoNet, Global One и другие. Таким образом, о PSTN нельзя уже говорить только как о телефонной сети, что и проявилось в официальном узаконивании, в том числе и в Казахстане, термина "сеть телекоммуникаций общего пользования" (СТОП).

Но если бы дело ограничивалось простой сменой вывески… Проблема в том, что телефонная сеть в Казахстане, как и других республиках бывшего Советского Союза, до 90-х годов строилась исключительно на аналоговом оборудовании АТС и меднопроводных линиях связи. На Западе декадно-шаговые АТС давно уже стали экспонатами технических музеев, у нас же они до сих пор составляют 20% от всего станционного хозяйства. Алматинским телефонистам хорошо известно, что оборудование находящихся в центре города 62-й, 67-й, 33-й, 32-й (список можно продолжать) АТС давно уже отметило 50-летний "юбилей". Столько же лет эксплуатируется и соответствующее этим станциям кабельное хозяйство. Разумеется, что разработанные тогда, когда ни о чем ином, кроме как о голосовой телефонной связи, не шло и речи, они изначально рассчитывались на вполне определенную будь то электрическую нагрузку или нагрузку по голосовому графику. Судите сами, средняя нагрузка на линию, создаваемая одним квартирным абонентом сети, принята у нас равной 100 миллиэрлангам (мЭрл), что означает 6 минут занятости линии в течение 1 часа. Для корпоративных клиентов этот показатель существенно выше - 250 мЭрл, т.е. 15 минут занятости линии в течение 1 часа. Для сравнения, в сетях подвижной (сотовой) связи средняя нагрузка равняется 25 мЭрл. Естественно, что для пользователя Интернета такая норма неприемлема (конечно, если речь не идет только о приеме и передаче сообщений электронной почты). Многочасовое занятие телефонной линии типично для фанатов Интернета. К чему подчас принуждает низкая скорость передачи по коммутируемым телефонным линиям, даже с использованием современных модемов стандарта V.34, рассчитанных по максимуму на 33,6 Кбит/с. Получается замкнутый круг: пользователи перегружают и без того низкоскоростные телефонные каналы, а низкие скорости передачи увеличивают и без того длительное время занятия каналов, приводя к еще большей перегрузке сети.

Не способствует нормальной работе городских телефонных сетей и радиально-узловой принцип их построения, а также то, что любая АТС обслуживает гораздо больше абонентов, нежели имеет исходящих соединительных линий к телефонным узлам. Например, одним из нормативных показателей для АТС является число отказов в соединении в часы наибольшей нагрузки (ЧНН). Так вот, этот норматив предусматривает одновременную работу каждого седьмого абонента станции при продолжительности разговора не более 6 минут. Соответственно, даже небольшое число одновременно "севших на Интернет" пользователей могут парализовать работу конкретной АТС.

Таким образом, нужно прямо признать, что пользователи компьютерных сетей являются для операторов сетей общего пользования незапланированной и нежелательной категорией абонентов, поскольку невозможно в одночасье изменить характер и структуру СТОП. Широко известен такой случай. Когда компания AT&T первой объявила о предоставлении свободного доступа в Интернет за небольшую фиксированную плату (18 долларов США), это вызвало такой большой приток пользователей, что на телефонной сети AT&T стали возникать массовые отказы в соединении. В подобных случаях, когда телефонные операторы и провайдеры Интернета - разные организации (что как раз типично для Казахстана), претензии телефонных абонентов к своим операторам связи могут вызывать вполне объяснимые конфликты между последними и Интернет-провайдерами.

Неплохим решением разгрузки общедоступных каналов связи мог бы стать переход операторов связи и крупных корпоративных пользователей на современные цифровые технологии проводного доступа - xDSL (Digital Subscriber Lines), позволяющие по обычной медной витой паре обеспечивать скорость передачи данных до нескольких Мбит/с. Другое дело, что до массового спроса на эту достаточно дорогую услугу еще далеко, соответственно, единичны и предложения со стороны операторов. Сейчас в Алматы о поддержке технологий xDSL широко заявляет, пожалуй, лишь компания NewTech Disribution.

БЕСПРОВОДНЫЙ АБОНЕНТСКИЙ ДОСТУП КАК ДОПОЛНЕНИЕ И КАК АЛЬТЕРНАТИВА ТРАДИЦИОННОМУ ПРОВОДНОМУ ДОСТУПУ

Бурное развитие городских мегаполисов и промышленных зон привело к тому, что складывающаяся годами станционно-кабельная инфраструктура связи перестала успевать за этим развитием, во-многом, из-за присущих ей недостатков:
1. Длительность сроков организации сети
Это объясняется обязательной привязкой к строительным работам с многочисленными согласованиями и увязками по СНиП (строительные нормы и правила) с другими сетями - электрическими, тепло- и водоснабжением, канализацией и т.п.;
2. Большие объемы инвестиций на начальном этапе внедрения
Как правило, расчет номерной емкости АТС и кабельной емкости сети делается с определенным запасом, образно говоря, в землю сразу "закапываются" большие деньги. Вот почему срок окупаемости проводной сети может составлять 5 лет и более;
3. Ограничения в планировании сети
При реконструкции старых городских районов куда проще заменять АТС, нежели изменить и расширить складывавшуюся годами структуру кабельной канализации (здесь могут играть свою роль экономические, экологические и прочие соображения). Опять же, большинство видов работ, относящихся к замене кабелей, приводит к нежелательным перерывам связи для существующих абонентов;
4. Значительные эксплуатационные расходы
Поддержание сети в работоспособном состоянии, особенно там, где станции и кабельные линии эксплуатируются не один десяток лет, с каждым годом требует все больших человеческих и материальных затрат.

Многих этих недостатков лишены беспроводные технологии "последней мили", обозначающиеся международным термином WLL (Wireless Local Loop). Так, например, подключение новых пользователей становится возможным в течение нескольких дней, инвестирование можно делать поэтапно в соответствии с потребностями и полученными доходами, легкая переконфигурация сети сберегает уже сделанные вложения, эксплуатационные расходы существенно ниже.

Но - сказав А, нужно говорить и Б. Мало сделать выбор в пользу WLL, нужно правильно выбрать конкретное оборудование. При этом следует исходить из следующих принципов:

  • Гибкость архитектуры
    Это предполагает легкую адаптацию к различным климатическим и географическим условиям, а также возможность расширения системы в будущем для увеличения ее емкости и введения дополнительных услуг;
  • Надежность и конфиденциальность связи
    Цифровые технологии и специальные меры защиты "по умолчанию" исключают возможность обрывов и несанкционированного доступа, а также гарантирует помехоустойчивость прохождения сигнала;
  • Эффективность использования частотного спектра
    Поскольку частотный спектр является ценным национальным ресурсом, вопрос лицензирования и использования частот всегда важен;
  • Качество передачи голоса и данных
    Воздушная среда, что называется, "по определению" предполагает ухудшение качества передачи по сравнению с проводной, но неуклонное развитие цифровых технологий радиосвязи приводит к все более тесному сближению их по качеству с традиционными проводными технологиями.

    СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ WLL - FDMA, TDMA и CDMA

    Любая сотовая сеть строится по достаточно простому принципу: центр управления - базовые станции (не менее одной ;-) - абонентские терминалы. Естественно, что каждый оператор сотовой связи стремится к максимальному наполнению своей сети абонентами. Отсюда возникает проблема обеспечения множественного доступа (multiple access) к базовой станции, для чего ее общий ресурс, а, попросту говоря, лицензированный диапазон частот, делится на определенное количество "каналов", к которым и получают доступ пользователи. Естественно, что в одно и то же время один канал может использоваться только одним абонентом. Рассмотрим используемые на практике методы разделения каналов (см. Рис.1).


    Рис.1. Методы организации множественного доступа

    Исторически первыми появились методы множественного доступа, основанные на способах разделения каналов по частоте - FDMA (Frequency Division Multiple Access). В этом случае каждый канал занимает строго определенную полосу частот в закрепленной за сотой частотном диапазоне, и какое-либо совместное использование одной полосы частот несколькими абонентами исключено. В настоящее время реально используются следующие стандарты FDMA: AMPS (Advanced Mobile Phone Service, ширина канала 30 кГц) - именно в этом стандарте работает сотовая сеть ALTEL, NAMPS (Narrowband AMPS, ширина канала 10 кГц) и TACS (Total Access Communications System, ширина канала 25 кГц). Отметим, что все эти стандарты основаны на передаче аналогового сигнала.

    Упомянув о невозможности совместного использования одной полосы частот несколькими абонентами в границах одной соты, мы не можем не задаться вопросами: какова стандартная ширина таких каналов и, соответственно, сколько их "умещается" в частотном диапазоне одной соты? Практика показывает, что общий диапазон частот, отведенный для конкретной сотовой сети, достаточно разделить на семь, чтобы обеспечить "разнесение" по частотам соседних ячеек сети (см. Рис.2). Таким образом, можно повторно использовать одни и те же частоты в неграничащих друг с другом сотах, а, значит, практически неограниченно расширять сеть даже в условиях ограниченного диапазон частот.



    Рис.2. Схема распределения частотных поддиапазонов по ячейкам сотовой сети:
    а) для FDMA, б) для TDMA, в) для CDMA

    Из Рис.2 хорошо видно, что большей, по сравнению с FDMA, емкости сети можно достичь с помощью одного из многочисленных методов множественного доступа с временным разделением каналов (Time Division Multiple Access, TDMA). В TDMA используется интересная особенность работы базовой станции, заключающаяся в том, что, работая на определенной частоте, базовая станция какую-то часть времени работает на одного абонента, какую-то - на другого, и так далее. Перерывы связи между этими временными интервалами (time slot) достаточно малы, чтобы не восприниматься человеческим ухом, однако достаточны велики, чтобы обеспечивать беспроблемную работу нескольких абонентов в одной полосе частот. Понятно, что под "каналами" в TDMA понимаются уже не эти полосы частот, а временные интервалы, в которых и передается в оцифрованном и сжатом виде информация. Всем нам теперь хорошо известный GSM (восемь временных слотов при несущем диапазоне 200 кГц) и есть не что иное, как один многочисленных стандартов TDMA. Другими широко известными примерами TDMA являются стандарты IS-54 (частотные каналы AMPS шириной 30 кГц делятся на три временных слота) и PDC (каналы TACS на 25 кГц по три слота в каждом).

    Наконец, третий герой моего рассказа - метод множественного доступа, хорошо известный военным связистам, но появившийся, что называется, "в широкой продаже" всего-то 3-4 года назад - это CDMA (Code Division Multiple Access). В отличие от FDMA и TDMA, где энергия сигнала концентрируется на выбранных частотах или временных интервалах, сигналы CDMA распределены в непрерывном частотно-временном пространстве. Таким образом, фактически метод манипулирует и частотой, и временем, и энергией (см. выше Рис.1).

    Основная идея CDMA заключается в том, что в одной и той же полосе частот подбирается комбинация сигналов, свободных в точке приема от взаимных влияний друг на друга. Исходный сигнал от абонента смешивается с одним из этой комбинации (образно говоря, помечается "кодом") - в итоге формируется и передается через канал широкополосный сигнал с распределенной энергией. Ясно, что принять информацию можно, только зная последовательность, на которую был перемножен полезный сигнал при передаче, - в противном случае он будет выглядеть как шум (отсюда и название - шумоподобный сигнал). Отсюда следует, что сигналы от двух абонентов, находящихся в зоне действия одной базовой станции и работающих на общей частоте (1,25 Мгц), но с разными кодирующими последовательностями, практически не создают помех друг для друга.

    Понятно, что у каждого из вышеперечисленных методов своя история развития и свои отличительные признаки.

    КРАТКИЙ СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЙ WLL

    Можно много говорить о технологических и эксплуатационных особенностях того или иного стандарта WLL, но в конечном итоге различия между ними сводятся: 1) к разнице в получаемой от эксплуатации сетей прибыли и 2) к степени удовлетворенности потребностей в услугах связи со стороны конечных пользователей. Для цифр в графе "Доходы оператора" особое значение имеют такие характеристики, как емкость системы и зона покрытия сети, так как именно они в первую очередь определяют объемы капитальных затрат и эксплуатационные расходы. Степень удовлетворенности пользователя в большой степени зависит от качества передачи речи и данных и процентного соотношения успешных вызовов.

    Многочисленные статистические исследования доказали, что емкость сети, определяющая количество пользователей, способных работать в зоне действия одной базовой станции, наибольшая для CDMA-сетей и наименьшая для FDMA-сетей. Примерное соотношение таково: технология CDMA дает возможность получить емкость в 3-4 раза большую, чем TDMA, которая, в свою очередь, во столько же раз превосходит по этому показателю FDMA. К тому же, CDMA - единственная технология, не требующая, как правило, частотного планирования, этого постоянного "бича" FDMA- и TDMA-сетей, необходимого для эффективного использования имеющегося спектра частот и предоставления услуг большему числу абонентов.

    Достижение максимально возможной емкости сети тесно увязано с таким фактором, как максимальная величина зоны покрытия. И по этому показателю CDMA в 3-4 раза превосходит своего ближайшего конкурента - TDMA. Ну а меньшее число ячеек сети означает более быстрое развертывание сети, меньшие начальные капвложения и последующие эксплуатационные расходы.

    Емкость сети и зона покрытия, являясь жизненно важными критериями для оператора, не столь важны, однако, для абонентов сети, которых в первую очередь волнует качество связи и ее устойчивость. И с этой стороны преимущество у CDMA. Поскольку это чисто цифровая связь, к тому же использующая широкополосную модуляцию сигнала, она практически неподвержена узкополосным помехам и несанкционированному доступу к информации.

    CDMA В КАЗАХСТАНЕ

    В отличие от мировой практики, показывающей широкое распространение CDMA-технологий для мобильной связи (стандарт IS-95 был принят еще в 1994 году), в Казахстане (впрочем, как и в России) преимущества стандарта CDMA могут почувствовать на себе пока только фиксированные (стационарные) абоненты. Первым оператором WLL на основе CDMA в Казахстане является компания ИНСТАФОН, развернувшая в течение 1998 года сеть беспроводного доступа на базе оборудования Airspan, а теперь использующая и оборудование другого мирового лидера в производстве систем WLL - компании InnoWave ECI Telecom. Успешное партнерство "Инстафона" с такими ведущими казахстанскими телекоммуникационными компаниями, как ASTEL, TNS-Plus, Nursat, Spectrum и другими, позволяет с уверенностью говорить о хороших перспективах CDMA в Казахстане.

    • Архив по годам

     Наш спонсор

     Реклама