Аналіз можливості побудови радіо мережі спеціального призначення з використанням технології WiMAX

В класичних системах зв’язку MС-CDMA використовується один прийомо-передавач. У випадку застосування систем МІМО вихідний потік даних розбивається на субпотоки за кількістю випромінювачів МІМО-передавачів. В кожному субпотоці застосовується свій CDMA-код, далі кодована послідовність бітів використовується для формування OFDM-символів, які паралельно транслюються кожним передавачем. Такий підхід дозволяє при одних і тих же номіналах частот розділяти канали передачі МІМО-системи за рахунок додаткової ортогональної кодової модуляції. На приймальній стороні із OFDM-сигналу спочатку відновлюються ортогональні несучі (за допомогою операції ШПФ), а далі на кожній з них сигнал демодулюється шляхом кореляційної обробки. Для МІМО-систем можливий і інший варіант реалізації МС-CDMA, показаний на рис. 9, коли спочатку синтезується потік OFDM-символів, а потім він підлягає додатковому CDMA-кодуванню. Причому, вихідний потік OFDM-символів (S₀) розподіляється на субпотоки (S_1…S_K) для кожного випромінювача.

WiMax.Технологія WiMax є дуже перспективною технологією безпроводового зв'язку, тому що має високу пропускну здатність і значну область покриття. Пікова швидкість, забезпечувана цією технологією, досягає 75 Мбіт/с, а середня – 20 Мбіт/с. Дальність передачі коливається в інтервалі від 5 до 8 км, максимум 50 км (при відповідній антені й максимальній потужності передачі). За рахунок цих параметрів передбачається, що обладнання фіксованих мереж стандарту IEEE 802.16-2004 зможе скласти серйозну конкуренцію традиційним широкосмуговим мережам. У першу чергу операторів цікавить швидкість інсталяції і можливість швидкого масштабування мереж, що не вимагає прокладки дорогих кабельних інфраструктур. Хоча в цей час сумарна вартість підключення нового абонента до WiMax і не конкурентоспроможна в порівнянні з тим же xDSL, але з початком масового впровадження пристроїв WiMax вона може значно знизиться.

Основний акцент розробників  стандарту робиться на мобільність, що повинен забезпечити стандарт IEEE 802.16e, оскільки в даній області практично немає існуючих конкурентних технологій. Створення мереж міського масштабу, що працюють за стандартом IEEE 802.11, вимагає великих капіталовкладень, оскільки потребує збільшення кількості необхідних базових станцій для створення щільного покриття. Та й розроблявся спочатку IEEE 802.11 для функціонування мереж усередині будинків. На відміну від радіорелейних систем WiMax здатний працювати в зоні відсутності прямої видимості. Передбачається, що наявність вбудованих механізмів забезпечення якості обслуговування в WiMax разом з розвитком технологій IP-телефонії й інших технологій передачі мультимедійного трафіка дозволить операторам почати боротьбу на ринку мобільної телефонії й конкурувати з операторами кабельного телебачення.

Але процес впровадження може початися, по-перше, тільки з початком широкого процесу сертифікації обладнання стандарту IEEE 802.16, а по-друге, з початком виробництва великої кількості  абонентських пристроїв або інтерфейсів  включаючи вбудовані, що використовують WiMax: ноутбуків, смартфонів, кишенькових комп'ютерів та ін. Поки ж виробники віддають перевагу варіанту оснащення свого абонентського обладнання адаптерами IEEE 802.11, а прийняття стандарту мобільного WiMax уже довгий час відкладається.

Технологія WiMAX також активно  розвивається в Європі. Уряди провідних  країн уже адаптували дану технологію до своїх частотних ресурсів. В  результаті в 2006 році спостерігалось бурхливе зростання мереж, що використовують технологію WiMAX, – більше 250 таких мереж по усьому світі почали дослідну або комерційну експлуатацію. При цьому більше 40 комерційних мереж уже надають послуги широкосмугового безпроводового зв'язку. Цьому зростанню в чималому ступені сприяли розробки й інвестиції таких компаній, як Intel, Sprint, Motorola, Clearwire та інших. В 2006 в Україні була проведена перша серія тендерів на частоти для мереж WiMAX у діапазонах 3 і 5 ГГц – це говорить про попит сучасних безпроводових технологій і їхню важливість нарівні із проводовими. Перша комерційна мережа WiMAX в Україні працює з кінця 2005 року й постійно розширюється.

Україна відноситься до тих  країн, де впровадження стандарту IEEE 802.16 чекають всі оператори країни. Підвищений інтерес навколо стандарту IEEE 802.16 дуже просто пояснити. У країні, де слабко розвинена телекомунікаційна  інфраструктура, є присутнім тільки один монополіст і слабко, але розвинені провідні комунікації, за допомогою яких організовується остання миля операторами до клієнта.

Така ситуація не влаштовує  більшу частину операторів. Багато хто з них не хочуть миритися з  таким положенням справ на ринку  й створюють свої наземні інфраструктури, що, звичайно ж, дорогий й досить трудомісткий процес, або намагаються  розвивати щось нове. Звідси й надія  більшої частини операторів, що із впровадженням нової безпроводової технології, що працює по стандарту IEEE 802.16, ринок телекомунікацій вийде на новий рівень.

Безпроводові мережі – це прекрасний інструмент для доставки послуг у те місце, де слабо розвинена інфраструктура. Мережі цього класу мають максимальну гнучкість стосовно наземного при досягненні найкращого співвідношення продуктивності й ціни, потребують мало часу фактор при розгортанні. Завдяки цим якостям вони мають найбільшу популярність. При цьому, як правило, спочатку розгортають безпроводову інфраструктуру, що згодом можна замінити наземною інфраструктурою. А демонтовану безпроводову мережу перенести в інший регіон. Завдяки такому симбіозу, як новий стандарт IEEE 802.16 і наземних інфраструктур, в Україні за відносно короткий проміжок часу можуть бути реалізовані багато телекомунікаційних і урядових програм.

Група WiMAX просуває стандарт IEEE 802.16 на ринок послуг, і працює над сумісністю між різними виробниками. А інститут IEEE працює над удосконалюванням стандарту 802.16. Групі WiMAX досить мати кілька профілів сумісності параметрів різних виробників, щоб надати обладнанню абревіатуру WiMAX. Наприклад, стандарт допускає роботу на фізичному рівні в трьох  режимах (з однією несучою, з використанням OFDM з 256 і 2048 несучими).

Історія розвитку стандарту  показує, що IEEE 802.16, на відміну від IEEE 802.11, розроблявся для забезпечення мобільності користувачів поза приміщеннями (у тому числі без прямої видимості). Стандарт IEEE 802.16 надалі може не тільки замінити собою DSL, EDGE, 3G і ін., але й скласти конкуренцію (за умови зниження вартості обладнання) у сегменті широкосмугового доступу й спростити розгортання мереж широкосмугового безпровідного радіодоступу на базі обладнання різних виробників у фіксованому стандарті IEEE 802.16-2004.

Сфера застосування широкосмугових безпроводових мереж – це внутрішньоофісні й зовнішні мережі широкосмугового радіодоступу. Внутрішньоофісні розглядати недоцільно, тому що цей сегмент надійно перекритий технологіями побудови LAN. Зовнішні мережі безпроводового широкосмугового доступу, особливо стосовно до міських і сільських мереж, потребують детального розгляду. До міських мереж будемо відносити середовище із щільною висотною міською забудовою, а до сільських – слабо пересічну, негустонаселену місцевість. Це той фактор, що впливає на поширення радіохвиль, тип використовуваної технології, планування покриття мережі безпроводового доступу й т.д.

Підвищений інтерес на WiMAX не обійшов і Україну. Це чи ледве  не перша технологія, що перемогла  ще до повномасштабного розгортання  відповідних мереж. При цьому  деякі оператори заявили про  введення в комерційну експлуатацію мереж працюючих за стандартом IEEE 802.16. В результаті чого створюється підвищений інтерес навколо самої технології й частот, на яких вона може працювати (2,3 – 2,4 ГГц, 2,5 – 2,7 ГГц, 3,4 – 3,8 ГГц), створюються й проводяться суспільні круглі столи, створюються робочі групи по розвитку й просуванню на ринок України сімейства стандартів WiMAX.

У завдання цих груп входять  питання розгляду міжнародного досвіду, аналіз радіочастотного ресурсу й розробка тендерних умов одержання радіочастотного ресурсу України (РЧР України) по впровадженню стандарту IEEE 802.16.

Самі виробники вважають найбільш перспективним саме діапазон 2 ГГц. Тому мобільний стандарт IEEE 802.16-2005 буде випускатися в цьому діапазоні частот. Можна припустити, що багато стільникових операторів захочуть викупити частоти під роботу стандарту IEEE 802.16. Цей стандарт у майбутньому зможе скласти значну конкуренцію стільниковим операторам.

Вже добре відомі переваги мереж на базі технології WIMAX. Вони забезпечують високу швидкість передачі даних  – до 70 Мбіт/с, тобто, як говорять фахівці, достатню швидкість для надання більш ніж 60 компаніям доступу в Інтернет за стандартом Т1 або сотням приватних будинків – за стандартом DSL, використовуючи всього один сектор покриття базової станції. Технології WIMAX з радіусом дії в декілька десятків кілометрів здатні забезпечити безпровідним зв'язком ціле місто, а потім довести широкосмуговий доступ до кожного користувача за допомогою хот-спотів Wi-Fi. В деяких випадках можна безпосередньо використовувати доступ через WIMAX, наприклад, для передачі голосового трафіку за технологією VоIP.

Широкосмуговий безпровідною доступ позбавлений недоліків, властивих DSL і кабельним з'єднанням. Мережі стандарту 802.16 простіше розгортати і  збільшувати площу їх покриття, по структурі вони дуже схожі на традиційні мережі мобільного зв'язку: тут також  присутні базові станції, які діють  в радіусі до 50 км, але при цьому їх не обов'язково встановлювати на вежах – для них цілком підходять дахи будинків, водонапірні башти або елеватори. Призначене для користувача обладнання, за допомогою якого здійснюється з'єднання з базовою станцією, включає антену і термінальну частину.

Все вищевикладене – позитивна  сторона розвитку безпровідних технологій.

 

Висновки

 

Системам  радіозв’язку відведена значима  роль у функціонуванні систем військового  зв’язку в різних ланках управління. Аналіз сучасного стану систем радіозв’язку ОТЛУ та ТЛУ виявляє ряд значних недоліків, а засоби радіозв’язку, які перебувають на озброєнні ЗС України, не відповідають сучасним вимогам, принципи організації мереж також є застарілими й мало ефективними.

Тому вибір базових технологій для модернізації та переобладнання систем та засобів радіозв’язку є складною задачею, розв’язання якої повинно здійснюватись на основі принципів системного підходу та системного аналізу. Перспективною можна вважати технологію IEEE 802.16 (WiMAX), яка може забезпечити узагальнений виграш за усіма показниками якості з урахуванням обмежень по вартості окремих зразків техніки зв’язку та системи в цілому, масо-габаритних показників (особливо для мобільних станцій), електромагнітної сумісності, можливості інтеграції в Єдину національну систему зв’язку України.

Тому доцільно в наступному розділі роботи детально розглянути принципи побудови та особливості функціонування радіомереж на базі сімейства стандартів IEEE 802.16.

 

РОЗДІЛ 2

АНАЛІЗ ІСНУЮЧИХ СТАНДАРТІВ WIMAX ТА ПРИНЦИПІВ ПОБУДОВИ МЕРЕЖ РАДІОДОСТУПУ НА ЇХ ОСНОВІ

 

2.1. Структура мережі  WiMax

 

Архітектура мережі WIMAX включає в себе 2 глобальні частини: ASN – підмережа доступу, CSN – підмережа, що забезпечує підключення до мереж IP. Підтримка стандарту 802.16 повністю реалізована в ASN. Зазвичай підмережею CSN володіє провайдер IP послуг, NSP – Network Server Provider, підмережею ASN – провайдер радіодоступу, NAP – Network Access Provider. NSP і NAP можуть бути одним провайдером.

Одна підмережа доступу, ASN, може використовуватися декількома провайдерами послуг (NSP), тобто до одного ASN можуть бути підключені декілька CSN, а також один провайдер IP послуг, NSP, може використовувати кілька різних підмереж доступу, тобто до одного CSN може бути підключено кілька ASN.

В архітектурі визначені стандартні інтерфейси (опорні точки, Reference Points), зокрема між MS, ASN, CSN для забезпечення працездатності при використанні обладнання різних виробників.

Укрупнено WiMAX мережа складається  з наступних логічних об'єктів:

1) SS (Subscriber Station);

2) ASN (Access Service Network);

3) CSN (Connectivity Service Network).

Кожен об'єкт може бути реалізований в одному фізичному модулі (н-р, SS) або в декількох (ASN, CSN).

Кілька CSN можуть бути підключені до одного ASN, і навпаки; кілька ASN можуть бути підключені до одного CSN. ASN і CSN можуть належати одному оператору або різним:

Архітектура мережі, згідно WiMAX, показана на рисунку 2.1.

Рис. 2.1. Архітектура мережі WiMAX

Компонентами архітектур Оператор може володіти WiMAX мережею повністю або частково. Оператор, що надає радіо-доступ, називається NAP - Network Access Provider. Йому може належати один або кілька ASN. Оператор, що надає сервіси мережі (доступ в Інтернет, передачу голосу, доступ до певного контенту) називається NSP – Network Service Provider, йому можуть належати один або кілька CSN.

Рис. 2.2. Компоненти архітектури мережі WiMAX

Більш докладно архітектура мережі показана на рисунку 2.3, де

Рис. 2.3. Елементи мережі WiMAX

Userterminal або Mobile Station, MS, або Subscriber Station, SS – пристрій, що забезпечує з'єднання між обладнанням користувача (комп'ютером) і мережею. MS може представляти собою CPE (Customer Premises Equipment), що забезпечує підключення до мережі декількох комп'ютерів.

BS (Base Station, базова станція) – логічний елемент мережі, виконує обробку фізичного й МАС рівнів за стандартом 802.16. BS представляє один сектор з однією частотою. BS може підключатися до кількох ASN GW для забезпечення резервування та/або балансування навантаження. Одна фізична виріб може включати в себе кілька BS (логічних об'єктів).